彭學(xué)良

（上海長江隧橋建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 201209）

0 前言

地下工程建設(shè)投資大、施工工藝復(fù)雜、施工周期長、周邊環(huán)境復(fù)雜、建筑材料和施工設(shè)備繁多，涉及專業(yè)工種與人員眾多，具體表現(xiàn)為工程建設(shè)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)等自然條件的復(fù)雜性；工程建設(shè)中機械設(shè)備、技術(shù)人員和技術(shù)方案的復(fù)雜性；工程建設(shè)的決策、管理和組織方案的復(fù)雜性；工程建設(shè)周邊環(huán)境（建筑物、道路、地下管線及周邊區(qū)域環(huán)境等）的復(fù)雜性。

上海長江隧道作為目前國內(nèi)已建最大直徑盾構(gòu)隧道，工程建設(shè)中諸多施工技術(shù)及工藝在國內(nèi)外首次使用，無類似工程經(jīng)驗可供借鑒，工程施工難度與潛在風(fēng)險前所未有。該工程規(guī)模宏大，質(zhì)量要求高，施工難度大，施工風(fēng)險多，建設(shè)管理要求高。其中盾構(gòu)出洞段施工是上海長江隧道工程施工中的關(guān)鍵節(jié)點，風(fēng)險控制點多面廣，風(fēng)險管理尤為重要。

1 上海長江隧道上行線工程概況

長江隧道工程包括浦東岸邊段、江中段圓隧道和長興島岸邊段三部分，南起浦東五好溝，北至長興島新開港，全長約8893.33 m（K0-175.33～K8+718.00）。其中圓隧道長約7472 m，為雙管盾構(gòu)法隧道，江中段圓隧道采用兩臺直徑15.43 m的泥水氣泡平衡盾構(gòu)一次性連續(xù)掘進完成。

隧道襯砌外徑為15.0 m，內(nèi)徑為13.7 m，環(huán)寬為2.0 m，管片厚為0.65 m，每環(huán)由10塊管片組成，采用通用楔形管片錯縫拼裝。隧道坡度平緩，最大坡度為2.9%，最小平面曲率半徑為4000 m。上行線盾構(gòu)出洞處隧道軸線中心標高為-11.045 m，隧道頂部覆土約為6.898 m，沿軸線覆土逐漸增加，岸上段最深埋深約為11.1 m。

浦東段防汛大堤距離工作井約50 m，大堤底寬36.31 m（坡腳—坡腳），堤面寬7 m，盾構(gòu)將從防汛大堤下斜向穿越，大堤尺寸見圖1所示。

圖1 浦東段防汛大堤結(jié)構(gòu)剖面圖

盾構(gòu)出洞區(qū)段將穿越以下土層：③1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③2灰色砂質(zhì)粉土、④1灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1灰色粘土（見圖 2）。

2 盾構(gòu)出洞施工特點和難點

（1）平曲線大斷面出洞。盾構(gòu)出洞后即進入水平R4419.9 m的右曲線和豎向-2.9%的掘進施工，盾構(gòu)推進軸線方向與洞圈存在90.56°夾角，由于出洞加固區(qū)不宜糾偏，為盾構(gòu)出洞施工軸線控制和洞口止水工作造成較大難度。

（2）盾構(gòu)機錐形設(shè)計對施工的影響。盾構(gòu)刀盤、切口環(huán)直徑為15430 mm、支承環(huán)為15400 mm，盾尾環(huán)為15370 mm，形成前大后小的倒錐形體，盾構(gòu)井下就位和試推進參數(shù)控制較為困難。

（3）淺覆土施工。由于盾構(gòu)直徑為15.43 m，隧道頂最小覆土僅為6.898 m，覆土僅為0.447D，屬超淺覆土施工，地面沉降控制難度大大增加，出洞段施工中極易造成隧道“上浮”。

（4）不良地質(zhì)條件影響。盾構(gòu)出洞施工將穿越滲透性較強的③2灰色砂質(zhì)粉土層，該土層在一定動水條件下易產(chǎn)生流砂、管涌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，極可能造成盾尾漏泥、漏砂等事故。

圖2 長江隧道上行線地質(zhì)剖面圖

（5）穿越浦東段防汛大堤。浦東段防洪大堤為原有海塘護坡結(jié)構(gòu)改造、加固而成，盾構(gòu)掘進產(chǎn)生的地層損失引起的地面沉降可能對大堤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，必須采取措施確保大堤安全。

（6）盾構(gòu)試推進階段的泥水指標、切口水壓、同步注漿等各項施工參數(shù)處于摸索階段，需要在實際施工中收集、分析、總結(jié)各項施工參數(shù)，為盾構(gòu)正常推進段施工做好經(jīng)驗儲備。

（7）盾構(gòu)穿越的④灰色淤泥質(zhì)粘土土層中存在淺層氣。對盾構(gòu)施工產(chǎn)生偏移、切口水壓不穩(wěn)等不利影響，需在過程中嚴加觀察并及時調(diào)整施工參數(shù)。

3 工程風(fēng)險管理

對地下工程實施風(fēng)險分析和風(fēng)險管理是國際地下工程界目前通行的做法。作為當(dāng)今世界上超大型泥水盾構(gòu)隧道工程，一旦發(fā)生事故其經(jīng)濟損失和社會影響遠大于一般土建工程，因此在施工中必須采用風(fēng)險管理的科學(xué)方法，全過程、全方位地分析、監(jiān)督、控制、處置各種風(fēng)險因素，以確保工程安全。

3.1 風(fēng)險管理目標

在安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的前提下，通過風(fēng)險評估和管理工作，識別并制定有效風(fēng)險應(yīng)對措施，規(guī)避突發(fā)和災(zāi)難性風(fēng)險，通過治理消除、降低極高和高度風(fēng)險，緩和中度風(fēng)險，合理留存低度風(fēng)險，將潛在的各類風(fēng)險控制在可接受范圍，以獲得最大程度的建設(shè)安全與優(yōu)質(zhì)的工程質(zhì)量，控制工程建設(shè)投資，降低經(jīng)濟損失或人員傷亡，保障工程建設(shè)工期，提高風(fēng)險管理效益。

3.2 風(fēng)險管理內(nèi)容

風(fēng)險管理流程包括風(fēng)險界定、風(fēng)險辨識、風(fēng)險估計、風(fēng)險評價和風(fēng)險控制，具體見圖3所示。

3.3 風(fēng)險管理策略

風(fēng)險管理策略的制定應(yīng)使工程建設(shè)參與各方在實施工程風(fēng)險管理過程中目標一致。具體包括：

（1）制訂工程建設(shè)各階段的風(fēng)險管理目標；

（2）明確工程建設(shè)參與各方風(fēng)險控制責(zé)任；

（3）建立工程風(fēng)險管理方案的實施、監(jiān)控、完善與評審制度和程序；

（4）建立工程風(fēng)險管理的溝通與協(xié)調(diào)機制；

（5）建立科學(xué)的、系統(tǒng)的和動態(tài)的工程風(fēng)險管理方案，制定工程風(fēng)險預(yù)防、預(yù)報和預(yù)警體系，實時更新工程建設(shè)信息，動態(tài)跟蹤風(fēng)險發(fā)展?fàn)顟B(tài)，及時實施風(fēng)險控制措施。

3.4 風(fēng)險處置對策

從工程風(fēng)險源入手，完成風(fēng)險辨識與評估后，根據(jù)項目建設(shè)總體目標，以有利于提高對工程風(fēng)險的控制能力和降低風(fēng)險潛在損失為原則，分析并選擇合理的風(fēng)險管理處置對策。風(fēng)險規(guī)避有四種方式，可選擇一種或多種實施風(fēng)險控制，具體對策包括風(fēng)險消除、風(fēng)險降低、風(fēng)險轉(zhuǎn)移、風(fēng)險自留。

4 盾構(gòu)出洞施工風(fēng)險分析

4.1 出洞段土體加固區(qū)

盾構(gòu)出洞地基加固的關(guān)鍵在于正確選擇與實施加固的方法。選擇加固方法時要綜合考慮地基土類別、加固深度、環(huán)境條件、工期、施工隊伍技術(shù)素質(zhì)與技術(shù)條件、設(shè)備狀況和經(jīng)濟指標等因素，堅持技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量的原則合理制定加固方案，以獲得最佳加固效果。

4.2 淺覆土段推進

出洞段最淺覆土為6.898 m，僅為0.447D。泥水平衡盾構(gòu)對洞口處土體的穩(wěn)定性要求高，如洞口土體受到擾動和破壞，擾動后的土體難以達到良好的泥膜止水效果，將無法建立正常的泥水平衡體系，甚至?xí)?dǎo)致泥水冒溢至地面。因此必須制定詳盡有效的技術(shù)措施，確保盾構(gòu)安全穿越淺覆土段。

圖3 工程風(fēng)險管理流程

4.3 止水密封裝置

盾構(gòu)始發(fā)洞門直徑15.80 m，建筑空隙為18.5 cm（洞門與管片外壁之間的間隙各為20 cm）。洞口密封施工質(zhì)量不佳，導(dǎo)致滲漏，嚴重者可導(dǎo)致坍方，致使泥水平衡無法建立，進而導(dǎo)致泥水盾構(gòu)無法正常施工。為防止出洞時泥水大量從洞門外通過此建筑空隙竄入井內(nèi)，影響開挖面泥水壓力的建立、開挖面土體的穩(wěn)定，以及工作井和盾構(gòu)內(nèi)的施工。設(shè)置性能良好的密封止水裝置，確保止水箱體止水密封裝置的有效，是防止泥水回竄外溢，建立開挖正面泥水平衡的關(guān)鍵。

4.4 隧道上浮

盾構(gòu)淺覆土中由于上下受力不均衡，易導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)上揚，軸線難以控制。管片脫出盾尾后，因上部壓載及自重?zé)o法抵抗隧道上浮力使隧道上浮。在浮力和地基回彈共同作用下，導(dǎo)致上部覆土隆起。若得不到及時有效地控制，覆土層可能產(chǎn)生劈裂縫隙，造成泥漿跑冒，將嚴重影響隧道施工和周邊環(huán)境的安全。

4.5 浦東段長江大堤保護

盾構(gòu)穿越長江大堤時覆土淺且其厚度變化很大，泥水壓力的控制對于大堤的穩(wěn)定性至關(guān)重要。每一環(huán)推進前，必須事先準備好保持開挖面穩(wěn)定性的所有參數(shù)，并嚴格執(zhí)行。同時應(yīng)考慮正面壓力值隨隧道穿越土質(zhì)情況的不同而有所改變。大堤坡腳距工作井約46.0 m，工程實施過程中，盾構(gòu)從長江大堤下穿越，因地層位移而導(dǎo)致長江大堤產(chǎn)生不同程度的沉降變形。因此，必須制定詳盡的施工方案，配套相應(yīng)資源，精心施工，確保盾構(gòu)安全穿越大堤。

4.6 地面沉降監(jiān)測

盾構(gòu)施工引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周圍受擾動或受剪切破壞土層的再固結(jié)，是地面沉降的根本原因。施工過程中必須采取有效措施，確保盾構(gòu)推進參數(shù)的合理性，同時加強施工監(jiān)測，做到信息化施工，根據(jù)地面沉降情況，及時采取應(yīng)對措施，確保地面沉降控制在-40 mm～20 mm。

4.7 盾構(gòu)設(shè)備管理

施工采用泥水平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)設(shè)備存在安裝調(diào)試和運行可靠性風(fēng)險。尤其是盾構(gòu)的可靠性是影響盾構(gòu)推進進度和工程安全的關(guān)鍵因素。盾構(gòu)設(shè)備吊裝期間存在較多的交叉作業(yè)、高空作業(yè)和起重吊裝作業(yè)，安全管理尤為重要。導(dǎo)致安全事故發(fā)生的原因有現(xiàn)場管理混亂、未按圖紙要求安裝、設(shè)備吊裝過程中指揮不當(dāng)、施工人員安全意識淡薄、不按操作規(guī)程施工等。

5 工程風(fēng)險應(yīng)對措施

5.1 加強施工方案和專項安全方案的編制和評審

在盾構(gòu)出洞前，根據(jù)工程風(fēng)險辨識和分析成果，編制各項施工風(fēng)險管理專項實施細則，如《上行線盾構(gòu)出洞及100 m岸上段試推進方案及應(yīng)急預(yù)案》、《施工臨時用電施組》、《盾構(gòu)穿越海塘設(shè)計方案》、《盾構(gòu)穿越海塘防汛影響分析報告》等施工組織設(shè)計、安全專項方案和應(yīng)急預(yù)案的編制、報審，并先后委托市政局科技委、水務(wù)局科技委對主要施工組織設(shè)計和方案進行評審。

5.2 建立風(fēng)險預(yù)報、預(yù)警、預(yù)案體系

貫徹以人為本、關(guān)愛生命、安全第一、預(yù)防為主的現(xiàn)代安全管理理念，結(jié)合工程和組織機構(gòu)特點，建立健全工程安全管理制度，形成高效有力的現(xiàn)場指揮部、施工單位、設(shè)計單位和監(jiān)理單位四位一體的現(xiàn)場風(fēng)險管理組織管理網(wǎng)絡(luò)，強化落實管理人員責(zé)任，落實重點工序和關(guān)鍵部位人員值守制度，建設(shè)單位、監(jiān)理和施工單位平行管理施工現(xiàn)場，全程參與風(fēng)險管理，對施工過程進行詳實記錄，收集第一手信息，及時發(fā)現(xiàn)、解決問題，第一時間反饋至工程指揮部，全方位確保施工全過程的風(fēng)險可控。

5.3 工程風(fēng)險管理監(jiān)督

由于工程采用超大直徑盾構(gòu)，同時出洞段施工為淺覆土段，要確保安全可靠施工，必須加強施工過程風(fēng)險管理監(jiān)督。

監(jiān)督原則：安全監(jiān)督從盾構(gòu)出洞相關(guān)設(shè)計和方案編制和評審入手。設(shè)計及施工方案的不完善和不合理是造成安全事故的關(guān)鍵因素。

監(jiān)督標準：以國家、地方相關(guān)技術(shù)規(guī)范如《建筑工程安全檢查標準》（JGJ59-99）、《施工現(xiàn)場施工臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ46-2005）和《盾構(gòu)法隧道工程施工及驗收規(guī)范》（DGJ08-233-1999）等為依據(jù)。

監(jiān)督實施：（1）施工前的風(fēng)險監(jiān)督。對施工單位資質(zhì)和專業(yè)人員的核查，這是杜絕出洞段施工出現(xiàn)重大安全隱患的根本措施；核查盾構(gòu)出洞條件，對出洞段土體加固效果的檢查，如進行加固土體取芯、打設(shè)降水井、降水方案實施效果評估等；實施全工序安全檢查，重點從盾構(gòu)推進、管片拼裝、后支撐體系建立、臨邊圍護、腳手架搭設(shè)、安全用電、吊裝作業(yè)等方面著手，做到逐一落實。（2）施工過程中的風(fēng)險監(jiān)督。對重大危險源和安全監(jiān)控重點部位進行交底，使現(xiàn)場施工人員掌握安全操作規(guī)程和注意事項，樹立風(fēng)險意識。對各類重大危險源部位和工序?qū)嵤┤^程、全方位監(jiān)控，從地面和大堤沉降速率、土體變形位移量、洞門漏水觀測記錄，以及規(guī)范崗位操作等方面入手，做到詳盡記錄監(jiān)控情況，并及時對安全隱患和事故進行分析。（3）施工后的風(fēng)險監(jiān)督。檢查日?，F(xiàn)場施工和監(jiān)控記錄，對安全隱患和事故險兆進行分析總結(jié)，明確后續(xù)安全監(jiān)督和監(jiān)控工作重點。

5.4 工程技術(shù)應(yīng)對措施

5.4.1 出洞段土體加固效果驗證及穩(wěn)定性檢查

盾構(gòu)出洞段土體采用三軸攪拌樁加固。洞門直徑達到15.8 m，土體加固質(zhì)量的好壞直接影響到盾構(gòu)的安全出洞。為確保加固體與工作井之間不產(chǎn)生滲漏，待工作井內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成后，在加固體與地下連續(xù)墻之間補一排旋噴樁補充加固。

出洞前，對出洞段加固體進行斜孔和垂直孔取芯。根據(jù)芯體的連續(xù)性和破碎程度，結(jié)合地質(zhì)情況判斷，采取以下加固體補加固措施：（1）在13.5 m外側(cè)加一排RJP法旋噴樁確保正面止水；（2）在加固體范圍外補6口降承壓水井；（3）沿洞門周圈打設(shè)2.8 m45°斜孔補壓漿，以阻斷滲水通道。三項措施聯(lián)合應(yīng)用后取得了較好效果。抽水試驗驗證了水平孔的滲漏水為地下潛水，洞圈補壓漿后止水效果顯著。

5.4.2 淺覆土段推進

隧道穩(wěn)定性控制和抗浮措施：

（2）加強同步注漿管理，合理設(shè)置同步注漿壓力和壓注量，控制漿液材料質(zhì)量指標，確保間隙能充分填充，阻止泥水后竄。

（3）盾構(gòu)機頭進入止水密封裝置后，在泥水中增加堵漏劑，防止泥水后竄，及時建立泥水壓力平衡。

（4）控制推進速度，減少對土體擾動，速度控制在15～30 mm/min，并確保盾構(gòu)連續(xù)推進，避免有較長時間耽擱。

（5）嚴格控制隧道軸線，每環(huán)均勻糾偏，減少對土體的擾動。

（6）確保每環(huán)管片緊密連接，在管片脫出盾尾后重新擰緊所有縱、環(huán)向螺栓。沿隧道縱向在管片內(nèi)側(cè)另預(yù)埋一定數(shù)量的鋼板，必要時將隧道環(huán)縫用鋼板局部焊接，以進一步提高隧道結(jié)構(gòu)整體性能。

（7）根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，實現(xiàn)信息化施工。

5.4.3 長江大堤保護

播種后，分別記載各品種的出苗期，并在出苗后觀察統(tǒng)計各生長階段的生長勢、病蟲害發(fā)生情況和倒伏情況；在大麥成熟后，每小區(qū)隨機抽選10株進行考種，測量并記載其株高、穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)等性狀，同時將每個小區(qū)分開，單收、單脫、單計產(chǎn)，并折算產(chǎn)量。試驗數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS統(tǒng)計軟件進行分析處理。

盾構(gòu)穿越長江大堤時采取的技術(shù)措施有：

（1）以照片、文字形式對大堤上原有變形縫、裂縫、地形地貌等進行采集，作為原始資料。同時在大堤上布置共155個監(jiān)測點，并進行了初始觀測。

（2）嚴格保持開挖面的泥水平衡壓力，減小壓力的波動范圍，減少對土體的擾動。不超挖或欠挖，并防止過大的糾偏。

（3）采用單液漿同步注漿（漿液比重大、控制隧道上浮性能好、流動性好），及時充填盾尾間隙，控制地面后期沉降。

（4）加密大堤施工監(jiān)測頻次，及時反饋大堤變形、沉降等信息，以便及時采取二次注漿、大堤底部注漿等技術(shù)措施。

上述措施的實施，確保了浦東側(cè)長江大堤沉降控制在設(shè)計范圍內(nèi)，滿足大堤保護要求。

5.4.4 地面沉降監(jiān)測

（1）沿隧道推進方向距工作井井壁30 m范圍內(nèi)沿隧道中心線每3 m布置1個沉降監(jiān)測點。在出洞段30 m～100 m范圍（出洞段布置至浦東長江大堤）內(nèi)沿隧道中心線每4 m布置1個沉降監(jiān)測點。在100 m以后范圍內(nèi)沿隧道中心線每5 m布置1個沉降監(jiān)測點。

（2）距井壁6 m、15 m和30 m處各布置1條沉降監(jiān)測斷面，此斷面在軸線左右各布4點，間距分別為距離隧道軸線2 m、5 m、9 m、15 m；距井壁50 m、75 m處各布置1條沉降監(jiān)測斷面。

（3）監(jiān)測頻率：正常情況下為2次/d，若有異常或突變則增加頻次。距洞口100 m范圍內(nèi)，在盾構(gòu)推進過程中，需加密監(jiān)測頻次，及時提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工參數(shù)。每點從盾構(gòu)切口到達前45 m開始監(jiān)測，盾尾脫離該點后7d并連續(xù)3次測量沉降量小于0.2 mm/d后，半年內(nèi)每1個月復(fù)測1次，之后每3個月復(fù)測1次。

6 結(jié)語

上海長江隧道上行線盾構(gòu)出洞段施工通過落實各項風(fēng)險管理措施，制定嚴密的施工方案和風(fēng)險應(yīng)對對策，加強施工過程的信息化管理，盾構(gòu)于2007年9月23日順利出洞，并經(jīng)過52 d的推進，盾構(gòu)順利構(gòu)穿越淺覆土段和長江大堤。總結(jié)長江隧道工程上行線盾構(gòu)出洞施工風(fēng)險管理工作，有以下體會，可供同類工程參考。

（1）風(fēng)險管理制度保障到位。

參建各方重視風(fēng)險管理工作，在盾構(gòu)出洞施工中認真貫徹落實現(xiàn)代風(fēng)險管理理念，結(jié)合工程和組織機構(gòu)特點，全面形成風(fēng)險預(yù)報、預(yù)警、預(yù)案管理體系，建立健全高效有力的現(xiàn)場指揮部、施工單位、設(shè)計單位和監(jiān)理單位四位一體的現(xiàn)場風(fēng)險管理組織管理網(wǎng)絡(luò)，強化落實管理人員職責(zé)，落實重點工序和關(guān)鍵部位人員值守制度，確保盾構(gòu)出洞施工安全可靠。

（2）風(fēng)險管理理論與施工技術(shù)保障相結(jié)合。

盾構(gòu)施工風(fēng)險具有不可預(yù)見和突發(fā)性，在施工準備階段對工程所涉及的風(fēng)險源做到細致辨識和分析，從源頭把關(guān)，在形成施工組織設(shè)計和施工方案時細致詳實辨識和分析工程風(fēng)險點，形成有針對性的技術(shù)措施，編制專項安全方案和應(yīng)急預(yù)案，嚴格執(zhí)行施工現(xiàn)場安全保證體系，妥善安排施工現(xiàn)場配套資源，做到防患于未然。

（3）實施信息化施工，實現(xiàn)動態(tài)管理。

建設(shè)、監(jiān)理和施工單位平行管理施工現(xiàn)場，全過程動態(tài)地參與風(fēng)險管理，對施工過程進行詳實記錄，收集第一手信息，加強施工參數(shù)、設(shè)備運行參數(shù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、整理和分析，及時發(fā)現(xiàn)、解決問題，第一時間反饋信息至工程指揮部和盾構(gòu)施工工作面，全方位確保施工全過程的風(fēng)險可控，真正做到信息化施工，實現(xiàn)動態(tài)指導(dǎo)施工。

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