樊立强
(中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司，河北邯郸 056031)
1 概述
软土是指广泛分布于我国东南沿海及内陆地区的一种淤泥质软粘土，主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的沉积物及少量腐殖质所组成的土。在滨海、湖沼、谷地、河滩沉积等地区表现为天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。在某些地区，颗粒孔隙比甚至可以超过2.0，同时，低透水性和高可压缩性也是软土的两大特征。由于软土具有的这些特征，使得在软土分布地区进行土压盾构掘进施工存在着许多未知和模糊的风险，对工程进度造成了影响，研究不同地区软土的性质，并建立结合相关地质环境的风险评估模型是在这一地区进行施工时减少风险的必要措施。
盾构掘进施工技术，即全断面隧道掘进机隧道施工法，是靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的隧道施工方法，在国内外地下隧道施工中被广泛的使用。这一方面是因为盾构掘进施工技术具有很强的适应性，尤其是能在软土地区开展地下隧道掘进施工，同时也是因为盾构开挖还是不可避免地会引起一些环境岩土问题，特别是地表沉降问题。所以自问世几十年以来，其以高效、安全、环保等优点，已被广泛用在水利交通采矿等领域。目前对盾构掘进施工技术展开的研究多集中在刀具、施工预测及施工技术等方面。在隧道方案选择，特别是长大隧道施工采用常规或是TBM法施工的选择上，还是建立在一般的比较上，没有完整的选择方法。由于隧道工程往往涉及资金投入大、工期长、相关因素多，所以对具体盾构隧道掘进方案的选择还需慎重［1］。
在软土分布广泛的地区进行地下隧道施工，需要考虑多方面的问题。这其中既包括了设备和技术的问题，还包括对地质环境的认识和对施工可能出现的风险的预测判断是否准确。一般来说，软土地区土压盾构隧道掘进施工对主客观条件的要求很高，需要建立相关的风险评估模型，对施工的每一个环节进行准确的预测，以尽可能的减少施工风险。通过对当地的地质、水文等客观条件进行分析，结合盾构隧道施工的特点用数据进行量化表达，建立评价标准，然后确定相关计算权重，在此基础上对风险概率进行比较确定。对可能出现模糊性和未知性的因素，还要通过风险函数和评估模型进行模拟计算，最后得出对土压盾构隧道掘进施工有指导性意义的数据。
2 软土地区土压盾构隧道掘进施工风险分析
地下隧道交通是时代发展的产物，优势十分明显:首先是节省土地，由于一般大都市的市区地皮价值高昂，将铁路建于地底，可以节省地面空间，令地面地皮可以作其他用途;其次是减少噪声，铁路建于地底，可以减少地面的噪声;再次，地下隧道交通还由于地铁的行驶路线不与其他运输系统重叠、交叉，因此行车受到的交通干扰较少，可节省大量通勤时间。此外，在节约能源，应对全球变暖的大背景下，地下隧道交通是最佳大众交通运输工具。大规模的地下交通的使用方便了市民的生产生活，推动了社会的进步，但也正是由于地铁交通的广泛使用，在不同的地区修建地下隧道工程也就不可避免。在某些地质特殊地区，地下隧道工程建设面临的不仅是资金、设备和管理方面的问题，更多的还是需要克服客观地质条件而引起的技术问题。
软土地区受其客观地质条件影响，进行土压实盾构隧道掘进施工存在着管片拼装风险、隧道注浆风险、机械设备风险和地表沉降风险等。这其中，最主要的是地层变形或是地表沉降，以及盾构结构内部出现的设备问题，如涌土、进水、掘进路线出现偏差等。众所周知，在外荷载作用下，软土层土体容易产生沉降变形。这种沉降变形是土压盾构隧道掘进施工中的一个主要问题，也是危害最严重的问题。软土的沉降可以分为固结沉降和瞬时沉降两大类，在前一类中，包括了饱和以及接近饱和的土颗粒在外在作用力的压力下，伴随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所造成的沉降。对于瞬时沉降来说，是指紧随着加压之后地基即时发生的沉降，地基土在外荷载作用下其体积还来不及发生变化，主要表现为地基土的畸曲变形。除了软土沉降之外，盾构机本身的掘进风险也不容忽视，尽管盾构隧道技术已经产生了几十年，但近些年来发生的事故也不少，其中部分就是由于盾构机自身设备故障或者是不适应当地的地质环境引起的。
通过对软土地区的地质条件进行细致的勘探，同时结合盾构机的功效以及土压盾构隧道施工的特点建立相应的风险评估模式，毫无疑问能对隧道掘进施工带来莫大的帮助。
3 软土地区土压盾构隧道掘进施工风险评估模型的应用研究
软土地区土压盾构隧道掘进风险评估模型的建立是以相关的地质数据和风险指标函数为依据的，风险评估指标的选定和收集可以确定相关评价集合，结合当地实际地质情况对指标权数进行筛选，由风险函数得出风险事件概率系数，通过对风险结果评价确定最终的掘进方案。
1)基于模糊风险评估的施工评估模型的建立。
首先是确定综合风险指标评价集合。软土地区土压盾构隧道掘进风险评估指标的确立是一个复杂的过程，需要考虑方方面面的问题。如软土的构造问题，不同的地区软土的特点各不相同，结合当地的软土地质特征才能得出准确的地质条件，成为评估指标。又如盾构机本身出现事故的概率问题，盾构机在施工过程中有可能出现漏水、掘进路线偏差等，这些因素也需要考虑。此外，遇到特殊的地质构造，造成盾构正面阻力过大，或者是软土特征性明显，地表沉降可能性加大等都需要在评估指标中予以考虑。一般来说，需要结合当地的地质条件和设备状况，选择最合理的评估指标，建立评估集合。
其次是对风险事件的权重进行分析。软土地区土压盾构隧道掘进风险评估指标集合确立后，还需要对不同风险事件进行层次划分，一般的，我们可以采用层次分析法，即通过对风险事件进行比较，以一定的标准对风险事件的度进行衡量，按重要性对其进行排列。不同的地区有着不同的风险指标，风险事件也各不相同，我们需要确认的是，哪些风险事件是比较重要的，能对工程产生重要影响的，而哪些是不重要的，或者说产生的影响可以忽略不计的［2］。
再次是对风险事件的概率进行测算。在确立了软土地区土压盾构隧道掘进风险评估指标和风险事件的排序后，接下来的工作就是要对风险事件的概率也即隶属度进行测算。对风险事件隶属度的测算需要借鉴相关的风险函数，根据不同的风险函数得出每个风险事件的概率，为最后的风险评估奠定基础。这里需要注意的是，风险事件有轻重之分，对风险事件隶属度的确定也需要结合风险权重考虑，对于那些影响重大的风险事件，即使其概率相对较小，但也不能忽视，要做好充分的准备，防止出现无法挽回的损失。
最后是对风险事件的影响后果进行评估。在前面的环节中我们已经提到了风险事件可能产生的后果与风险评估权数的关系，在建立软土地区土压盾构隧道掘进风险评估模型时还包括了对风险事件影响后果的评估。这里所说的影响后果，是指风险事件对整体工程进度或者是施工所产生的影响，这种影响因不同的风险事件而不同。有些事件的影响是具有决定性的，比如软土沉降，其直接后果就是塌方，对隧道施工的影响不可谓不重。我们在这里要根据风险事件的概率和权数的不同风险事件的影响后果进行分级，一般的可以分为:“极低风险”“低风险”“中等风险”“高风险”“极高风险”5个等级。
2)模糊综合评判。
在软土地区土压盾构隧道掘进风险模糊评估体系建立以后，还需要对模型的结果进行评判。通过模型的数据，我们已经了解了这一地区的大致地质条件和相关风险事件分布，而模糊综合评判的工作就是对土压盾构隧道掘进的整个过程进行模拟计算，得出科学、合理的数据之后，提供给施工人员。这里面需要注意的是，模糊因子可能是不完全的，也就是对风险事件的认知是有限的，所以得出的结论也是有限的，但风险模糊评估模型给出的掘进施工总体风险水平依然是可信的。
［1］ 王占生，王梦恕.盾构施工对周围建筑物的安全影响及处理措施［J］.中国安全科学学报，2002，12(2)：135-137.
［2］ 方述诚，汪定伟.模糊数学与模糊优化［M］.北京：科学出版社，1997.
