深圳地铁穿越既有线路施工风险评估★

赵 勇

(中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳 518000)

1 概述

随着我国近年来城市地铁建设的快速发展，TBM法被应用到城市地铁隧道建设中。在城市复杂的地质环境条件下，新建地铁线路难免要途经或上跨、下穿既有建(构)筑物，TBM盾构施工极易导致诱发地层位移，进而使得既有线路轨道产生变形，从而影响列车运行安全。所以，在施工开展之前极为有必要对于施工安全风险进行分析与评估，从而提出了科学有效的应对措施，使得施工安全有了最大的保障[1，2]。

TBM又称为(全断面)隧道掘进机，TBM的分类有很多种，其中最常见的一种如图1所示，随着国内外对于TBM的研究发展，近乎一百年的发展历史中，TBM已经变成了当今隧道掘进中最先进的一种方法。在研究TBM的使用范围时候，发现如果隧道长度大于600 m时，用TBM法比传统的开挖法经济的多，而且在工期紧张、工作环境恶劣或对于环保要求较高时，用TBM的技术进行隧道开挖也比较合适[3-6]。此外，对于埋深较深的长隧道，且易于开挖支洞，采用TBM较为适宜点[7，8]。

风险评估主要包括风险界定、风险辨别、风险估计、风险评价和风险控制等步骤。目前，国内外对于风险分析的方法有很多种，可分为定性分析方法、定量分析方法和半定量分析方法。在进行风险分析时，可以根据工程建设的具体内容，考虑风险发生的特点和工程施工内容来选取。在城市地铁TBM隧道施工风险评估中，目前有很多学者针对这一问题展开了研究，如Hamidi，Hyum等基于层次分析法，对于盾构掘进及盾构机选型进行了风险分析探讨[9，10]。而纵观地铁隧道穿越既有线路研究现状可以看出，一般多以数值模拟为主，专门针对于TBM盾构隧道穿越既有线路安全风险评估理论较少[11-13]。

为此，笔者以深圳地铁6号线TBM隧道施工穿越既有线路工程为背景，总结TBM隧道施工中常见的风险，并针对于所依托工程的实际情况，基于层次分析法对其风险情况进行评价和分析，从而探明关键风险，为施工后续安全处置措施提供直接依据。

2 工程概况

3 TBM穿越既有线路施工风险因素分析

根据TBM隧道施工的过程中，考虑到既有线路正常运营情况，从综合沿线工程的水文地质、设备选型风险、始发风险、掘进风险以及环境风险等多方面进行考虑。

1)地质风险。隧道沿线主要穿越地层为微风化花岗岩层，7次穿越断层破碎带，隧道基本75°斜穿7处断裂破碎带，个别破碎带水头高且破碎带比较破裂，易产生“涌水、涌砂”现象。TBM掘进机掘进模式属于开放式，针对突发涌水涌砂现象TBM掘进机是无法应对的，所以需要提前对断层破碎带涌水涌砂地层进行处理。另外，TBM通过断层破碎带时很容易造成刀盘前面和拱部坍塌，严重时可能造成刀盘被卡的被动局面。而且一般工程地质勘探资料不准确，超前地质预报的地质情况与实际地质情况差距较大，可能导致设计参数或大或小。

2)环境风险。在TBM穿越既有线路时，TBM掘进对于围岩扰动过大会影响既有线路的正常运营，而且附近TBM穿越的几条既有线路中，高铁隧道为钻爆法施工，高铁隧道周边围岩情况较差，高铁隧道施工过程中已经对周围围岩造成破坏，TBM掘进过程中二次扰动可能造成高铁隧道发生沉降、局部破坏。

3)TBM设备风险。TBM在隧道施工过程中，TBM机械选择不当及机械性能问题都会造成施工风险事故。在长距离施工过程中可能导致大刀盘、刀头磨损较大引起推进过慢或方向偏移，致使掘进无法正常推进；且可能撑靴不平衡，引起TBM掘进方向偏移。注浆系统可能出现故障，延误注浆时机以及施工进度，而且当二次注浆不及时，会致使地表沉降过大。

4)TBM始发风险。在TBM准备进洞时，因始发段是采用矿山法施工，由于开挖时，没有及时支撑和支护，会导致围岩应力和变形过大，或者TBM的轴线偏离，多会导致TBM无法顺利始发。

5)掘进风险。在工程地质情况复杂的情况下，TBM长距离掘进的情况下，可能造成TBM出现卡机；在TBM设备的振动通过撑靴引起围岩松动，掘进后形成临空面引起围岩应力的二次分布，造成开挖工作面失稳。

6)施工管理风险。整个项目的生产周期长、时间跨度大，管理人员与业主、监理、地方政府和协作队伍之间的关系协调处理过程中，可能造成施工安全、质量、工期和成本等方面的综合管理不当，均会影响工程进度。

4 基于层次分析法的TBM穿越既有线路风险评价

4.1 区间隧道风险评估方法

风险评估主要包括风险界定、风险辨识、风险估计、风险评价和风险控制等步骤[14-18]。

目前，风险分析有很多种方法，可分为定性分析方法、定量分析方法和半定量分析方法。其中：

1)定性分析方法主要包括：专家调查法(包括智暴法Brainstorming，德尔菲法Delphi等)、“如果…怎么办”法(if…then)、失效模式及后果分析法(Failure Mode and Effect Analysis，FMEA)等；

2)定量分析方法包括：模糊综合评判法、层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)、蒙特卡罗模拟法(Monte-Carlo)、控制区间记忆模型(Controlled Interval and Memory Model，CIM)、神经网络方法(Neutral Network)、等风险图法等；

3)半定量分析方法主要包括：事故树法(或称故障树法，Fault Tree Analysis，FTA)、事件树法(Event Tree Analysis，ETA)、影响图方法、原因—结果分析法、风险评价矩阵法，以及各类综合改进方法，如：专家信心指数法、模糊层次综合评估方法、模糊事故树分析法、模糊影响图法等综合评估方法。

在进行风险分析时，可根据工程建设的具体内容，考虑风险发生的特点和工程施工内容来选取。风险评估常用的方法主要有：综合评价法、敏感性分析、故障树法、模糊综合评价法、层次分析法、蒙特卡洛方法、等风险图法、PERT法、R=P×C定级法、信心指数法。

目前，虽然相关评估方法较多，但由于城市地下隧道所处的地质环境条件的多样性、变异性和复杂性，使得各种评价因素都存在大量的不确定性，不精确性。R=P×C定级法是一种定性与定量相结合的方法，是目前国内外应用比较广泛的一种风险评价方法。根据该标段TBM隧道实际情况、评价目标、已有的评价基础资料等，本次评估综合采用了层次分析法为主要风险评价方法。

4.2 TBM穿越既有线路风险评价

关于本次项目的分级标准原则，基于参考国际隧道和地下空间协会制定的分级方法，和综合考虑了关于本次项目经济情况，以及各方面要求后综合评定了一个分级标准和原则，综合把各个方面考虑到位后，可将该项目的损失情况大体分为以下的几种类型。

先考虑关于TBM施工的过程中，可能会遇到各种各样的磨损、误工等等方面的经济损失，可以将这种损失进行一种量化，如表1所示。

表1 TBM损失量化标准

关于这个危险等级中，如果发生灾难性的损失等级，这个项目必须立即予以排除撤销；若发生严重的损失等级，这时候可能会有风险致使项目偏离预定的目标以及可能造成一系列相关的问题，必须立即采取一些应对措施；若发生了一般的损失等级，可能暂时性的不会对项目造成危害，但是也必须考虑采取一定的措施去避免这种风险的发生；若发生了可忽略的损失等级时，由于这类风险造成的损失较低，一般并不需要立即去采取一定的措施，但是需要不断的去监控这些风险，以免造成更大的损失。

在项目中每一个风险虽然在施工前就有考虑，但是，这些风险发生的概率却不一定是相同的，所以，将风险发生的可能性等级，主要根据风险发生的频率和概率划分为五个等级，如表2所示。

表2 TBM施工风险发生可能性等级标准

在综合考虑了概率等级和可能性等等因素后，可以将这些因素统一叠加起来，所以关于深圳地铁6号线的风险分级标准如表3所示，综合考虑了TBM施工的过程中，可能的等级和发生的可能性的大小等等，将本次项目的风险等级分为四个等级。

表3 TBM施工风险分级标准

4.3 各风险源等级评定

从上节可以看出，在项目实施过程中，可能遇到很多不同类型的风险源，这些风险源发生的损失大小和可能性都不尽相同，基于深圳地铁6号线TBM施工穿越既有线路可能遇到的风险源，将这些风险源进行分析说明，综合考虑各个方面的影响因素后利用层次分析法，将风险源进行等级排序，从而使得决策者能更好的根据风险源等级制定相应的科学决策。可以从TBM隧道整条线路情况看出，地质风险和环境风险都与地质预报有直接关系，也就是说需要进行严谨的超前地质预报，从而为施工提供一个科学有效的地质勘察报告。在TBM掘进过程中，不可避免会遇到TBM掘进机一些自身风险，可以通过选取合适的TBM机型，定期检查和维修TBM机械等常规操作避免这些风险的发生。在整个施工过程中，施工管理风险也会在一定程度上影响施工进度和施工安全性问题，通过选择和建立高质量管理和施工团队，加强人员管理和培训，根据施工进度合理安排机械和材料分配情况等措施来避免这类风险的发生。综合考虑到所遇风险对施工过程的影响程度，可以看出超前地质预报对于整个施工过程有至关重要的作用，无论从前期进行TBM选型，或者到后期发生突发情况时，制定科学有效的整治措施等，综合上节总结出的TBM穿越既有线所遇到的风险源，可以将风险源评定等级及相关解决措施汇总于表4。

表4 TBM施工风险评估表

5 结语

本文总结了TBM穿越既有线路中可能遇到的一些风险源，针对于深圳地铁6号线穿越既有线路实际情况，结合层次分析法对施工风险进行评估。结果表明：深圳地铁6号线TBM穿越既有线路时，存在很大的施工风险，主要风险源在于穿越破碎带时，围岩自稳能力差，施工注浆不及时以及始发段TBM轴线偏离等均会造成不同程度的施工风险。因此采取安全有效的应对措施，方能保证整条线路的施工安全，为后续同类型地铁隧道施工风险评估制定直接的依据。