軟土隧道盾構(gòu)施工期風(fēng)險(xiǎn)損失分析

摘 要：目前在建筑工程的風(fēng)險(xiǎn)管理研究上仍處在探索時(shí)期，不論是對基本數(shù)據(jù)的積累，或是對風(fēng)險(xiǎn)分析理論的探索都尚有欠缺，特別是對風(fēng)險(xiǎn)損失方面的研究相對較少。對在軟土地鐵盾構(gòu)的工程實(shí)施中所造成的事故風(fēng)險(xiǎn)做出分析，為進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)研究提出參考。

關(guān)鍵詞：軟土隧道盾構(gòu)；施工期；風(fēng)險(xiǎn)損失

中圖分類號(hào)：U231" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2023）03-0069-03

1 軟土隧道盾構(gòu)施工特征

軟土隧道盾構(gòu)施工是指在軟土地層中采用盾構(gòu)法施工隧道的過程。與其他隧道類型相比，軟土隧道盾構(gòu)施工具有以下特征[1]。

一是施工難度大。軟土地層的性質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)在施工過程中面臨著較大的困難。軟土中的松散顆粒和水分，會(huì)對盾構(gòu)機(jī)的刀盤和推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的阻力，而土體的流動(dòng)性也會(huì)導(dǎo)致泥水的涌入和泥漿回流，從而增加施工難度。

二是環(huán)境保護(hù)壓力大。軟土地層中常常存在著水源、氣源等敏感地質(zhì)條件，因此在施工過程中必須注意環(huán)境保護(hù)，避免對地下水和地質(zhì)環(huán)境造成不良影響。

三是安全風(fēng)險(xiǎn)高。軟土地層的不穩(wěn)定性和可變性，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)在施工過程中易受到地層變化的影響。特別是在地下水豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，要特別注意施工安全，防止地層突變和涌水事故。

四是施工技術(shù)要求高。軟土隧道盾構(gòu)施工需要應(yīng)用一系列的高精度施工技術(shù)，如地下定位、控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、隧道支護(hù)和圍巖處理等。這些技術(shù)的應(yīng)用要求施工人員具備較高的專業(yè)知識(shí)和技能。

2 軟土隧道盾構(gòu)施工的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 軟土隧道盾構(gòu)施工的優(yōu)點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的開挖施工方法，軟土隧道盾構(gòu)施工主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

一是施工速度快。盾構(gòu)機(jī)施工不受地面影響，且操作簡單，因此施工速度較快，可大大縮短施工時(shí)間。

二是施工效率高。盾構(gòu)機(jī)施工連續(xù)性強(qiáng)，每天施工時(shí)間長，可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高了施工效率。

三是施工過程中對周圍環(huán)境的干擾小。盾構(gòu)機(jī)在施工時(shí)只在隧道內(nèi)作業(yè)，減少了對周圍環(huán)境的干擾和污染。

四是施工質(zhì)量可控。盾構(gòu)機(jī)施工能夠?qū)λ淼谰蜻M(jìn)的直徑、形狀等進(jìn)行調(diào)整，能夠更好地保證隧道的質(zhì)量。

五是安全性高。盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)工人不需進(jìn)入施工空間，能夠保證施工安全。

2.2 軟土隧道盾構(gòu)施工存在的不足

第一，盾構(gòu)機(jī)施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的土方，如何處理這些土方是一個(gè)難點(diǎn)。

第二，盾構(gòu)機(jī)在施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，可能對周圍建筑物造成影響。

第三，盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工難度較大，需要采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行控制和處理。

第四，盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)需要按照預(yù)定斷面形狀進(jìn)行掘進(jìn)，如有需要更改斷面形狀的情況，將會(huì)增加施工難度和時(shí)間成本。

3 對軟土隧道盾構(gòu)施工進(jìn)行安全性評價(jià)的重要性

軟土隧道盾構(gòu)開挖是一項(xiàng)復(fù)雜的工程活動(dòng)，安全性評價(jià)在其建設(shè)過程中非常重要。軟土隧道盾構(gòu)開挖面臨著多種潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，如地面沉降、地層破壞、盾構(gòu)機(jī)故障等，這些都可能導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而且軟土隧道盾構(gòu)位于城市地下，可能涉及到地下管線、地下設(shè)施等，如果沒有充分的安全性評價(jià)，就可能會(huì)對周邊環(huán)境和生活造成影響。為了取得最佳效果，設(shè)計(jì)、施工和決策都必須有理論支持。

在城市等地下環(huán)境復(fù)雜地區(qū)，隧道工程的施工建設(shè)包括很多方面，如地下管道的位置、表面建筑物的結(jié)構(gòu)等。如果不能充分考慮軟土隧道盾構(gòu)開挖的安全性，將會(huì)給社會(huì)和國家?guī)聿槐匾闹卮髶p失。從管理的角度來看，風(fēng)險(xiǎn)評估研究的價(jià)值在于為經(jīng)營決策提供有效的理論支持。工程風(fēng)險(xiǎn)研究的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的安全生產(chǎn)，以使企業(yè)利益達(dá)到最大化[2]。

4 軟土隧道盾構(gòu)施工期風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

軟土隧道盾構(gòu)施工期間的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)主要涉及以下4個(gè)方面：①地質(zhì)構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)構(gòu)造是軟土隧道盾構(gòu)施工過程中的重要因素，特別是在地質(zhì)活躍區(qū)域，構(gòu)造裂隙和斷層可能對盾構(gòu)施工產(chǎn)生影響。如果這些構(gòu)造的位置和性質(zhì)不能充分了解，就可能導(dǎo)致隧道的破壞和不穩(wěn)定。②地下水風(fēng)險(xiǎn)。軟土隧道盾構(gòu)施工過程中，地下水是一個(gè)重要的工程環(huán)境因素。盾構(gòu)施工會(huì)打破地下水的原有平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地下水位的變化。如果地下水流量過大或地下水壓力過高，就可能導(dǎo)致隧道涌水或崩塌。③土體變形風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工期間，由于地下開挖導(dǎo)致軟土隧道周圍的土體發(fā)生變形，可能導(dǎo)致地表沉降、建筑物傾斜等問題。同時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)的擠壓和推進(jìn)作用，隧道圍巖也會(huì)產(chǎn)生變形，導(dǎo)致隧道失穩(wěn)和破壞。④地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。軟土隧道盾構(gòu)施工期間，地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流等風(fēng)險(xiǎn)也需要考慮。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生可能會(huì)導(dǎo)致隧道的崩塌、損壞和不穩(wěn)定。

4.2 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

軟土隧道盾構(gòu)施工期間，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)主要涉及盾構(gòu)機(jī)的故障和事故。盾構(gòu)機(jī)是施工過程中的重要設(shè)備，其故障和事故將會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和質(zhì)量，甚至?xí)斐扇藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。以下是一些可能存在的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)：①設(shè)備故障。盾構(gòu)機(jī)由眾多機(jī)械部件組成，這些部件在長時(shí)間的運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)磨損和故障。一些常見的故障包括電氣故障、液壓故障、機(jī)械故障等。設(shè)備故障會(huì)導(dǎo)致停工時(shí)間增加，影響工期。②地層失穩(wěn)。由于盾構(gòu)施工會(huì)改變地下土體的應(yīng)力狀態(tài)，因此可能導(dǎo)致地層失穩(wěn)，包括地面塌陷、地下水涌入、土層塌方等問題。這些問題可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)被卡住或嚴(yán)重受損，甚至?xí)斐墒鹿省＂垡簤合到y(tǒng)故障。盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)是其重要的動(dòng)力來源，如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法正常運(yùn)行，甚至?xí)ㄔ谒淼纼?nèi)。液壓系統(tǒng)故障可能是由于材料老化、零部件磨損、使用不當(dāng)?shù)榷喾N原因引起的。④電氣系統(tǒng)故障。盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)機(jī)器的自動(dòng)控制和監(jiān)測，一旦出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法自動(dòng)操作和監(jiān)測。電氣系統(tǒng)故障可能是由于電線老化、電路短路、電子元件損壞等原因引起的。⑤事故。盾構(gòu)施工中可能發(fā)生的事故包括機(jī)器故障、設(shè)備失控、地質(zhì)災(zāi)害、人員傷亡等。這些事故可能對施工進(jìn)度、工程質(zhì)量、人員安全和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

4.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

軟土隧道盾構(gòu)施工期的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要包括噪聲污染、振動(dòng)影響、粉塵污染、廢水處理等方面。

首先，盾構(gòu)施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲，對施工周邊居民的生活和工作會(huì)產(chǎn)生不良影響。特別是在夜間施工，對周圍居民的生活影響更為顯著。此外，盾構(gòu)機(jī)的振動(dòng)也會(huì)對周邊環(huán)境造成影響，如對附近建筑物、橋梁、管線等設(shè)施產(chǎn)生影響，甚至對周邊環(huán)境的地質(zhì)構(gòu)造和地下水位造成影響。

其次，盾構(gòu)施工會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，會(huì)對施工周邊的空氣質(zhì)量和環(huán)境衛(wèi)生造成影響。施工現(xiàn)場和周邊居民區(qū)的空氣中會(huì)存在大量的粉塵，長時(shí)間暴露在這種環(huán)境中可能會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病、過敏等健康問題。同時(shí)，粉塵也會(huì)降低施工人員的工作效率。

最后，盾構(gòu)施工會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水需要進(jìn)行處理和排放。如果廢水處理不當(dāng)，會(huì)對周邊水環(huán)境造成污染，影響水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，甚至對周邊居民的生活產(chǎn)生影響。

4.4 人員風(fēng)險(xiǎn)

軟土隧道盾構(gòu)施工期的人員風(fēng)險(xiǎn)主要包括以下兩個(gè)方面。

一是安全事故風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工作業(yè)涉及到各種機(jī)械設(shè)備和大型工具，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，如車輛碰撞、坍塌、設(shè)備故障等。

二是作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，存在一定的安全隱患，如有毒有害氣體、高溫高濕、塵土污染等。

5 軟土隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)控制策略

軟土隧道盾構(gòu)施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，施工過程中存在著多種風(fēng)險(xiǎn)。因此，制定有效的風(fēng)險(xiǎn)控制策略對保障施工安全至關(guān)重要。軟土隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)控制策略主要可以包含以下幾方面。

5.1 施工前期進(jìn)行地質(zhì)勘探

在軟土隧道盾構(gòu)的前期勘探與設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探和設(shè)計(jì)分析，了解隧道所處地層的性質(zhì)和地下水情況，對隧道工程的地質(zhì)環(huán)境和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的評估，以確定軟土隧道盾構(gòu)施工的可行性、施工方案可行性以及施工期間可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，以便制定相應(yīng)的防范措施和應(yīng)急預(yù)案。地質(zhì)勘探內(nèi)容主要包括地質(zhì)參數(shù)、地下水分布、地震風(fēng)險(xiǎn)、土壤力學(xué)參數(shù)等。

5.2 施工方案設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制

在施工方案設(shè)計(jì)階段，可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制。

5.2.1 土體處理方案

施工前需要對土體進(jìn)行勘探和分析，確定土壤的類型和力學(xué)性質(zhì)，然后制定土體處理方案。處理方案包括地基加固和土體改良等，以確保隧道施工過程中的穩(wěn)定性。

5.2.2 隧道掘進(jìn)方案

在掘進(jìn)隧道時(shí)，應(yīng)采用合適的掘進(jìn)方法和參數(shù)，減小地表沉降和地下水位變化等不良影響。同時(shí)，要遵循隧道設(shè)計(jì)參數(shù)，合理控制施工速度和推力大小，以確保隧道施工過程中的穩(wěn)定性和安全性。

5.2.3 盾構(gòu)機(jī)選擇和維護(hù)

選擇合適的盾構(gòu)機(jī)對于隧道施工的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。在施工前，需要對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行維護(hù)和檢查，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)，需要根據(jù)隧道施工情況和土體特性，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的工作參數(shù)，以保證隧道施工的穩(wěn)定性。

5.2.4 環(huán)片安裝方案

在盾構(gòu)施工中，環(huán)片的質(zhì)量和安裝狀態(tài)對隧道的穩(wěn)定性和安全性影響很大。在環(huán)片的制造和安裝過程中，需要嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量要求，確保環(huán)片的質(zhì)量和精度。同時(shí)，在環(huán)片安裝過程中，需要采用合適的安裝方案和工藝，以保證環(huán)片的緊密配合和穩(wěn)定性。

5.2.5 安全監(jiān)測方案

在隧道施工過程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄，以及時(shí)掌握施工過程中的變化和異常情況。安全監(jiān)測方案應(yīng)包括監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置、監(jiān)測參數(shù)的選擇和監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容。

5.3 優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在軟土地質(zhì)條件下，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括以下4個(gè)方面。

5.3.1 確定合理的支護(hù)方式

應(yīng)根據(jù)軟土的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式。例如，可采用鋼支撐、壓縮拱、加固樁等支護(hù)方式，以保證隧道的穩(wěn)定和安全。

5.3.2 考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性

應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、預(yù)期使用年限等因素，選擇合適的支護(hù)材料和結(jié)構(gòu)形式，以確保隧道的耐久性和安全性。

5.3.3 優(yōu)化施工工藝

應(yīng)針對軟土地質(zhì)條件，制定合理的施工工藝和施工方案，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的安全和質(zhì)量。

5.3.4 加強(qiáng)監(jiān)測措施

應(yīng)加強(qiáng)對支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊土體的監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施加以解決，確保施工安全和隧道質(zhì)量。

5.4 采用預(yù)防性灌漿注漿技術(shù)

軟土隧道盾構(gòu)施工中，預(yù)防性灌漿注漿技術(shù)是一種常見的風(fēng)險(xiǎn)控制策略。預(yù)防性灌漿注漿可以增加地基土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減小隧道周圍土體變形和沉降，降低隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)。在軟土地區(qū)，應(yīng)根據(jù)地層特征、地下水位、土體的物理力學(xué)特性等情況，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)施工特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)預(yù)防性灌漿注漿方案。在具體實(shí)施中，需要注意施工工藝、注漿材料的選用、注漿參數(shù)的控制等方面，以保證預(yù)防灌漿注漿的效果。同時(shí)，預(yù)防灌漿注漿技術(shù)還可以用于處理隧道圍巖中的裂隙和空洞，提高隧道圍巖的整體穩(wěn)定性。

5.5 進(jìn)行施工過程監(jiān)測

軟土隧道盾構(gòu)施工中的施工過程監(jiān)測，是確保隧道施工過程中風(fēng)險(xiǎn)控制和質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。施工過程監(jiān)測主要包括地表沉降監(jiān)測、隧道變形監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、地下水位監(jiān)測等。通過對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施，避免可能出現(xiàn)的安全事故和工程質(zhì)量問題。同時(shí)，監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以為后續(xù)隧道的維護(hù)和管理提供重要的參考和依據(jù)。

5.6 制定緊急預(yù)案

軟土隧道盾構(gòu)施工中，由于施工環(huán)境的復(fù)雜性和施工風(fēng)險(xiǎn)的高度，必須制定一份完善的緊急預(yù)案。緊急預(yù)案包括但不限于：施工現(xiàn)場事故的應(yīng)急處理措施、應(yīng)急處理人員職責(zé)、應(yīng)急救援設(shè)備、應(yīng)急通信設(shè)備等。在設(shè)計(jì)緊急預(yù)案時(shí)，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，將緊急預(yù)案與現(xiàn)場特點(diǎn)相結(jié)合。此外，還應(yīng)注意預(yù)案的實(shí)施和改進(jìn)，定期組織演練，及時(shí)總結(jié)和修訂，確保在緊急情況下，能夠迅速、有效地處理事故，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

6 結(jié)語

軟土隧道盾構(gòu)施工具有施工效率高、環(huán)保節(jié)能、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。因此，在軟土隧道盾構(gòu)施工期間，風(fēng)險(xiǎn)控制非常重要，需要進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評估，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和防范。針對軟土隧道盾構(gòu)施工過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，本文提出了一系列的控制策略，包括施工前期的質(zhì)勘探、施工方案設(shè)計(jì)階段實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制、優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用預(yù)防性灌漿注漿技術(shù)、進(jìn)行施工過程監(jiān)測及制定緊急預(yù)案等。只有科學(xué)合理地采取這些措施，才能夠有效地保證軟土隧道盾構(gòu)施工的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝文斌，黃偉東，白云.軟土地層盾構(gòu)隧道施工期監(jiān)測分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015（1）：190-198.

[2] 馮德威.隧道盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析及施工技術(shù)研究[J].山西建筑， 2018（5）：171-172.