復雜環境條件長距離盾構掘進施工安全風險分析

王利強

摘要 文章以深圳地鐵14號線大寶區間為例，對復雜環境長大盾構區間施工安全風險進行基本的闡述，并對盾構掘進施工狀況進行了安全風險辨識、評估、分析評價分類，對不同級別的風險源提出針對性的管控措施，特別是盾構下穿河流、長距離巖溶區、下穿既有地鐵3號線、下穿在建地鐵車站等高風險源得到有效控制，為以后地鐵長大盾構區間施工提供借鑒。

關鍵詞 地鐵；長距離；風險；評估；預控措施

中圖分類號 U455.43文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0059-04

0 引言

在地鐵盾構施工中，為保證施工安全，風險管理在工程建設過程中尤為重要。風險的控制必須堅持“安全第一，保護環境，預防為主”原則，采取經濟、可行、主動的處治措施來減少或降低風險[1]。大寶區間隧道處于典型的喀斯特地貌地區，地質條件相對復雜，施工安全風險大，技術難度高，施工過程中地表、拱頂沉降、突泥涌水現象經常發生。為此，在復雜環境條件下長距離隧道的施工風險管理具有重要的意義。

1 工程概況

深圳地鐵14號線大運站～寶荷站盾構區間，從大運站出發，沿龍崗大道下方敷設，采用φ6 980 mm復合式盾構掘進，區間右線全長5 777.262 m，左線全長5 573.421 m，隧道埋深約11.4～67 m。

工程有以下特點：一是下穿既有3號線高架橋，沉降變形控制要求高；二是下穿龍崗河、次高壓燃氣、巖溶發育區等，安全風險高；三是長距離掘進巖溶強發育區，姿態控制及刀具檢查與換刀難；四是區間隧道穿越地層復雜，不良地質巖溶的處理整治難；五是盾構穿越既有建（構）筑物、管線等控制要求高，安全風險高。

1.1 工程地質

大運站～寶荷站區間，地層主要包括人工填土層、沖洪積層、坡積層、殘積層、溶洞堆積物、炭質頁巖、砂巖、凝灰質石英巖、灰巖。隧道埋深大約在11.4～67 m之間，穿越的地層主要是微風化石灰巖、全強風化砂巖、全強風化凝灰質石英巖，局部穿越微風化砂巖、微風化石灰巖及粉質黏土和中微風化凝灰質石英巖。

1.2 水文地質

該區間地表水主要為龍崗河少量溝渠水，在旱季時水流少，水位大約0.5～1 m，在暴雨季節，水流增加，水位迅速上升。

地下水埋深約6～9 m，根據其賦存介質的類型，沿線地下水主要有三種類型：第一類為第四系松散巖類孔隙水，由于地層滲透性的差異，局部具承壓性；第二類為基巖裂隙水，主要賦存于塊狀強風化、中等風化帶及斷裂構造裂隙中，略具承壓性；第三類是巖溶水，主要賦存于碎屑灰巖和灰巖巖層發育的溶洞及溶蝕裂隙中，略具承壓性[2]。

1.3 特殊土與不良地質

根據鉆探揭示，從大運站到寶荷站的區間平均線巖溶率為31.6%。該區域發育的巖溶類型主要是溶隙和溶洞，同時還有一些灰巖表面的溶溝和溶槽發育較為顯著。巖溶地貌常常存在多種地質結構，如溶洞、土洞、溶溝、溶槽、溶隙、豎井、落水洞、暗河以及巖溶塌陷區，這些巖溶地貌在發育程度、充填情況和覆蓋層厚度等方面存在較大差異，富水性較高且水分分布不均勻[3]。因此，它們被認為是城市軌道交通工程建設中的重要風險因素之一。

2 施工風險管理

城市軌道交通工程建設投入資金巨大，施工技術、工藝復雜，施工時間較長，周圍環境情況復雜，需要各種施工設備，同時還涉及多種專業工種和人員，這些工種之間相互關聯。在工程建設過程中，很容易發生各種風險，一旦發生風險，就會導致人員傷亡或經濟損失等嚴重后果，直接危及人民的生命、財產和健康安全，甚至會對環境造成嚴重沖擊甚至破壞。為了有效管理不同種類的風險，必須在工程建設初期實施風險源辨識及評價分析，過程中風險管理實行動態管控。

2.1 風險因素識別和分析

風險是指不利事件或事故發生的可能性與造成損失的組合。施工現場可能發生并對項目經濟、安全、工期、環境以及社會產生影響的事件是施工過程中的重要因素。城市軌道交通工程建設的風險因素很多，包括自然環境、場地條件、結構設計與施工、機電設備安裝、參建人員以及周邊建筑物（如道路、房屋、管線、橋梁等）[1]。在進行風險管理時，需要在滿足安全可靠、經濟合理和技術可行的條件下通過采取風險控制措施將各類風險降低至合理且可以接受的水平。

對復雜環境條件下的安全風險進行辨識評估，可以更清楚地確定關鍵的控制區域和有效的控制措施，以增強施工安全風險管理的應對能力。大運站～寶荷站區間的風險分為地質風險、設計及自身風險、環境風險。風險因素識別[1，3]與分析見表1。

2.2 風險等級劃分、預控措施

根據深圳地鐵已建線路的風險或事故資料、現場施工調查、施工圖以及14號線大寶區間地下工程的工程地質、水文地質條件、結構類型、施工技術、環境條件等特點，遵循“安全第一，保護環境，預防為主”的風險控制原則[1]，根據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB 50652—2011）進行工程風險分析與評估。

風險評估采用作業條件危險性評價法（LEC法），該方法是以與系統危險性有關的三個因素指標來評價系統人員傷亡危險的大小，其計算公式如下：

D=L×E×C （1）

式中，D——風險性分值。L——發生事故的可能性大小，事故或風險事件的事故可能性大小，當用概率來表示時，絕對不可能的事件發生的概率為0，而必然發生的事件的概率為1，但在做系統安全考慮時，絕對不發生是不可能的，所以人為地將發生事故可能性極小的分數定為0.1，而必然要發生事故的分數定為10，介于這兩者之間的情況指定為若干個中間值。E——人體暴露于風險環境中的頻繁程度，人員或設備出現在風險環境中的時間越多，則風險性越大。規定連續暴露在此風險環境的情況定為10，而非常罕見地出現在風險環境中定為0.5，介于這兩者之間的情況定為若干中間值。C——發生事故會產生的損失后果，事故造成人身傷害與財產損失變化范圍很大，對傷亡事故來說，可從極小的輕傷直到多人死亡的嚴重后果。由于范圍很大，所以規定分數值為1～100，輕傷規定分數為1，把造成10人以上死亡的可能性分數值規定為100，其他情況的數值均在1～100之間。根據風險性分值D對風險進行評估，確定風險等級，但應注意風險等級的劃分是憑經驗判斷，難免帶有局限性，不能認為是普遍適用的，應用時需要根據實際情況予以修正。風險等級劃分方法見表2。

2.2.1 風險分級

該區間風險共34項，其中Ⅰ級風險2項，Ⅱ級風險20項，Ⅲ級風險12項，采取措施后風險等級均為Ⅲ級。安全風險評價分級見表3。

2.2.2 風險預控措施

Ⅰ級風險預控措施：①施工前進行檢測與評估；②施工前收集建構筑物的施工資料或竣工圖，核實區間與建構筑物的位置關系，排查區間穿越范圍內不明障礙物；③盾構機配備超前地質預報及超前注漿設備，掌握巖溶發育情況，必要時進行洞內注漿加固；④加強施工管理，穿越前做好試驗段確定掘進參數，調整好盾構機推進姿態，確保連續穿越，控制地層損失率不大于0.5%；⑤加強同步注漿與二次注漿，壓力控制在0.2～0.5 MPa，注漿量5.5～6.46 m3/m；二次壓漿在管片出盾尾5環后進行，注漿壓力控制在0.4～0.8 MPa之間，注漿量約1.29～1.94 m3/m；⑥施工前對該區域地質情況進行詳細調查，探明地質情況、溶洞分布情況，做好地表預注漿加固處理；⑦加強對既有建構筑物的監控量測；⑧及時布置測點，穿越過程中加強監控量測，并根據監測結果及時調整盾構掘進參數；⑨做好巡視巡查，及時消除隱患，落實好領導帶班制度；⑩做好分級管控，分類分級編制評審安全專項方案[4]。

Ⅱ級風險預控措施：①做好始發端、接收端土體加固質量，并取芯驗證，確保止水簾布及翻板安裝質量；②洞門外6 m內采用注漿加固，確保加固后的地基無側限抗壓強度不低于1 MPa，滲透系數≤1.0×10?6 cm/s；③加強對既有建構筑物的監控量測，做到動態指導施工；④做好巡視巡查，發現問題及時調整掘進參數，采取有效措施及時消除隱患；⑤制定應急預案，做好應急演練工作；⑥做好各項方案、預案的交底工作，并在作業前向作業層人員進行風險管控交底和培訓；⑦施工前對巖溶區段進行地質補勘工作；針對換刀點具體地層采取對應的換刀措施；⑧及時布置測點，穿越過程中加強對管線的監控量測并根據監測結果及時調整盾構掘進參數；⑨規劃好換刀點的設置，提前確定加固措施[4]。

2.3 風險預控及管理

（1）動態風險跟蹤管理。城市軌道交通工程建設中難以完全消除或避免風險，且外界的影響或變化也會導致無法預測的風險。根據施工現場實際情況，地質、周邊環境和施工自身等安全風險因素發生變化，進行施工風險的動態分析、辨識和評價，并采取有針對性的措施，使風險消除或降到可接受范圍。

（2）加強專項方案的編制、審批和落實。按照《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》（建設部令第37號）、當地政府主管部門和建設單位的相關規定，及時完善各施工專項方案，加強實施前的交底、培訓教育，并在實施過程中嚴格監管，嚴格按照方案施工。

（3）加強監控量測?，F場監控量測的重要作用在于隧道施工過程中的風險管控，為了適應隧道復雜的地質環境和周邊環境，需提高監測頻率和監測項目。隧道的監測項目主要包括地表、拱頂沉降、收斂、管片橢圓度三維激光掃描分析。針對下穿既有地鐵3號線高風險，增設自動化監測設備，監測點按間距5 m布置，對軌道狀態與橋梁主體24 h自動化監測，監測數據實時傳輸反饋，實現智能預警。通過動態監測的及時性，便于動態調整掘進參數，減少隧道施工風險并保障周邊建筑物和居民的安全。

（4）加強超前地質預報。根據地質狀況選擇適合的地質預報系統，制定有效的預報方案。區間隧道采用HSP法進行圍巖地質探測，探測原理：利用盾構掘進時刀盤切割巖（土）體所產生的震動信號作為HSP法預報激發震源，在隧道內進行空間陣列式數據采集，并通過深度域繞射掃描偏移疊加成像技術，進行反演解釋。采用HSP217型超前地質預報儀及分析軟件，利用空間陣列式探測布置方式，對隧道工作面前方80 m測試。通過現場采集的原始波形曲線進行處理分析，生成反演分析成果圖和探測結果，揭示圍巖完整性、自穩性，是否存在巖溶發育與軟弱夾層情況。

（5）加強應急管理。建立系統的風險預報預警和應急機制，編制應急預案并定期演練，建立應急搶險隊并配足應急物資和設備。按照相關規范要求嚴格施工過程監控量測工作，發現險情第一時間向相關負責人發布信息，按照應急預案分級啟動應急搶險，防范事故發生或事故擴大。

3 施工應用效果

該工程具有穿越區域多、線路復雜、地質變化大、周邊環境復雜多變等特點，從施工方面而言，該工程風險較多，且存在重難點工程，需采取一定的控制措施。該文通過對深圳市城市軌道交通14號線工程中的施工風險對工程安全影響風險進行了識別、分析和評價，加強了盾構施工自身風險施工管控、巖溶及軟土地層的處理控制和工程周邊環境風險中穿越或鄰近鐵路、公路、河流、橋梁、重大管線及其他建構筑物的風險專項的處理及外部對接工作。結合既有工程經驗，通過有效的工程措施，可將工程風險控制在允許的程度。

4 結束語

隨著地鐵建設的不斷發展，風險管理變得更加重要，尤其是在復雜地質環境下的風險控制，成為地鐵施工中的一項艱巨任務。通過對大寶區間盾構隧道施工風險管理的總結和分析，得出了一些風險管理技術措施和管理方法，從而確保了施工的安全性和質量，并達到了履行業主工期承諾的目標，可為未來工程施工中的風險管理提供參考。

參考文獻

[1]城市軌道交通地下工程建設風險管理規范： GB 50652

—2011[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2011.

[2]劉輝， 黃力平. 深圳城市軌道交通11號線盾構施工技術及管理實踐[M]. 北京：人民交通出版社， 2019.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部辦公廳. 關于印發城市軌道交通工程地質風險控制技術指南的通知（建辦質〔2020〕47號）[EB/OL]. 2020-09-30/2024-02-25.

[4]伍軍， 陳饋， 白江濤， 等. 盾構從業人員培訓教程[M]. 福州：福建科學技術出版社， 2022.