方興湖隧道施工風險控制研究

王文通，唐 鵬，丁華興，王樹英

(1．深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518029;2．中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

方興湖隧道施工風險控制研究

王文通1，唐 鵬2，丁華興1，王樹英2

(1．深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518029;2．中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

方興湖隧道是國內跨度最大的明挖湖底隧道，施工難度大，防水困難。本文結合其施工情況，分析可能存在的5種風險源(基坑失穩、結構上浮、結構滲漏水、結構施工和環境影響)，并針對風險源提出了加強邊坡支護和基坑防排水防止基坑失穩、加設抗拔樁增強隧道抗浮能力、提高隧道自防水并加強接縫防水減少滲漏水對隧道的危害、采取各種環護措施降低空氣污染及粉塵危害等控制措施。通過對主體結構受力的跟蹤監測，驗證了該風險控制措施切實有效。

隧道 下穿湖底 大跨度 施工風險 控制措施 監測

我國已建成的明挖湖底隧道較少(表1)，可借鑒的施工經驗有限。大跨湖底隧道工程的建設存在復雜多變的環境因素，其本身又具有規模大的特點，這些決定了隧道工程建設階段必然存在諸多不確定因素，因此，施工安全風險伴隨著隧道建設的整個過程。合肥市方興湖隧道為八車道明挖湖底隧道，是我國同類隧道中跨度最大的湖底隧道，施工難度大，安全風險高，在施工期間易發生工程事故。為避免或減少損失，必須重視施工階段的風險管理。本文以方興湖隧道為依托，分析施工過程中的風險因素，提出相應的控制措施，最后通過現場監測分析驗證風險控制措施的有效性，以供類似大跨湖底隧道施工參考。

表1 國內已建成的明挖法施工湖底隧道［1-4］

1 工程概況

方興湖隧道位于合肥市濱湖新區，在規劃建設的“包河大道—方興大道立交”與規劃建設的“福建路”之間。行車速度為60 km/h，荷載等級為A級，隧道結構安全等級為一級，防水等級二級，結構耐火等級為一級，抗震設防烈度為7度。該隧道設計為三跨單層對稱框架式結構，如圖1所示。采用明挖法施工。方興湖下穿隧道結構頂板以上最大水深約為5.0 m，結構頂板上覆蓋層厚度約為1 m(包括保護層和防沖刷層)。隧道左、右凈寬16.45 m，中間管廊凈寬2.20 m，凈高5.15 m(含頂部預留設備安裝、裝修空間)，風機安裝凈高為6.10 m(含頂部預留設備安裝、裝修空間)。

隧道所處地貌總體上屬江淮平原，微地貌單元為經人工改造的人工湖和填筑高地。主要地層為第四系全新統沖洪積層，巖性自上而下依次為填筑土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、黏土。場地內存在局部的淤泥黏土層，需進行處理。

2 隧道施工風險分析及控制

2.1 風險源分析

目前明挖湖底框架式隧道風險分析的案例十分有限，本文將借鑒已有相關工程實例的建設資料，對方興湖隧道施工風險進行分析。

1)基坑失穩風險

圖1 方興湖隧道斷面

隧道穿越地段地表水豐富，施工前期需施作引道或溝渠分流河水，其次在隧道施工區域內施作圍堰隔離河水，并對人工湖湖水進行抽排。這一環節工程量大，所需時間較長，對施工質量要求高。同時，水文地質及氣候條件也是施工建設時需要考慮的重要因素。任何一個方面處理得不好，都可能導致施工區域遭受地表水的影響，使得基坑淹沒、邊坡塌陷，嚴重耽誤工期，危害工程及機械設備安全，造成嚴重的經濟損失。

2)結構上浮風險

隧道主體結構大部分處于地下水位以下，主體結構為大型空腔，所受浮力大，無法通過結構自重來避免結構上浮。為了提高抗浮能力，在結構下面設置抗拔樁，然而由于人為因素、施工工藝等導致抗拔樁澆筑質量不過關，致使隧道不滿足抗浮要求，危害結構安全。

3)結構滲漏水風險

由于大體積混凝土澆筑水化熱大，和易性較差，加之人工振搗不均勻等因素的影響，混凝土結構易產生貫通的毛細通道和施工冷縫，導致結構開裂，發生滲漏水風險高;其次施工縫、變形縫施作時未鑿毛、清渣，可能導致接縫不密實而產生滲漏水災害，影響隧道運營安全及使用壽命［5］。

4)大體積混凝土施工風險

方興湖隧道大跨度主體結構施工對模板支撐體系要求高，模板應具有足夠的強度、剛度及穩定性，任何一項不滿足要求，將危害施工人員安全，損害機械設備。

5)環境影響風險

方興湖隧道設計為雙向八車道，基坑開挖規模大，對周邊生態環境破壞較大。施工過程中的廢棄物、車輛尾氣都將給周邊環境帶來污染，大型機械的振動、鉆機打孔及重錘擊打夯實等聲音也會給周邊居民帶來噪音污染，施工過程中產生的粉塵嚴重影響施工人員及周圍居民的身心健康［6］。

2.2 風險控制措施

基坑失穩、結構上浮、結構滲漏水、大體積混凝土施工風險和環境影響等5個方面是隧道安全施工的主要風險源。本文針對隧道的安全施工風險，結合設計資料，提出了相應的控制措施。

1)基坑失穩是明挖法隧道遇到的常見問題。針對方興湖隧道基坑深且跨度長的特點，要降低施工過程中的風險，需要從兩方面進行處理：①做好基坑防排水工程。基坑可采用明溝排水為主、管井降水為輔的防排水工程，并制定相應的防排水應急措施，避免雨季施工，保證施工過程中基坑及邊坡坡腳無積水。②做好基坑邊坡支護結構施工。根據實際施工情況，采用錨噴結合的措施加強邊坡支護，同時加強對基坑變形的監控，及時反饋信息指導施工。

2)抗浮是水下隧道結構施工應重點關注的問題。針對方興湖隧道下穿湖底施工的特點，部分區間段的隧道主體結構不滿足抗浮要求，采取在主體結構底板增設抗拔樁，通過樁體自重和樁身與側壁土的摩擦力提高隧道抗浮能力，保證隧道施工及運營階段的抗浮安全。施工過程中，要嚴格監控抗拔樁的樁長、樁徑、混凝土和鋼筋強度等級。

3)隧道滲漏水是施工控制的重難點。對于湖底隧道，首先應加強主體結構自防水，根據設計要求選用適宜的混凝土類型，提高混凝土施作質量，防止混凝土內部出現貫通裂縫;嚴格按照設計要求鋪設結構防水外層，保證防水材料的搭接長度，并注意嚴加保護;同時增強隧道接縫防水，對接縫預留孔道進行鑿毛清理，選用合適的防水涂料對接縫填充密實，加厚接縫處的防水涂層厚度，保證防水涂層的施作質量。

4)大體積混凝土結構施工風險高，要合理組織施工，按照設計要求構筑支模體系，保證大體積混凝土結構施工過程中的人員、機械安全，同時加強現場施工監督管理，制定相應應急預案，降低結構施工風險［6-7］。

5)方興湖隧道所在區域周圍場地開闊，施工范圍內無市政及民用設施，地塊屬于單獨地塊，不影響交通，施工對環境的影響主要是空氣污染和粉塵污染。空氣污染問題可通過配備各類較為先進的低污染環保型機械設備，對汽油等易揮發品的存放進行密閉處理，嚴禁在場地內燃燒各種垃圾和廢棄物等措施進行控制。同時通過對運輸可能產生粉塵的車輛配備擋板及棚布、配備專用灑水車對施工現場和運輸道路經常進行灑水濕潤、對作業場地及運輸車輛及時清掃沖洗等措施來減少粉塵帶來的危害。

3 現場監測分析

為掌握隧道主體結構受力的動態信息，對方興湖隧道主體結構受力進行了監測，以檢驗隧道施工方法的合理性，驗證風險控制措施的有效性。

結合方興湖隧道實際施工情況，選取水位最深處(K1+645)進行主體結構受力監測，利用混凝土應變計監測主體結構受力變化，利用鋼筋計監測抗拔樁受力情況，以驗證隧道抗浮能力及安全性，監測點布置如圖2所示。

圖2 K1+645斷面監測元器件布置示意

自隧道典型斷面元器件布置完成后立即進行監測，直至結構受力趨于穩定后才停止監測。將監測數據中的應力應變轉換為結構內力，并計算得到主體結構各截面的安全系數，如圖3所示。由圖3可知，主體結構截面最小安全系數為2.54，大于《公路隧道設計規范》(JTG D70—2004)中規定的限值(2.0)，說明主體結構受力處于安全狀態。抗拔樁內鋼筋的最大拉應力為32.3 MPa，遠小于鋼筋的抗拉強度(335 MPa)，因此樁體抗拔力滿足要求。另外，通過現場觀測，恢復湖水后洞內無明顯滲漏水現象。可見，采用所提出的風險控制措施后，方興湖隧道的結構安全、抗浮和防水等方面均滿足要求。

圖3 主體結構截面安全系數包絡圖

4 結論

1)結合設計資料及現場施工情況，對方興湖隧道風險源進行了分析，主要風險源包括基坑失穩、結構上浮、結構滲漏水、大體積混凝土結構施工和環境影響。

2)根據方興湖隧道的主要施工風險源，提出了加強邊坡支護和基坑防排水防止基坑失穩、加設抗拔樁增強隧道抗浮能力、提高隧道自防水并加強接縫防水減少滲漏水對隧道的危害、采取各種環護措施降低空氣污染及粉塵危害等控制措施。

3)通過對方興湖隧道施工中全過程的受力監測，驗證了隧道主體結構的安全性、抗浮性和防水性均滿足要求，表明此文提出的風險控制措施切實有效。可為今后類似大跨度湖底隧道的施工提供借鑒。

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U455．4;U458．1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．02．19

1003-1995(2014)02-0056-03

2013-09-10;

2013-11-25

國家自然科學基金青年基金項目(51208516)

王文通(1969— )，男，高級工程師，碩士。

(責任審編 葛全紅)