孟加拉卡納普里河水下盾構隧道安全風險評估

何　濤, 陳飛飛, 魏龍海, 郭　銳, 李　金

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430056)

卡納普里河底隧道西岸工作井毗鄰軍事禁區海軍學院。該項目控制點較多，隧道埋深淺、開挖斷面大、地層透水性及水力補給強等特點大大提高了隧道建設的難度。針對卡納普里河底隧道工程，風險評估的目的主要是：

(1)針對設計方案，分析潛在的風險源及風險事件，為完善隧道設計方案提供技術資料；

(2)針對辨識的各項風險進行定量化計算分析與評估，綜合評價本工程建設風險等級；

(3)結合工程設計方案，對其中重大風險進行重點分析，評估設計方案及施工方法的安全可靠性；

(4)根據風險評估等級與結果，對各項重大風險提出建議控制措施。

1　工程背景

項目起點對接規劃Costal Road，沿sea beach Road向東，穿卡納普里河至東岸。

1.1　主要技術標準

(1)道路等級：高速公路，接線市區干線公路；

(2)設計車速：80 km/h；

(3)車道數及寬度：雙向4車道、3.65 m；

(4)車道凈高：4.9 m

1.2　主要控制點

規劃的Costal Road、See Beach Road、Kamal Atatuik Ave Road、N Awalia Road、海軍學院、卡納普里河主航道、KAFCO化肥廠用地、CUFL用地、KAFCO化肥廠傳送帶、河堤等 。

2　風險評估流程及方法

2.1　風險評估流程

評估按照以下步驟進行：確定工程風險源，估測風險源風險發生概率和風險損失，確定風險源風險等級，采取相應的風險控制措施(圖1)。

圖1 　風險評估流程

2.2　風險評估方法

明挖段及盾構工作井段風險評估采用事故樹法，盾構段風險評估采用專家調查法。根據上述方法確定發生概率等級和損失等級，按表1確定風險等級。

表1　風險等級

3　各分段典型風險事件安全評估

3.1　明挖段典型風險事件安全評估

以西岸明挖段進行風險分析(圖2、圖3)。利用事故樹法(FTA)對地層沉降、基坑滲漏、涌水涌砂、坑底隆起、基坑失穩等風險事件進行風險分析和評價。

圖2　明挖敞開段典型斷面

圖3　明挖暗埋段典型斷面

利用事故樹法對各風險事件的風險源進行層層分解，從工程建設條件、勘察、結構設計、施工四大方面分析風險源的發生概率及損失等級，計算得到西岸明挖段各風險事件的風險等級如表2所示。

表2　西岸明挖段各風險事件的風險等級

3.2　盾構工作井段典型風險事件安全評估

西岸工作井距離軍事禁區海軍學院較近，緊鄰海軍學院新建游泳池，基坑施工過程對地面沉降控制要求高(表3)。

利用事故樹法分析得到工作井各風險事件的風險等級見表4。

由表4可知，卡納普里河底隧道西岸盾構工作井段的初始風險等級為Ⅲ級，其中涌水涌砂和基坑失穩事故風險較大，必須實施削減風險的應對措施，并進行殘留風險評估。

表3　盾構工作井設置情況

表4　西岸盾構工作井段各風險事件的風險等級

3.3　盾構段典型風險事件安全評估

卡納普里河底隧道盾構段樁號為KY2+400～ KY4+850，隧道盾構段風險采用專家調查法對盾構機適應性及可靠性、盾構機始發風險、開挖面失穩、盾構機水下換刀、盾尾密封失效、聯絡通道坍塌等風險事件進行風險分析和評價。

通過專家調查法，統計得到的盾構段各風險事件等級見表5。

表5　盾構段各風險事件的風險等級

盾構段的初始風險等級中，盾構機始發風險和開挖面失穩事故風險較大，必須實施削減風險的應對措施，并需要準備應急計劃。

4　高風險事件再評估及殘留風險分析

4.1　盾構工作井段高風險再評估

對盾構工作井段高風險事件提出了應對措施，并在此基礎上再次結合事故樹法進行殘留風險分析。

4.1.1預防基坑涌水涌砂風險采取的措施

(1)基坑土方開挖前要做好監測工作，采集好各項監測數據的初始值，基坑開挖過程中，不間斷進行監測，做到信息化施工；

(2)做好基坑降水工作，承壓水必須控制到確保不發生基底管涌的水位以下；

(3)土方開挖進入富水砂層，開挖前必須進行掏槽驗縫，通過掏槽的方法確認是否存在漏水可能。

4.1.2預防基坑失穩風險采取的措施

(1)基坑土方開挖需要分層設置，支護構件強度達到設計強度，基坑才能向下開挖，不得超挖，；

(2)應遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，嚴格按設計的拆除規定拆除支撐系統；

(3)基坑周邊荷載嚴禁超過設計要求的地面荷載限值。

采取風險控制措施后，再采用事故樹法對高風險事件殘留風險進行分析，結果見下表。

表6　盾構工作井段高風險事件殘留風險

4.2　盾構段高風險再評估

4.2.1預防盾構機始發風險采取的措施

(1)洞門土體加固預控技術：采用高壓旋噴樁處理加固體與圍護結構之間的冷縫；控制洞門加固質量，保證垂直度偏差不大于1%，確保水泥參量；

(2)預防破除里層洞門發生洞門土體坍塌：里層地連墻鑿除必須連續施工；對洞口土體穩定性進行監測，并注意洞門滲水情況；布置井點降水管，緊急情況啟動降水。

(3)洞門防水裝置控制技術：盾構始發前，在外圍刀盤和簾布橡膠板外側涂抹潤滑油以免盾構機刀盤刮破簾布橡膠板影響密封效果；盾構機刀盤嚴禁在洞門范圍內轉動，防止損壞密封裝置。

4.2.2預防開挖面失穩風險采取的措施

(1)針對不同的地層特性選擇合適的泥水質量和泥水壓力、合理的推進參數、注漿參數，加強泥漿管理；

(2)掘進時提前作好地質分析，并根據出碴情況推斷掌子面情況，為盾構掘進參數選擇提供依據；

(3)在盾構掘進前對沿線建筑物和管線進行全面調查；加強監測，并及時反饋信息以指導施工；

(4)盾構下穿建筑物時，優化掘進參數；適當加大注漿量，必要時從隧道內部進行二次注漿；做好地表注漿準備工作，沉降達到預警值時，立即進行地表注漿。

采取風險控制措施后，再采用專家調查法對高風險事件殘留風險進行分析(表7)。

表7　盾構段高風險事件殘留風險

5　結論

運用事故樹法及專家調查法對卡納普里河水下盾構隧道不同施工區段進行風險評估，評估結果得到：

(1)明挖段總體初始風險Ⅱ級，為有條件接受風險；

(2)盾構工作井段基坑涌水涌砂和基坑失穩事故初始風險為Ⅲ級；盾構段盾構機始發和開挖面失穩事故初始風險為Ⅲ級；

(3)對初始風險為Ⅲ級的高風險事件提出了削減風險的應對措施，并對高風險事件進行了殘留風險評估，高風險事件殘留風險均為Ⅱ級。