復(fù)雜地質(zhì)施工管理與風(fēng)險(xiǎn)控制研究

前言：本站為你精心整理了復(fù)雜地質(zhì)施工管理與風(fēng)險(xiǎn)控制研究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

【摘要】文中以蘇埃通道工程海底隧道施工為依托，為了控制復(fù)雜地質(zhì)下超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)，通過從以地質(zhì)工作勘察分析、盾構(gòu)選型及針對(duì)性能設(shè)計(jì)、隧道線路設(shè)計(jì)優(yōu)化和組織機(jī)構(gòu)與培訓(xùn)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防，和以風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與處理措施、方案動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化和施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)控制兩大方面進(jìn)行分析，確定了“以隧道掘進(jìn)為中心，施工管理與風(fēng)險(xiǎn)控制的動(dòng)態(tài)調(diào)整的過程管理為根本”的成功實(shí)踐，直接成功穿越了海底基巖凸起段上軟下硬差異大的高風(fēng)險(xiǎn)地段，為以后類似工程提供新的思路和方法。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；超大直徑；泥水平衡盾構(gòu)；風(fēng)險(xiǎn)控制

隨著我國城市交通、大型過江過河交通工程的興建，水阿姨采用泥水盾構(gòu)修建隧道隧道的施工技術(shù)的案例逐步增多[1-3]。超大直徑泥水盾構(gòu)適用于過海（江）大斷面軟硬不均復(fù)雜地層、含水量高或飽和狀態(tài)的地層，地層自穩(wěn)性差，開挖面易失穩(wěn)坍塌，地表與周邊環(huán)境變形控制要求嚴(yán)等情況，隨著盾構(gòu)隧道直徑的增大,掘進(jìn)中面臨的地層愈發(fā)復(fù)雜、問題增多、難度增大、風(fēng)險(xiǎn)增高，施工管理是否全面，決策是否及時(shí)、準(zhǔn)確決定著隧道施工的順利程度。已建成的大直徑泥水盾構(gòu)隧道從施工技術(shù)難點(diǎn)和采取的技術(shù)措施方面也有一定的研究。南京長江隧道成功穿越水壓高達(dá)0.65MPa的江底礫砂等高滲透性地層，完成在江底帶壓開艙、穿越江中超淺覆土段等高難度的工作[4]、廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道解決了大直徑、長距離、高水壓、軟硬不均地層水底隧道的盾構(gòu)選型，如何確保破巖與切土協(xié)調(diào)、有效穩(wěn)定工作面、高效密封防止涌水、保障環(huán)流暢通[5]、揚(yáng)州瘦西湖盾構(gòu)隧道有效解決盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅、泥水艙及管道易堆積堵塞、刀盤扭矩大、盾構(gòu)推進(jìn)速度慢、泥水分離困難的施工難題[6，7]。上述文獻(xiàn)對(duì)大直徑泥水盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)控制管理系統(tǒng)性描述較少。以蘇埃通道工程海底盾構(gòu)隧道施工為基礎(chǔ)，針對(duì)地質(zhì)條件的不確定性、施工風(fēng)險(xiǎn)的全新性、施工問題及施工措施的多樣性，從風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和施工控制兩方面，總結(jié)復(fù)雜地質(zhì)條件下超大直徑泥水平衡盾構(gòu)的管理工作，為工程提供新的思路和方法。

1工程概況

汕頭市蘇埃通道工程項(xiàng)目路線全長6680m，隧道長5300m，海域段采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)段東線3047.5m，西線3045.7m，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑13.3m，外徑14.5m。工程采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度60km/h，雙向六車道。盾構(gòu)區(qū)間示意見圖1。盾構(gòu)隧道下穿蘇埃灣，區(qū)間覆土厚度9.7～17.2m，盾構(gòu)段穿越淤泥質(zhì)軟土、砂層距離長，且盾構(gòu)區(qū)間分布有花崗巖球狀風(fēng)化體、基巖段，在航道附近覆土厚度小于1倍洞徑，在施工震動(dòng)下，軟土容易變形失穩(wěn)，導(dǎo)致海水灌入隧道。

2超大直徑泥水平衡盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防

為了有效預(yù)防隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)問題發(fā)生，在隧道施工前期從地質(zhì)補(bǔ)勘、盾構(gòu)選型與設(shè)計(jì)、線路選擇和組織機(jī)構(gòu)設(shè)置與培訓(xùn)等方面進(jìn)行研究。

2.1地質(zhì)工作勘察分析

地質(zhì)報(bào)告的準(zhǔn)確性直接影響著盾構(gòu)選型和施工技術(shù)的確定。以汕頭蘇埃通道工程為例，在初步勘察的基礎(chǔ)上，又對(duì)隧道穿越的線路中的拋石回填區(qū)，軟土區(qū)和主航道地段進(jìn)行補(bǔ)充勘察，充分掌握隧道沿線地層分布情況、地層滲透系數(shù)、巖石的強(qiáng)度和質(zhì)量指標(biāo)RQD的巖性、巖土層的顆粒分布與組份等指標(biāo)，明確了隧道掘進(jìn)中的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)問題，據(jù)此選擇出適應(yīng)性最強(qiáng)的盾構(gòu)機(jī)、盾構(gòu)施工方法和施工參數(shù)。

2.2盾構(gòu)機(jī)選型及針對(duì)性設(shè)計(jì)

2.2.1盾構(gòu)選型的原則盾構(gòu)刀盤刀具的選型及其對(duì)地層的適應(yīng)性要求很高。盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)工程特點(diǎn)“量身定做”的，遵循“掘進(jìn)快速、工序少、程序化施工”的原則，要能盡量減少輔助施工法并能確保開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件，盾構(gòu)選型成為隧道工程成功的關(guān)鍵。2.2.2盾構(gòu)針對(duì)性設(shè)計(jì)盾構(gòu)針對(duì)性設(shè)計(jì)要綜合考慮施工區(qū)段的的各種因素，既要準(zhǔn)確選擇盾構(gòu)類型，又要注重主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，保證盾構(gòu)施工的安全可靠[8，9]。盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在對(duì)基巖凸起段和軟弱淤泥地層段適應(yīng)性方面。（1）主航道下方基巖突起段。隧道盾構(gòu)段在海中主航道下方三段不連續(xù)硬巖凸起，長度約182m，侵入隧道高度約3～6m。針對(duì)性的制定了換刀方案，并儲(chǔ)備足夠的備用刀具；盾構(gòu)機(jī)需配置具有常壓換刀功能的刀盤，盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)時(shí)，將帶來大量的刀具消耗，利用常壓換刀裝置，提高換刀的效率和安全性，降低換刀作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和成本，以利于盾構(gòu)直接掘進(jìn)通過。（2）盾構(gòu)穿越海底淺覆蓋淤泥及淤泥質(zhì)粘土層。盾構(gòu)在軟土掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)姿態(tài)控制難度大，易出現(xiàn)“栽頭”、“上漂”、“冒漿”及因切口壓力波動(dòng)造成開挖面正面土體的流失造成開挖面坍塌，管片沉降、錯(cuò)臺(tái)及接縫漏水漏漿，導(dǎo)致海水涌入泥水倉，嚴(yán)重影響施工和工程安全。為解決上述難題，對(duì)盾構(gòu)裝備性能的要求為：能夠精確控制倉內(nèi)壓力，防止切口環(huán)處的壓力波動(dòng)劇烈，對(duì)土體擾動(dòng)過大，壓力波動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，避免壓力波動(dòng)擊穿海底淺埋覆蓋軟土層。

2.3隧道線路設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.3.1平面調(diào)整（調(diào)線設(shè)計(jì)）在平面方案設(shè)計(jì)過程中，需考慮碼頭、港池、錨地、海底硬巖段及孤石群等限制因素的影響，前期應(yīng)加強(qiáng)物探及勘察工作，選擇合理的平面方案。通過前期多線位方案比選研究，最終確定B1、B2線位方案。B1線位在汕頭國際集裝箱碼頭西南角龍湖溝入海口處進(jìn)入海域，以R5000m與R3000m的反向曲線穿越蘇埃灣海域。路線全長約6.8km，該軸線穿越海域?qū)挾燃s3.5km；B2線位避開碼頭，穿龍湖溝后以R1500m轉(zhuǎn)入華僑公園，于華僑公園東南角處進(jìn)入海域，以直線形式穿越蘇埃灣海域，避開珠池港區(qū)，南岸順接規(guī)劃線位。路線全長約6.68km，該軸線穿越海域?qū)挾燃s3.35km。2.3.2縱斷面調(diào)整（調(diào)坡設(shè)計(jì)）縱斷面調(diào)坡設(shè)計(jì)中，解決了海域隧道的兩個(gè)問題。①海域段隧道最大縱坡問題。工程為一級(jí)公路項(xiàng)目，又兼具城市隧道功能，經(jīng)研究最終確定海域段隧道主線最大縱坡為3％、最小縱坡為0.3％，其他段采用城市道路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；②海域主航道、硬巖段隧道埋深控制問題。海域主航道段隧道埋深按規(guī)劃主航道下8.0m控制（施工階段隧道頂至現(xiàn)狀海床面為11m，基本滿足施工要求）。通過縱斷面的調(diào)整，盡量避開海域地層中硬巖段，減小施工難度、降低施工風(fēng)險(xiǎn)；尤其主航道位置處隧道應(yīng)上抬，盡量避開硬巖段，但其埋深需滿足施工階段掘進(jìn)覆土厚度，同時(shí)滿足規(guī)劃主航道底標(biāo)高及運(yùn)營階段的抗浮安全。縱斷面分析如圖2所示。

2.4線路比選

隧道線路無論是縱斷面還是平面位置調(diào)整，都是以確保隧道安全的前提下，盡量減小隧道的施工難度。以蘇埃通道工程為例，在平面方案中，考慮了碼頭、港池、錨地、海底硬巖段及孤石群等限制因素的影響，選擇了更為合理的平面方案，B2線位，減少了盾構(gòu)掘進(jìn)距離和施工難度。在縱斷面上，對(duì)最小覆土厚度、港池、規(guī)劃主航道、孤石群及海底硬巖段等因素加以綜合考慮，并結(jié)合前期施工，對(duì)西線隧道縱坡進(jìn)行調(diào)整適當(dāng)提高，為減少盾構(gòu)機(jī)在隧道原設(shè)計(jì)線路底部風(fēng)化巖層掘進(jìn)中的施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，減低盾構(gòu)掘進(jìn)中遇到巖層機(jī)率，進(jìn)而減少刀具損壞更換率，提高掘進(jìn)效率。

2.5組織機(jī)構(gòu)與培訓(xùn)

建立隧道掘進(jìn)組織機(jī)構(gòu)，設(shè)置決策層、分析反饋層、執(zhí)行層的三級(jí)管理層，施行層級(jí)管理，做到管控有序、反應(yīng)迅速、即時(shí)研判，總結(jié)優(yōu)化。技術(shù)培訓(xùn)方面：通過盾構(gòu)掘進(jìn)施工前的技術(shù)培訓(xùn)和討論，加強(qiáng)技術(shù)人員熟悉盾構(gòu)的構(gòu)造、組成和性能；預(yù)先分析項(xiàng)目施工可能出現(xiàn)的問題，制定預(yù)設(shè)計(jì)解決方案。

3超大直徑泥水平衡盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與處理措施

（1）風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。大直徑盾構(gòu)隧道施工主要由始發(fā)和到達(dá)、掘進(jìn)等階段組成，是風(fēng)險(xiǎn)管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)時(shí)需穿過工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是盾構(gòu)始發(fā)時(shí)還需在加固體內(nèi)完成泥水倉掘進(jìn)建壓工作和盾體由剛性基礎(chǔ)過渡至自然土體的轉(zhuǎn)換，存在洞門鑿除時(shí)涌水涌砂，洞門密封失效，始發(fā)時(shí)盾構(gòu)機(jī)“栽頭”的風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)由于受地層的復(fù)雜性、海底掘進(jìn)水頭壓力高（4.5bar）、海底不明障礙物等影響，存在隧洞偏移、上浮；刀具磨損、刀盤被卡；盾尾密封損壞；土體坍塌、冒頂；隧道埋深變化大、水壓高等風(fēng)險(xiǎn)；海堤沉降變形；盾尾密封損壞或失效；管片安裝機(jī)故障；管片錯(cuò)臺(tái)過大、滲漏水；盾構(gòu)掘進(jìn)中“栽頭”；常壓進(jìn)倉；帶壓進(jìn)倉和盾尾刷更換等風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)隧道施工中起重傷害、電機(jī)車傷人、機(jī)械傷害、高處墜落等多種傷害風(fēng)險(xiǎn)也始終貫穿著施工的全過程。（2）處理措施。保障盾構(gòu)施工安全，確保主驅(qū)動(dòng)和盾尾的密封性能；常壓換刀刀盤、刀筒直接與掌子面相連，保證其完整性，不危及掌子面；管片安裝為真空吸盤式，防止管片脫落時(shí)造成的嚴(yán)重后果；盾構(gòu)機(jī)保壓系統(tǒng)的正常工作，泥漿門、碎石機(jī)正常工作，以及泥漿軟管、軟連接以及輸送泵完好性確保泥水循環(huán)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，針對(duì)盾構(gòu)隧道施工全過程（包括盾構(gòu)選型、始發(fā)、到達(dá)及盾構(gòu)掘進(jìn)中）存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，建立盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)防范措施手冊(cè)，做到備豫不虞。

3.2方案動(dòng)態(tài)調(diào)整和深化

（1）方案動(dòng)態(tài)調(diào)整。隧道施工中從地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)設(shè)備功能、施工技術(shù)的應(yīng)用情況和施工管理措施入手，根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)的變化，刀具刀盤磨損與檢測(cè)系統(tǒng)反饋，地層與渣樣的變化和各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)律分析，查找施工的異常問題，建立復(fù)雜地質(zhì)下超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工中技術(shù)方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整制度，及時(shí)對(duì)預(yù)設(shè)方案進(jìn)行修正與優(yōu)化，保證盾構(gòu)掘進(jìn)的順利進(jìn)行。若遇突發(fā)事件，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，并呈報(bào)掘進(jìn)領(lǐng)導(dǎo)小組。（2）技術(shù)優(yōu)化提升。盾構(gòu)掘進(jìn)施工是地質(zhì)與機(jī)械設(shè)備復(fù)雜結(jié)合過程，以地質(zhì)情況、掘進(jìn)參數(shù)、刀盤刀具狀態(tài)檢測(cè)、渣場渣樣變化的多位一體的分析為基礎(chǔ)，建立隧道掘進(jìn)問題統(tǒng)計(jì)表格，對(duì)發(fā)生的問題、方案處理的效果施行表格化管理，使技術(shù)管理更具精細(xì)化、技術(shù)方案更具準(zhǔn)確化、改進(jìn)措施更具完整性，優(yōu)化提升更具高效性，后續(xù)施工指導(dǎo)更具針對(duì)性，過程總結(jié)更具全面性。（3）施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。超大直徑盾構(gòu)隧道穿越地層差異大，為保證隧道掘進(jìn)管理有序、安全、高效運(yùn)行，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工管理層級(jí)領(lǐng)導(dǎo)下，制定盾構(gòu)隧道項(xiàng)目的管理標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。第一，管理標(biāo)準(zhǔn)化；第二，作業(yè)專業(yè)化；第三，監(jiān)控信息化，反饋實(shí)時(shí)化；第四，過程控制標(biāo)準(zhǔn)化[10]。

4施工效果

超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工在隧道掘進(jìn)組織機(jī)構(gòu)層級(jí)管理領(lǐng)導(dǎo)下，建立以地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、施工參數(shù)變化和刀具刀盤磨損檢測(cè)反饋相結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析調(diào)整制度，施行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)控制貫穿隧道施工全過程，有效控制了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。蘇埃通道工程?hào)|、西線隧道分別于2017年12月、2018年10月始發(fā)。東線已通過3段基巖并已貫通，西線正在通過3段基巖并即將貫通，隧道掘進(jìn)順利，西線隧道創(chuàng)造了日進(jìn)尺最高達(dá)到24m（12環(huán)），月進(jìn)尺最高達(dá)到432m（216環(huán)）的記錄，大幅提高了隧道掘進(jìn)施工效率，施工風(fēng)險(xiǎn)也得到了有效控制。

5結(jié)語

超大直徑泥水平衡盾構(gòu)海底隧道，采取了以隧道掘進(jìn)為中心，施工管理與風(fēng)險(xiǎn)控制的動(dòng)態(tài)調(diào)整為根本，確保了工程安全優(yōu)質(zhì)順利施工，取得了較好成效。通過實(shí)踐，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)開挖斷面大，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工存在技術(shù)難題多，預(yù)先制定方案不全面，需要建立地質(zhì)、設(shè)備、施工技術(shù)相結(jié)合的動(dòng)態(tài)施工管理制度，以變應(yīng)變，及時(shí)分析，制定針對(duì)性改進(jìn)措施。（2）超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)施工管理的過程、細(xì)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行把控要通過施行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、關(guān)鍵工序驗(yàn)收才能實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)管理者的主導(dǎo)和決定性作用，使施工過程精細(xì)化管理從點(diǎn)到面貫徹執(zhí)行，保障了施工管理的全面、高效、有序。（3）超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)施工難點(diǎn)多，風(fēng)險(xiǎn)大，通過建立組織管理體系，做好技術(shù)、安全和設(shè)備培訓(xùn)、做好應(yīng)急救援管理、安全隱患排查和監(jiān)控等安全管理基礎(chǔ)工作，防患于未然。（4）超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)貫穿隧道施工全過程，做到預(yù)防性維護(hù)和即時(shí)性維護(hù)相結(jié)合，確保盾構(gòu)設(shè)備性能最佳。

參考文獻(xiàn)

［1］錢七虎.迎接我國城市地下空間開發(fā)高潮［J］.巖土工程學(xué)報(bào),1998（1）:3-5.

［2］王夢(mèng)恕.中國盾構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)隧道技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展思路［J］.隧道建設(shè),2014，34（3）:179-187.

［3］朱偉，陳仁俊.盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.巖土工程界，2001（11）:19-21.

［4］胡正東，深圳地鐵2號(hào)線土建2222標(biāo)施工管理綜述［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù),2012（2）:5-9.

［5］黃祖冠，李德智，張星.大直徑盾構(gòu)隧道施工工作結(jié)構(gòu)分解實(shí)證研究［J］.無線互聯(lián)科技,2012（2）:148-151.

［6］郭信君，閔凡路，等.南京長江隧道工程難點(diǎn)分析及關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012,31（10）:2154-2160.

［7］洪開榮.廣深港大斷面特長水下盾構(gòu)隧道的技術(shù)難點(diǎn)分析［J］.隧道建設(shè)，2007,27（6）:1-3+18.

［8］李波，包蓁.武漢軌道交通7號(hào)線三陽路越江隧道施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.隧道建設(shè)（中英文），2019，39（5）:820-831.

［9］王承震.揚(yáng)州瘦西湖盾構(gòu)隧道工程施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.隧道建設(shè),2015,35（8）:828-833.

［10］楊秀權(quán).復(fù)雜地質(zhì)盾構(gòu)隧道安全管理與風(fēng)險(xiǎn)防范對(duì)策［J］.隧道建設(shè),2012，32（6）:763-781.

作者：向義雄 張文新 單位：中鐵隧道局集團(tuán)有限公司