盾构隧道下穿高速公路高架桥施工安全风险评估

张煜

摘要：盾构隧道下穿既有构筑物时，不确定因素很多，在施工中极易发生事故，为降低和控制施工风险，有必要对下穿构筑物的施工风险进行评估。根据盾构隧道下穿东环高速公路概况分析和数值模拟计算，结合既有工程经验，采用工程经验评估法对盾构隧道下穿公路高架桥风险进行识别与分析，并提出相应的风险控制措施。

关键词：盾构隧道；下穿；数值模拟；风险评估

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）30-0059-03

1工程概况

广州市轨道交通二十一号线棠东站～黄村站区间位于天河区，区间线路出棠东站后沿泰安北路向东敷设，途径大片工业厂房及部分居住小区，其中，下穿线路下穿东环高速高架桥存在较大安全风险。在下穿桥梁范围，地铁左、右线中线间距约25～33m，隧道内左右线纵坡均为25‰，隧道埋深约12.6～14.5m。下穿东环路高速高架桥桩基均为单桩单柱的嵌岩桩，桩直径1.5m，桩长23～30m不等，桥墩中心线与线路中心线斜交角为20。，该段桥面系为4跨简支预应力T梁，单跨长40m，2跨为一联。桥面分为左、右两幅，每幅桥宽15.75m，横向由7片T梁组成，通过盖梁作用在桥墩上，盖梁下为双柱墩。位置关系如图1所示。

下穿区域地层主要为第四系、白垩纪红层。主要有人工填土层、粉细砂层、中粗砂层、软塑状粉质黏土、可塑状粉质黏土层、淤泥质土层、可塑状残积粉质黏土等土层。场地地下水类型主要有第四系孔隙水和基岩裂隙水，主要含水层为粉细砂层、中粗砂层、砾砂层和卵石层等。

2隧道施工对相邻桥梁结构的影响分析

为了分析评估隧道施工对既有桥梁基础的变形影响，采用岩土有限元程序Plaxis进行分析计算隧道施工对既有桥梁基础的变形影响。本次计算选择东环高架桥24号墩进行分析，地质资料参照25号墩处地质资料，通过模拟土层、桥墩、隧道的综合模型，以分析隧道开挖对桥墩桩基纵向、横向变形影响。

2.1有限元模型

将问题简化为二维平面有限元模型，模型总宽度40m，土层总深度30m，有限元模型见图2。模型共采用1936个土体15节点单元、121个5节点板单元、208个5節点界面单元。承台、桩、隧道均采用板单元进行模拟。

212土层参数

根据地质资料，将地面以下划分为9个土层，具体参数列见表1。

2.3计算结果

隧道施工后既有桥梁桩基的附加变形如下：1号桩：桩基沉降0.39mm，水平最大位移0.64mm。2号桩：桩基沉降0.49mm，水平最大位移1.22mm。3号桩：桩基沉降0.04mm，水平最大位移0.14mm。

从计算结果可以看出隧道施工后土层发生变形，引起既有桥梁桩基发生位移，最大竖向位移为0.49mm，最大横向位移1.22mm。横向竖向位移的最大差值为0.45mm。均满足规范要求，可以满足既有桥梁安全运营。

3盾构下穿高速路高架桥风险分析

3.1风险等级划分

风险概率和后果应该根据风险目标和工程确定的可接受风险指标构建，风险发生概率可划分为很可能、可能、偶尔、不可能、很不可能等五级，风险后果等级可划分为灾难性、很严重、严重、较严重、轻微五级。风险后果的分级标准可分别从经济损失、人员伤亡、工期延误、环境危害等几方面进行衡量。根据事故发生的概率和后果等级，将风险等级分为五级，见表2。

风险接受准则与采取的风险处理措施见表3。

3.2风险识别与分析

根据盾构隧道下穿东环高速公路概况分析和数值模拟计算，结合既有工程经验，可以看出地铁下穿公路高架桥段地层围岩条件相对较差，隧道埋深较浅，隧道结构与高速公路桥下桩基间距较小，地铁施工主要存在隧道塌方、公路高架桥竖向位移过大、不均匀沉降、相邻墩台纵、横向沉降差过大等风险事件。采用工程经验评估法对盾构隧道下穿公路高架桥风险进行识别与分析，并提出相应的风险控制措施，初始风险等级和残留风险等级汇总见表4和表5。

4盾构下穿高速路高架桥风险评估

通过对盾构隧道下穿东环高速公路风险识别与分析结果可以看出，盾构隧道下穿高速公路桥梁段，虽然围岩条件差，盾构顶埋深相对较小且桥梁部分桩基距离地铁结构较近，但由于桥梁下部桩基设计桩长，超过了盾构施工深度范围，桩身穿越软弱土层进入强风化岩层，所以各风险事件的初始风险等级也均为中度，但由于高速公路桥梁结构一旦变形过大会导致较为严重的后果，需在施工前、施工过程中以及施工后三个阶段做好相关工作，施工前要做好风险的识别评价，做好施工准备；施工过程中合理进行操作，实时监控风险；施工完成后要做好善后工作，对风险进行追踪。做好下穿工程风险控制工作，降低风险至可接受范围，保障高速公路安全运营，避免人员伤害、财产损失。endprint