隧道淤泥质地层明挖深基坑施工风险评估及控制关键思路分析

宋 潇

中铁十四局集团第四工程有限公司，山东济南 250000

在社会经济的高速发展之下，国家非常重视道路桥梁、水利水电等工程的建设工作，为此投入了大量的资金和技术建设相关工程。为了保证工程可以正常顺利的施工，需要施工单位从工程风险评估的角度入手开展风险控制工作，形成此类工程深基坑明挖施工风险控制的思路，指导工程深基坑可以安全且保质保量的施工。

1 评估隧道深基坑挖掘施工风险

选取某市的某条铁路工程为研究对象，深入分析铁路隧道深基坑挖掘施工风险控制情况。该铁路隧道长度为4000m，其中部分隧道地基经勘查属于淤泥质地层，含水量高、稳定性以及强度低，部分地方属细砂层或存在溶洞，土层黏结性差，总长约为2300m，深基坑开挖宽度控制为15m，应用直壁支护开挖方法 （明挖顺作）。研究此种性质隧道地基作业现场的基本条件，可以了解到附近并没有大型的建筑，位于偏远的山区，地基之下有着较为活跃的地下水活动情况。具体的深基坑明挖作业期间，于基坑内部应用的支护体系为混凝土、钢管以及钻孔灌注桩 （混凝土） 支撑，施工时需要将桩顶处预留的钢筋和冠梁进行整体性的连接，每间隔4m的距离设置一处支撑 （竖向），其中进行横向支撑施工时应用的钢管参数为Φ609mm且进行了围檁设计，使得横向支护钢管刚度明显提升，止水帷幕施工应用旋喷桩作业（Φ650mm）。

1.1 故障树风险分析

故障树为近年来事故风险研究较常使用的分析方法，实际使用期间可以先结合研究对象对发生事故的条件、后果进行预测性分析，之后立足于因果与次序关系、逻辑符号构建程序方框逻辑关系图，依照符号指向情况把握好可能会发生的相关事故类型、致使事故发生的相关危险因素、发生途径以及造成的严重性后果，在逻辑关系的指引下找出有助于预防控制风险问题出现的有效对策[1]。

铁路隧道深基坑工程中，挖掘时的风险是支护体系不能正常发挥支护作用，对其进行故障树法的分析发现深基坑明挖施工方案设计可行性低、作业方法有误、支护结构施工质量不达标、未做好工程施工期间的质量管理与监理等因素为引发深基坑挖掘施工风险的关键影响因素，所以，构建隧道淤泥质土层深基坑明挖施工风险故障树时，要求施工单位工作人员应对相应土层施工区域的地质、水文以及作业环境条件等情况进行详细地调查了解，并且结合调查结果与深基坑施工方案设计人员一道进行故障树的构建。主要的基坑支护体系失效故障树结构包括钻孔灌注桩受破坏、支撑体系无效 （水平） 、基底受破坏或发生基坑渗水、灌注桩不稳定四个方面。以其中的钻孔灌注桩破坏为例，分析导致破坏发生的因素可知有桩身折断、桩体发生位移，而导致折断的原因为桩体承受弯矩超过既定标准与抗弯能力有限，桩身发生位移则是由于基坑底部有明显的隆起、抗弯强度与支撑能力差等；分析以上每个原因可发现，桩身折断中的桩身抗弯能力低与钢筋笼配筋、钢筋以及混凝土质量不合格有关，导致承受弯矩过高的原因是施工前期没有对土压力、地下水渗入等数据进行合理计算；在桩身位移方面的基底隆起，是由于灌注桩施工时深度未达到要求与施工地区桩后地表堆载过大导致，抗弯强度差则是因为设计缺陷、选用的混凝土质量差，支撑能力差则为支撑间距远高于设计要求、连续强度不符合作业标准等。因此，基于故障树便可以对导致基坑支护失效下的作业风险进行详细研究，保证最终完成的作业方案可以有效规避风险因素所致的不良影响，促使深基坑挖掘施工有着理想的作业质量，基坑支护体系质量合格且在应用期间不会发生支护失效的问题。

1.2 评估风险

风险发生几率。评估人员需要参考类似工程以往深基坑挖掘施工发生的相关事故以及本企业工程建设经验，并且邀请隧道深基坑明挖施工风险防控方面的专家学者来对风险发生率进行计算，方法为故障树概率重要度，其中桩身连接圈梁牢固性差、基坑渗水、桩后地表堆载过大、混凝土质量、支撑间距偏大等事件的发生率偏高，威胁支护体系支护有效性。

风险损失。铁路隧道深基坑工程由于建设施工规模较大，一旦发生风险将会给工程作业造成延期、成本增加等风险，得出风险发生可能性后，需要对相关风险实际发生后所致的严重后果进行准确计算，以便施工单位可以对明挖深基坑风险控制工作加强重视，提高对风险发生因素的警惕性，可以在施工期间采取措施良好的防控风险。在计算损失时，需要对工程建设前期进行地质勘探、深基坑挖掘、基坑加固、防渗水、支护体系、围护结构、物料采购等工作环节涉及的费用总额进行计算，合计为工程初期投资，之后可采用C=P§Cz关系式得出初期投资和支护结构体系失效后产生的损失两者之间的关系，其中Cz表示基坑挖掘与加固、围护结构等工作费用的总额即为初期投资额，P指代风险发生概率，§指代工程作业期间由于作业安全事故所致的人员伤亡、工期延误等损失[2]。本文所选工程基坑开挖风险计算期间，可知包括的前期投资Cz有支撑结构、基坑加固、止水帷幕等，由于属淤泥质地层的隧道路段较长，直接按照总长计算风险损失会存在数据误差，可以将路段分为几段分别计算，对比不同路段风险损失，按照损失高低、风险等级、发生风险概率等级依次进行排列，以此为风险防控措施的制定与落实提供指导。

2 控制风险的关键思路分析

处理不良地质。针对深基坑挖掘地区出现的复杂地层结构，施工单位可以在作业之前提前对其进行处理，以此为后续的工程施工提供良好的工作环境。施工之前，深基坑风险控制管理人员需要联合勘察人员了解施工地区地质基本情况，之后整合勘察资料明确土层性质；同时，需要对淤泥质土层下方的水位、水文活动情况进行监测与调查，确保作业期间开挖作业面可以高于作业地方的水位；此外，基坑周边位置施工期间，需要做好止水帷幕的施工工作，不可发生帷幕注浆作业不良以及作业时基坑内积水较多的问题。对于有溶洞的地区，可以在勘察地形地貌时直接注浆回填，以此封堵溶洞，减少渗水量；并且施工过程中需要严格按照混凝土喷护施工的要求，与深基坑挖掘工作一道进行支护作业，以期不良地质经过混凝土支护后强度可以符合标准的要求，一般先在土方上层喷护，检查强度合格可以进行下层开挖[3]。

开挖期间的风险控制。对于作业期间出现的混凝土质量因素，要求施工单位在工程建设之前对于采购人员增强建设材料质量对工程施工重要性的宣讲，提升采购人员的质量意识，确保采购回来的混凝土材料具有良好的质量；而且，在混凝土材料进场后需要管理人员继续对材料进行抽样检查，若发现混凝土有质量问题则判定同一批混凝土均不合格，不可用于工程建设之中。针对支撑间距问题，如果发生间距过大情况，会导致桩身出现水平位移、支护结构应用效果差等问题，所以可在施工期间严格按照施工方案中明确的作业工序，在相应分段的淤泥质土层深基坑挖掘时进行标准化的施工，控制挖掘地方土方空间尺寸，在间距限制之下杜绝混凝土灌注桩出现较大幅度的水平位移。对于基坑内出现的雨水与地下水问题，可以应用“灌注桩+止水墙”进行支护施工，以免雨水直接流入以及水文活动下的地下水渗入基坑的情况发生，提升深基坑的稳定性，降低塌方风险。对于桩后地表堆载过大问题，可以在挖掘基坑土方时，及时将废弃土方运输至施工范围之外的地方，深基坑附近地方不可长时间的放置挖掘出的土方与填土，也不可将质量较大的施工机械设备直接放置于作业区域，要求深基坑施工地周边50m处不可堆载较多施工设备、物料、废弃物。此外，施工单位需要组建一支高水平的工程建设管理团队，来对工程各个环节的作业质量进行监督管理，其中在深基坑挖掘施工方面需要进行实时的支护体系施工质量、基坑土体变形、地下水位等的监测工作，整合施工期间的相关数据，分析是否存在施工不良问题。若存在问题尽量在施工期间进行施工变更处理，有效预防与控制挖掘风险。

3 结语

隧道淤泥质地层深基坑明挖施工期间，在地质条件复杂、支护施工不良等因素影响之下，会导致隧道深基坑支护作业失效，从而造成多种施工风险问题，致使施工单位面临较高的经济损失，工程项目不能在既定的工期内按时交工，所以在工程风险控制期间可以采用故障树法评估风险，进而采取有力手段控制风险的发生。