上中路隧道工程风险管理的实践与项目合作

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发表时间:2020-10-13 14:22

工程概述上中路隧道工程起点为上中路~龙川路交叉口东侧,与中环线南段上中路衔接;终点为浦东规划华夏西路~公园大道交叉口西侧,与中环线南段华夏西路衔接。工程全长2.8km,隧道主体分上下层车道,上层车道以南线计长1250m,下层车道以北线计长1253.816m。隧道外径14.5m,内径13.3m。浦西工作井外包尺寸22m46m,埋深约30m;浦东工作井外包尺寸22m46m,埋深约27m。隧道施工项目合作采用盾构法施工,盾构的外径为14.87m,是目前世界上直径最大的盾构设备,具有较大的施工难度。而且上中路隧道的施工经验将对今后大直径软土盾构隧道,如军工路隧道、长江隧道,提供直接的依据和参考。因此,能否安全、顺利地完成整个建设任务,意义非常重大。

对盾构工法,技术发展集中在1)大断面在高水头下开挖工作面的稳定性;2)高水头压力下盾构机装备止水的可靠性;3)一次性长距离钻挖,刀具的可维护性和可更换性。近几十年来建成的多座大型海峡通道盾构隧道工程,极大地丰富和发展了水下隧道工程的技术。结合多项标志性的隧道工程,阐述水下盾构隧道工程项目技术的发展水平和面临的挑战。盾构隧道工法近代水底隧道始建于英国。1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道,开挖时因无法克服泥水涌入隧道而被迫停工。现代机械式盾构机按压力舱的压力形式,分为空气压力型盾构、泥水压力型盾构和土压平衡盾构土压平衡盾构和泥水平衡盾构的适用范围主要取决于地层的水文地质条件,所示为土砂砾颗粒分布特性与盾构适用范围的关系。一般而言,土压平衡盾构适合挖掘细颗粒粉黏土为主的地层,切削下来的土体流塑性好、透水性低,充满在压力舱土体压力可以平衡工作面的压力并维持其稳定性;而对粗颗粒成分为主的砂砾地层,切削下来的土体具有高透水性和低流塑性的特性,适宜应用泥水平衡盾构技术。

为了有效控制和管理在施工过程中可能遇到的各种突发事故而造成的人员伤亡或财产损失等问题,上中路隧道工程成立了风险分析小组,对整个工程进行全方位的风险管理。2施工期主要风险上中路隧道在施工过程中可能遇到的风险主要发生于基坑工程施工过程中、盾构进出洞阶段、盾构推进阶段以及盾构改制、拼装、管片生产等环节。下面依次进行简单分析。2.1基坑工程施工风险由于盾构直径大,盾构工作井的深度很深,浦东浦西工作井相对深度分别为26.5m和30m,施工难度较大,施工中可能发生基坑坍塌、坑内滑坡、槽壁渗漏水、重物打击、负高空坠落等事故。

再加上基坑临近黄浦江,1-2层的承压水储量极为丰富,如果控制不当或发生临时停电,则极易产生涌水、基坑隆起等事故。浦西工作井距离居民区比较近,地下管线情况比较复杂,牵涉到的第三者损失的风险较大。浦东工作井附近为垃圾堆填区,土质较差,对于围护结构施工及盾构推进均会造成一定影响。盾构进出洞风险盾构进出洞阶段历来是风险较大的工程阶段,而且上中路隧道的盾构直径达到了14.87m,在进出洞阶段的不确定性和技术问题很多,潜在的风险非常大。可能发生以下的事故:(1)由于盾构直径大,同时覆土较浅,盾构出洞时可能会因为浮力发生“抬头”问题(2)盾构机头重量大,如果地基加固效果不好,容易发生盾构“磕头”(3)进出洞区的土体加固采用冰冻法,如果效果不佳,会发生渗漏水问题,甚至影响基坑的稳定。(4)大直径盾构出洞需要的推力很大,盾构机后靠支座有可能无法承受而破坏。

随着活动范围的扩大和经济发展的驱动,人类不断地征服江河和海峡等天然水道屏障,开辟跨越水道实现联系陆地区域的通道,包括轮渡通航和桥梁、隧道固定交通通道。水下隧道穿越江河或海峡的水下地层,是跨越江河、海湾、海峡的安全可靠固定通道。具有诸多优点:1)不侵占航道的净空和不影响海湾、港口的航运;2)稳定畅通无阻的通行能力,保证全天候越江河、海峡通行;3)具有很强的抵御自然灾害和战争破坏的能力;4)受到四周岩土介质的约束,具有较大的超载能力和较好的结构耐久性。

盾构推进风险盾构在江中推进时,可能会遇到如下风险:(1)该台盾构是二手盾构,设备故障可能是推进过程中最可能碰到的问题。(2)能否很好的对盾构机的操作系统进行消化和再开发也是一个很大的风险。(3)在江中可能会遇到沼气、障碍物等,包括穿越地层的变异,都可能会对盾构工作面的稳定性造成影响。(4)盾构在江中推进时由于覆土过浅可能发生盾构冒顶、上浮等事故。(5)由于停电造成的盾构机江中停顿(6)大直径盾构的轴线控制风险(7)盾构的推力依靠千斤顶提供,如果千斤顶出现偏心,有可能会造成后续管片破损。(8)其他如管片品种、运输车辆的事故等等。

自从18世纪40年代首次采用盾构工法人工开挖建成穿越伦敦泰晤士河的第一条水下人行隧道以来,世界各国已经修建了数百座的水下交通隧道,成为交通工程基础设施网络的重要组成部分。根据水文地质条件,水底隧道的主要施工方法包括围堤明挖法、钻爆法、气压沉箱法、盾构法和沉管法等。现代化的机械盾构工法和沉管隧道工法,是现代水下隧道建设的主要工程方法,其发展趋势主要集中在如下3个方面:1)大断面,适应不断增长的交通流量;2)高水头,穿越更深的江河和海峡地层;3)长距离,实现更宽阔河口和海峡的隧道通道。以上3方面的工程发展要求,给盾构工法和沉管隧道工法带来了多方面的技术挑战。

其他风险盾构的配套工程的施工规模相当大,也存在一定的风险。如管片的岸上试拼装、泥水平衡系统以及管片运输过程中可能遇到的风险。隧道及地下工程的风险产生机理在讨论风险产生机理之前,首先对几个名词进行一下说明。

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