代劍英，萬(wàn) 曦

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷改善，給排水、煤氣、天然氣、電力、熱力及通訊管道等生命線工程穿越已建高速公路時(shí)有發(fā)生。生命線工程管道直徑相對(duì)較小，頂管施工法是最常采用的一種非開挖技術(shù)，它具有施工周期短、不影響交通、對(duì)周邊環(huán)境影響小等明挖法不可比擬的優(yōu)越性。

盡管頂管施工對(duì)周邊環(huán)境影響相對(duì)較小，但仍不可避免引起地層擾動(dòng)和地層損失，特別是軟弱土層和砂土、粉砂層地基，導(dǎo)致地表沉降和隆起［1］。當(dāng)頂管施工近距離穿越高速公路，尤其是高等級(jí)、高要求的交通大動(dòng)脈時(shí)，為保證高速公路自身及行車的安全和舒適性，因此有必要對(duì)頂管穿越施工對(duì)已建高速公路的影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析的一般流程和方法

1.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常分為五個(gè)主要步驟［2］

(1)風(fēng)險(xiǎn)界定:即建立標(biāo)準(zhǔn)和劃分評(píng)估單元。

(2)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí):分析工程施工期所有的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，并進(jìn)行歸類整理，然后進(jìn)行篩選，重點(diǎn)考慮那些對(duì)目標(biāo)參數(shù)影響較大的風(fēng)險(xiǎn)因素。

(3)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì):對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率和后果進(jìn)行分析和估計(jì)，給出風(fēng)險(xiǎn)的概率分布。

(4)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià):對(duì)目標(biāo)參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果參照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判。

(5)風(fēng)險(xiǎn)控制:主要針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)大小，結(jié)合實(shí)際情況給出風(fēng)險(xiǎn)處理的合理對(duì)策。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)分析方法

常用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法有基于信心指數(shù)的專家調(diào)查法、模糊綜合評(píng)判方法、層次分析法、故障書法等等。本文采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)查法，它被證明在缺乏大量施工數(shù)據(jù)的情況下可作為一種有效的風(fēng)險(xiǎn)分析方法［3］。

專家調(diào)查法的應(yīng)用一般由兩步組成:

(1)辨識(shí)出某一特定項(xiàng)目可能遇到的所有風(fēng)險(xiǎn)，列出風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表(Checklist)。

(2)利用專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)可能的風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合成整個(gè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

在調(diào)查中引入“信心指數(shù)”，即專家在做出相應(yīng)判斷時(shí)的信心程度，也可以理解為該數(shù)據(jù)的客觀可靠程度。這意味著將由專家自己進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠性或客觀性評(píng)價(jià)，這就會(huì)大大提高數(shù)據(jù)的可用性，也可以擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集對(duì)象的范圍。通過(guò)這種方法，可以挖掘出專家調(diào)研數(shù)據(jù)的深層信息:即使數(shù)據(jù)采集對(duì)象并非該領(lǐng)域的專家，只要他對(duì)所做出的判斷能夠有一個(gè)正確的評(píng)價(jià)，那么這個(gè)數(shù)據(jù)就應(yīng)該視為有效信息。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某天然氣管道擬穿越高速公路，穿越路段為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，車流量大，車輛類型多，其本身就存在新老路堤拼接和路面不均勻沉降問(wèn)題。擬采用頂管法施工，穿越長(zhǎng)度100 m左右，套管規(guī)格DRC 1800×2000GⅢA JC/T640，兩端工作井為5 m×5 m矩形坑，一般路段穿越深度位于地表以下3 m左右，路基段穿越深度為路面以下6 m左右(路基高3 m)，地下水主要賦存于上部黏性土、粉土、砂土中，水量不大，勘察期間地下水埋深0.20～3.15 m，故穿越工程位于地下水位以下。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及估計(jì)

按照普通頂管施工的流程，可將其分為頂管進(jìn)出洞階段和頂進(jìn)階段。頂管進(jìn)出洞階段的風(fēng)險(xiǎn)主要包括設(shè)備的吊裝和安裝風(fēng)險(xiǎn)、掘進(jìn)機(jī)出發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、掘進(jìn)機(jī)到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)、臨時(shí)工程和設(shè)備的拆除風(fēng)險(xiǎn)。由于客觀地質(zhì)條件、設(shè)備和施工材料性能以及主觀因素的不確定性的影響，掘進(jìn)機(jī)從工作井出發(fā)時(shí)就面臨眾多風(fēng)險(xiǎn)，如工作面漏水漏漿、掘進(jìn)機(jī)出洞引起塌方、洞口密封圈失效漏水、輔助設(shè)施損壞、無(wú)法正常出洞、反力座損壞、掘進(jìn)機(jī)抬頭或磕頭事故、掘進(jìn)機(jī)無(wú)法正常推進(jìn)、掘進(jìn)機(jī)上浮等;掘進(jìn)機(jī)到達(dá)時(shí)也面臨類似風(fēng)險(xiǎn)。

頂管頂進(jìn)階段的風(fēng)險(xiǎn)主要包括障礙物及不良地質(zhì)事故、設(shè)備操縱失誤、注漿施工風(fēng)險(xiǎn)、防水防腐等風(fēng)險(xiǎn)。其中，障礙物和不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)包括障礙物、承壓水或涌水、暗浜(塘)或地層空洞，有害氣體、全斷面流砂、淺覆土層、地質(zhì)鉆孔回填不密實(shí)等7大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

由于頂管推進(jìn)是一項(xiàng)極其復(fù)雜、巨大的施工工作，所以在其過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)操作失誤。操作失誤是由于主觀因素在特殊客觀條件變化時(shí)引起的對(duì)機(jī)械設(shè)備的失誤操作，損失小時(shí)可以忽略不計(jì)，損失大時(shí)很可能是災(zāi)難性的。本文將操作失誤風(fēng)險(xiǎn)分為:開挖和頂進(jìn)控制失誤、軸線控制不當(dāng)、泥漿處理失誤三大部分。

注漿施工包括注漿減摩和注漿加固，注漿減摩是頂管中非常重要的一環(huán)，尤其是在長(zhǎng)距離和曲線頂管中，它是頂管成功與否的一個(gè)極其重要的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。注漿系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)主要包括注漿設(shè)備、注漿質(zhì)量和環(huán)境影響三部分風(fēng)險(xiǎn)事故。

頂管防水施工的主要內(nèi)容為管片接縫防水、注漿孔防水、滲漏處理等，因滲漏產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)事故主要有管片的不均勻沉降、管片開裂脫節(jié)以及水土流失產(chǎn)生的地表變形。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)過(guò)程中得出的可能存在的風(fēng)險(xiǎn)事故以及上述實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本工程實(shí)際情況，進(jìn)出洞階段最可能出現(xiàn)工作面滲漏水和塌方等事故;推進(jìn)階段最可能出現(xiàn)地下障礙物(高速公路地下基礎(chǔ)、擋土墻、塊石、樹根等)、全斷面流砂甚至塌方等事故，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行更詳細(xì)的分析如下。

2.2.1 工作面漏水漏漿

頂管推進(jìn)過(guò)程中，無(wú)論是從工作井出洞還是從接受井進(jìn)洞，管子和洞口之間都必須留有一定的間隙，此間隙如果不堵住，地下水和泥沙就會(huì)從該間隙流到工作井中，造成事故。由于不良地質(zhì)或者洞口止水失效都有可能造成工作面漏水漏漿。

2.2.2 地下障礙物

地下障礙物的存在會(huì)給掘進(jìn)機(jī)的正常推進(jìn)帶來(lái)不利影響:導(dǎo)致可能引起刀盤磨損，從而不能正常開挖，影響工期;頂管不能快速通過(guò)穿越路段，引起路基的不均勻沉降甚至開裂。

2.2.3 全斷面流砂

頂管穿越土層為粉土，下臥粉砂層，加上地下水作用，存在流砂風(fēng)險(xiǎn)可能性很大，流砂對(duì)工程施工風(fēng)險(xiǎn)主要為:流砂在基坑工程施工中能造成大量的土體流動(dòng)，致使地表塌陷給施工帶來(lái)很大困難或甚至造成特大工程事故(高速公路路基和路面破壞、塌方)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

為了對(duì)工程的風(fēng)險(xiǎn)事故有一個(gè)大體的、定性的把握，以便指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)決策的開展，需對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)的兩個(gè)重要因素是概率和損失，按照相關(guān)研究和規(guī)定［2］、［4］，下面給出概率和損失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并在最后給出針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表1～表4所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 風(fēng)險(xiǎn)事故損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

表4 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)以上對(duì)頂管施工進(jìn)出洞以及推進(jìn)過(guò)程中可能存在的各種風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行綜合匯總分析，并采用風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則對(duì)其等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表如表5所示。

表5 頂管施工對(duì)高速公路影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)匯總表

2.4 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的頂管進(jìn)出洞事故、地下障礙物和全斷面流砂(甚至塌方)事故應(yīng)采取一定的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

2.4.1 頂管進(jìn)出洞的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

針對(duì)頂管進(jìn)出洞階段最可能出現(xiàn)的工作面滲漏水和塌方等事故，有以下風(fēng)險(xiǎn)控制措施:

(1)嚴(yán)格按地下工程防水施工驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求施工，加強(qiáng)工作井、接受井的降水、排水措施;

(2)建議對(duì)洞口及其附近一定范圍內(nèi)進(jìn)行凍結(jié)或注漿加固，保證進(jìn)出洞不出現(xiàn)滲漏水或涌水涌泥等事故，加固范圍一般為洞口前5 m范圍，洞口四周距管道外側(cè)2～3 m范圍內(nèi)。

2.4.2 地下障礙物和全斷面流砂的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

(1)采用先進(jìn)的勘測(cè)儀器和試驗(yàn)設(shè)備，減少勘測(cè)誤差和錯(cuò)誤，對(duì)探明的地下障礙物進(jìn)行清除，并做好施工過(guò)程中出現(xiàn)各種可能的地下障礙物(高速公路地下基礎(chǔ)、擋土墻、塊石、樹根等)施工應(yīng)急預(yù)案;

(2)在頂管推進(jìn)過(guò)程中，建議通過(guò)加強(qiáng)泥水管理、及時(shí)調(diào)整泥水指標(biāo)、精確計(jì)算切口水壓、嚴(yán)格控制切口水壓波動(dòng)等措施來(lái)防止粉土層中無(wú)法形成“泥膜”造成工作面失穩(wěn)甚至塌方等嚴(yán)重后果;制定流砂事故應(yīng)急措施和預(yù)案。

(3)建議對(duì)穿越施工進(jìn)行地下水位、地表沉降和高速公路路基、路面的沉降進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握施工對(duì)周邊環(huán)境的影響范圍和程度。

此外，針對(duì)注漿施工、防水防腐施工等風(fēng)險(xiǎn)較小因素也要加強(qiáng)注漿管理，控制掘進(jìn)速度，控制好掘進(jìn)機(jī)與管片的相對(duì)姿態(tài)，防止地下水涌入。

3 結(jié)論

本文對(duì)某頂管施工中可能對(duì)高速公路產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了辨識(shí)、估計(jì)和評(píng)價(jià)，并提出了相應(yīng)的控制措施，可得到如下結(jié)論。

(1)由于工作面有存在滲漏水、地下障礙物、全斷面流砂等風(fēng)險(xiǎn)事故的可能性，建議在施工過(guò)程中采取相應(yīng)的措施，并制定應(yīng)急預(yù)案。

(2)通過(guò)對(duì)頂管施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)分析，為工程決策中的施工方案的確定和工程建設(shè)管理提供了依據(jù)。

［1］王斌，陳帥，陶柏峰，等.頂管穿越路堤實(shí)測(cè)地基變形和擾動(dòng)程度分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(1):2805－2812

［2］同濟(jì)大學(xué).地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2007

［3］閆玉茹，黃宏偉，胡群芳，等.大連灣海底隧道鉆爆法施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(2):3616－3624

［4］中國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)［S］.2010