羅光財,郭 庶,彭 丹

(中建五局土木工程有限公司, 湖南 長沙 410004)

0 引 言

近年來,我國城市地下工程迅速發(fā)展,隧道工程建設(shè)規(guī)模日益擴大,因此不可避免帶來了隧道穿越和鄰近各種既有結(jié)構(gòu)施工的情況。隧道穿越施工中周圍環(huán)境難度大、安全性問題突出,是穿越工程的核心問題。因此,系統(tǒng)研究隧道鄰近結(jié)構(gòu)物的安全風(fēng)險大小從而制定相應(yīng)的控制措施具有重要的現(xiàn)實意義。

我國在公路、管道方面的施工風(fēng)險評估已經(jīng)有一定研究經(jīng)驗[1-5],但有關(guān)隧道施工特別是地鐵隧道風(fēng)險的研究并不多,少數(shù)有關(guān)隧道的風(fēng)險研究主要是定性評價[6-7]。張雁、黃宏偉[8]從風(fēng)險評價方法模型和評價流程方面為我國風(fēng)險管理研究提供了思路;張雷等[9]針對城市地下工程中周圍建筑安全事故的特點,確定了常見的風(fēng)險評價的指標(biāo)。這些研究多以定性分析為主,因此,以客觀數(shù)值來定量分析安全風(fēng)險大小,已成為隧道施工風(fēng)險評估研究的方向。從工程實際來看,隧道鄰近結(jié)構(gòu)物在施工過程中的安全風(fēng)險對隧道施工的進(jìn)程具有關(guān)鍵意義。

肯特指數(shù)法是指1992年肯特提出的管道風(fēng)險評分指標(biāo)體系法(以下簡稱肯特法)?？咸胤ㄔ讵毩⒎治龈鞫喂艿赖挠绊懸蛩睾?分析管道內(nèi)物質(zhì)的危險指數(shù)和影響系數(shù),求取泄漏影響指數(shù),最后求取指數(shù)和與泄漏影響指數(shù)的比值,得到相對風(fēng)險值[11]。這種理念同樣適用于地下工程施工中?？咸胤ㄔ诳紤]了概率的因素對風(fēng)險進(jìn)行打分,但又不拘泥于確切的概率,越過了定量評估中的實際概率打分,具有較好的說服力。與之類似,隧道工程安全風(fēng)險評估是分析隧道建設(shè)各階段的風(fēng)險事件、風(fēng)險發(fā)生概率及可能引發(fā)的事故損失來確定風(fēng)險值。

本文主要研究如何應(yīng)用肯特指數(shù)法對隧道鄰近結(jié)構(gòu)物進(jìn)行風(fēng)險評估,結(jié)合長沙地鐵4號線一期星城車輛段明挖隧道工程實例,定量對隧道鄰近結(jié)構(gòu)物安全風(fēng)險作出評估,以期為隧道施工風(fēng)險評估提供參考依據(jù)。

1 肯特指數(shù)法風(fēng)險評價流程

利用肯特指數(shù)法對風(fēng)險事件進(jìn)行評價的核心是確定評價對象的風(fēng)險源,并根據(jù)大量實例統(tǒng)計確定相應(yīng)的指數(shù)取值范圍。利用肯特指數(shù)法評價隧道鄰近結(jié)構(gòu)物施工風(fēng)險的具體流程如圖1所示[11]。

圖1 隧道鄰近結(jié)構(gòu)物肯特法評價流程

影響隧道指數(shù)的主要因素以及相應(yīng)隧道指數(shù)見表1;地層指數(shù)的影響因素主要包括圍巖級別和地下水位等,地層指數(shù)判定見表2;鄰近結(jié)構(gòu)物指數(shù)分為管線指數(shù)和路面指數(shù)兩類,各鄰近結(jié)構(gòu)物指數(shù)見表3～表4;鄰近結(jié)構(gòu)物與隧道的位置關(guān)系的影響系數(shù)S1判定見表5;鄰近結(jié)構(gòu)物的重要性的影響系數(shù)S2見表6。

表1 隧道指數(shù)F 1

表2 地層指數(shù)F 2

表3 管線指數(shù)F 3－1

表4 路面指數(shù)F 3－3

表5 影響系數(shù)S 1

表6 影響系數(shù)S 2

根據(jù)以上分析計算,得到隧道工程的風(fēng)險分級如表7所示,環(huán)境風(fēng)險評估要求表中安全等級定為4級,可滿足隧道工程開挖引起的環(huán)境風(fēng)險評估要求。

風(fēng)險綜合指數(shù)是在基礎(chǔ)指數(shù)的基礎(chǔ)上通過影響系數(shù)進(jìn)行修正獲得的。計算公式如下：

表7 隧道施工安全風(fēng)險等級

2 工程實例

2.1 工程概況

本項目研究長沙地鐵4號線星城出入段線明挖隧道,研究施工過程中隧道鄰近結(jié)構(gòu)物對施工的安全風(fēng)險大小。

星城車輛段位于石長鐵路長沙西站北側(cè)、北三環(huán)以南的地塊內(nèi);車輛段出入段線由4號線一期最北的車站星城車輛段出入段線站北端頭接出,其線路設(shè)計里程為RDK0＋0～RDK1＋828.715,共計1828.715 m。結(jié)合具體的地層條件及線路埋深,在出入段線靠星城車輛段出入段線RDK1＋230～RDK1＋722.111里程段共約492.111 m采用明挖法施工,在明挖段靠盾構(gòu)隧道的端頭設(shè)置盾構(gòu)吊出井。

明挖段結(jié)構(gòu)形式包含矩形單層雙跨隧道(里程RDK1＋230～RDK1＋355.000)和 U型槽結(jié)構(gòu)(里程RDK1＋355.000～RDK1＋722.111),在矩形隧道和U型槽結(jié)構(gòu)分界處靠矩形隧道側(cè)設(shè)一個單層雨水泵房間。根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查結(jié)果,本工程段周邊地下水豐富,場地圍巖分級定位Ⅳ級,地層指數(shù)F2取值75。

2.2 風(fēng)險等級判別

(1)基礎(chǔ)指數(shù)MF。根據(jù)表1～表4的基礎(chǔ)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)工程實際得到本工程的隧道指數(shù)、管線指數(shù)、路面指數(shù)分別如表8～表10所示,根據(jù)地質(zhì)情況取地層指數(shù)為75。

表8 本工程隧道指數(shù)F 1

表9 本工程管線指數(shù)F 3－1

表10 本工程地層指數(shù)F 2

(2)影響系數(shù)MS。星城車輛出入段線明挖段位于市三環(huán)高速路基南側(cè),現(xiàn)狀場地主要為鄉(xiāng)村便道和農(nóng)田,地勢總體東低西高,與線路標(biāo)高變化相類似。其中施工范圍內(nèi)需拆遷的居民房屋、東段北側(cè)的三環(huán)路高速和南側(cè)楠藕線110 k V高壓線走廊及相應(yīng)的高壓鐵塔現(xiàn)場對明挖段工程影響較大,地下管線埋布較為復(fù)雜且與施工隧道極為靠近,因此根據(jù)表6和表7,影響系數(shù)S1、S2分別取0.9和1。

(3)綜合指數(shù)TS。將上述基礎(chǔ)指數(shù)和影響系數(shù)帶入公式(1)和公式(2),評估結(jié)果如表12所示,綜合指數(shù)TS為271.2。

(4)風(fēng)險分級。本工程中隧道鄰近結(jié)構(gòu)物風(fēng)險綜合指數(shù)TS為271.2,大于250但小于400,由表8可知本工程中隧道鄰近結(jié)構(gòu)物安全風(fēng)險為中度風(fēng)險。

表12 隧道鄰近結(jié)構(gòu)物風(fēng)險肯特法評估結(jié)果

2.3 分析結(jié)果評估

該工程實例評估結(jié)果為中危險度風(fēng)險,一般不需要采取風(fēng)險處理措施,但需要予以監(jiān)測?；谠u估結(jié)果,施工單位在施工過程中委托相關(guān)單位對該場地路面以及隧道都進(jìn)行監(jiān)控,測點布置如圖2所示。

由于施工單位對該項目的重視及事前處理,在隧道施工過程中,該項目未出現(xiàn)安全事故,監(jiān)測指標(biāo)均保持在合理范圍內(nèi),說明了該風(fēng)險評估方法可靠,控制效果好。

圖2 平面控制點剖面示意

3 結(jié) 論

(1)針對隧道施工及鄰近結(jié)構(gòu)物特點,基于肯特指數(shù)法選取合適的風(fēng)險源,確定其風(fēng)險基礎(chǔ)指數(shù)以及影響因素,從而建立隧道鄰近結(jié)構(gòu)物風(fēng)險評價模型。

(2)結(jié)合隧道、地層、鄰近結(jié)構(gòu)物等多方面因素,同時考慮了鄰近結(jié)構(gòu)物與隧道的鄰近程度以及結(jié)構(gòu)物重要程度最為影響系數(shù),提高了風(fēng)險評價的可靠度,解決了專家打分法主觀性強的問題。

(3)通過對工程數(shù)據(jù)及已有文獻(xiàn)的總結(jié)分析,提出了各指標(biāo)等級賦值標(biāo)準(zhǔn)和評價準(zhǔn)則,并依托工程實例進(jìn)行驗證,驗證結(jié)果表明模型符合工程實際,能為施工單位安全施工提供有效參考。