关键词长江大堤;沉降;裂缝;结构稳定性;安全鉴定
Abstract:IntheNanjingYangtzeRiverTunnelthroughChangjiangNorthEastdikeembankmentconstruction,embankmentandfoundationhavesettlement,themaximumvalueof141.9mmandresultedinJiangbeileveetopgroundappearedtwosmallcracks,duetotheimportanceofJiangbeileveeinfloodcontrolandfloodcontrol,aswellasthemainroletosocialdevelopmentandpeople'slifeandpropertysafety,itisneedstocarryontheappraisalofsafetywork.
Keywords:theYangtzeRiverembankment;settlement;crack;structuralstability;safetyappraisal
中图分类号：TU984.1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）03-00
1工程概况
南京长江隧道施工过程中，两台盾构机穿越长江大堤地基。盾构机穿越期间，长江北岸大堤出现沉降和细小裂纹。为了不影响长江大堤的稳定性，保证大堤的防洪和防汛安全，采用SJB-2型深层搅拌桩防渗墙和防渗帷幕等防渗措施对大堤进行了加固处理。为确保大堤万无一失，应针对加固处理后的大堤，根据工程和水文地质条件，建立大堤的结构分析模型，依照现行规范，分析评价大堤在不同工况下的结构稳定性。
2计算原理
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），大堤边坡的稳定分析采用瑞典圆弧滑动法和改进圆弧法。计算简图如图2-1及2-2所示，其中瑞典法分为总应力和有效应力两种计算模式，其稳定安全系数按下列公式计算。
图4-1瑞典圆弧滑动法计算简图
2.1瑞典圆弧滑动法
1）施工期抗滑稳定安全系数可按下式计算
（4-1）
2）水位降落期抗滑稳定安全系数可按下式计算
（4-2）
（4-3）
3）稳定渗流期抗滑稳定安全系数可按下式计算
（4-4）
以上各式中：b――条块宽度（m）；――条块重力，（kN）；――在堤坡外水位以上的条块重力（kN）；――在堤坡外水位以下的条块重力（kN）；Z――堤坡外水位高出条块地面中点的距离（m）；u――稳定渗流期堤身或堤基中的空隙压力（kPa）；――水位降落前堤身的空隙压力（kPa）；――条块的重力线与通过此条块地面中点的半径之间的夹角（度）；――水的重度（kN/m3）；、、、、、――土的抗剪强度指标（kN/m3，度）。
2.2改进圆弧法
改进圆弧法计算堤坡稳定安全系数按下式计算
（4-5）
（4-6）
式中：W――土体B’BCC’的有效重量（kN）；，――软件土层的凝聚力及内摩擦角（度）；――滑动力（kN）；――抗滑力（kN）
图4-2改进圆弧法计算简图
根据本工程的实际情况及规范的要求，这里采用瑞典圆弧滑动法计算堤坡的抗滑稳定安全系数。
3计算断面
根据工程实际情况和现场提供的资料，这里选取江北大堤城东圩隧道L线、R线的轴线剖面进行复核计算分析和评价，包括大堤迎水坡、背水坡。剖面构造如图3-1及图3-2所示。
图3-1L线隧道计算断面
图3-2R线隧道计算断面
4计算参数
根据现场地质勘察和室内试验等有关资料，并参照类似工程和经验，本次稳定性分析选用的计算参数如表4-1所示。其中，根据颗粒分析试验成果，重点考虑特殊岩土（素填土等）对大堤稳定的影响，重度、黏聚力和内摩擦角等均采用类似工程及文献资料提供的参数。
由于本次复核的长江大堤段因沉降出现了裂缝，因此，在大堤及其地基沉降范围内的土体强度参数取较小值。按正常值的80%取值，以考虑土体可能出现裂缝导致强度指标降低的影响。由于大堤裂缝对土料重度的影响不大，且增大重度对于大堤的抗滑稳定是不利的，为安全考虑，这里保持重度不变，仅考虑黏聚力和内摩擦角减小为80%。
表4-1稳定分析计算中的参数
需要说明的是，长江北岸大堤城东圩隧道穿越段因沉降出现了地表裂缝后，及时进行了深层搅拌桩防渗处理。由于深层搅拌桩的强度高于大堤素填土和地基土的强度，因此，这里进行稳定分析时忽略深层搅拌桩的加固作用，计算成果是偏于安全的。
迎水坡的干砌混凝土护坡强度值明显大于大堤素填土和地基土，对堤坡有保护作用，对大堤坡面的抗滑稳定是有利的，这里忽略护坡对大堤迎水坡的保护作用，计算结果也是偏于安全的。
5计算工况
根据提供的资料，江北大堤场地的地震烈度为7度，地震系数为1/40，地震角为1°25′。该工程为1级堤防工程，按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98），大堤稳定复核时需要考虑地震作用。堤坡的抗滑稳定分析分为正常情况和非常情况两种。
1）正常情况稳定计算包括下列内容：
①设计洪水位下的稳定渗流期和不稳定渗流期的背水侧堤坡；
②设计洪水位骤降期的迎水侧堤坡。
2）非常情况稳定计算包括下列内容：
①施工期的迎水、背水侧堤坡；
②多年平均水位时遭遇地震的迎水、背水侧堤坡。
根据以上要求，本次稳定分析时长江水位采用设计洪水位、历史最高水位、警戒水位和洪水期多年平均水位等四种工况。
迎水坡：
设计洪水位10.65m，大堤形成稳定渗流；
设计洪水位10.65m非常降落至洪水期多年平均水位7.00m；
洪水期多年平均水位7.00m，大堤形成稳定渗流；
洪水期多年平均水位7.00m+地震作用，大堤形成稳定渗流。
背水坡：
设计洪水位10.65m，大堤形成稳定渗流；
历史最高水位10.22m，大堤形成稳定渗流；
警戒水位8.50m，大堤形成稳定渗流；
洪水期多年平均水位7.00m+地震作用，大堤形成稳定渗流。
6计算成果分析
依据以上计算原理和计算参数，对江北大堤各种不利水位组合工况进行堤坡稳定计算，计算分析结果如表6-1、表6-2以及图6-1～图6-16所示。其中，图中坐标规定如下：X轴以图中左下角第一点为坐标原点（背水坡侧），指向右侧为正；Y轴以高程为坐标，向上为正。A点为滑弧与堤坡的下交点或与大堤底面延长线的交点，O点为滑弧的圆心，如图4-1及图4-2所示。
根据大堤的实际情况，这里对于非常运用情况下施工期大堤的稳定性未作复核计算分析，仅复核计算分析了非常情况下洪水期多年平均水位遭遇地震作用的情况。
表6-1江北大堤隧道穿越段稳定性分析计算成果表
表6-2各种工况下滑弧坐标信息汇总表
圆心O（66.07，13.70）；A点（74.28，1.70）
图6-1L线迎水坡设计洪水位（10.65m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（64.80，14.41）；A点（71.40，1.95）
图6-2L线迎水坡设计洪水位（10.65m）非常降落至洪水期多年平均水位（7.00m）时，最危险滑弧示意图
圆心O（64.29，13.93）；A点（72.33，1.87）
图6-3L线迎水坡历史最高水位（10.22m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（67.02，15.87）；A点（76.31，1.52）
图6-4L线迎水坡洪水期多年平均水位（7.00m）+地震作用时，
最危险滑弧示意图
圆心O（36.97，14.57）；A点（31.36，2.45）
图6-5L线背水坡设计洪水位（10.65m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（35.73，15.24）；A点（32.23，2.57）
图6-6L线背水坡历史最高水位（10.22m），形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（34.75，14.47）；A点（32.12，2.42）
图6-7L线背水坡警戒洪水位（8.50m），形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（35.24，14.97）；A点（32.87，2.59）
图6-8L线背水坡洪水期多年平均水位（7.00m）+地震作用时，
最危险滑弧示意图
圆心O（63.33，14.52）；A点（71.55，3.88）
图6-9R线迎水坡设计洪水位（10.65m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（62.20，14.86）；A点（70.18，3.93）
图6-10R线迎水坡设计洪水位（10.65m）非常降落至洪水期多年平均水位（7.00m）时，最危险滑弧示意图
圆心O（62.92，14.68）；A点（71.38，3.65）
图6-11R线迎水坡历史最高水位（10.22m），形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（63.90，14.67）；A点（72.06，3.75）
图6-12R线迎水坡洪水期多年平均水位（7.00m）+地震作用时，
最危险滑弧示意图
圆心O（31.78，15.99）；A点（23.23，3.39）
图6-13R线背水坡设计洪水位（10.65m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（30.21，16.90）；A点（21.82，3.30）
图6-14R线背水坡历史最高水位（10.22m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（29.66，16.08）；A点（22.13，3.32）
图6-15R线背水坡警戒洪水位（8.50m），大堤形成稳定渗流时，
最危险滑弧示意图
圆心O（33.68，14.67）；A点（25.00，3.51）
图6-16R线背水坡洪水期多年平均水位（7.00m）+地震作用时，
最危险滑弧示意图
7稳定安全评价
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，对于1级堤防工程，采用瑞典圆弧滑动法计算稳定时，堤坡抗滑稳定安全系数不小于1.3。
由表6-1、表6-2可以看出：
江北大堤的迎水坡和背水坡，在正常运用和非常运用条件下，其最小抗滑稳定安全系数均满足规范的要求，且安全富余量较大。L线、R线所有计算工况的抗滑稳定安全系数皆大于1.900；L线、R线滑弧在各种工况下的位置都相差不大，说明随着长江水位的变化，可能滑动的滑弧面是相对固定的。究其原因，①长江水位变幅相对较小，其影响较小；②渗流场变化不大，其影响亦较小。可见，江北大堤在堤顶出现裂纹的情况下，经过前期的抗渗加固处理，其稳定性已经达到要求。
8结论
如今，随着我国经济的快速发展，国家和人们对出行的交通工具也要求越来越高，铁路和高铁频频建立，高风险隧道的施工会随之会出现在隧道工程中。众所周知隧道的施工中存在着很多的安全隐患，所以我们对其应高度重视，并应用有效的管理方法和技术措施来避免隧道工程事故的发生。隧道工程安全管理是一个动态的、全过程的控制行为。随着高水平隧道工程的建设施工，更多的因素增添了隧道的风险系数，隧道施工存在的潜在风险极大有可能对隧道的施工产生很大的影响，由于施工风险管理的实施能够使发生施工风险的概率减小到最低限度。所以，进行隧道工程建设风险管理是很有必要的。
【关键词】
隧道工程；施工安全；风险控制
改革开放以来，我国的高速铁路、高等级公路、高速公路、城际铁路、地铁、城市轨道交通等得到了较快的发展，隧道及地下工程也越来越多，而隧道施工一直是这些施工中的难点，怎样才能控制隧道施工的风险是参加施工的单位应该思考和担忧的问题。因此，做好隧道工程施工中的安全管理，是保证国家财产安全和人民生命安全的关键。隧道工程不仅仅是一个有涉及很多学科的复杂工程，并且还具有现金投入量大、技术难、建设周期长、项目涉及范围广等特点。
由于隧道建设存在着很多的风险和不确定性因素，复杂难懂的工程地质条件及勘察资料的片面性和相关设计理论的不完整性，使得很多意外事故在工程施工不可避免的发生了。同时，地层、水文地质及周围环境都会由于工程的施工造成了直接影响，并且由于工程施工要与环境发生直接或间接的关系，所以使得隧道以及地下工程风险不仅仅具有多样性、复杂性的内部因素，也有综合性、层次性的外部因素。另外，由于隧道工程施工建设时间长涉及到的工作人员比较多，在工程建设中由于人为的疏忽，也会发生一些意想不到的事件，工程风险也具有很大的偶然性和突发性，现如今隧道工程中施工工程风险的研究大部分还很不完善。由于我国地域了阔，所以有着各种各样的地形。很多的隧道工程都需要在交通建设工程过程中来进行。另外随着城市经济的快速发展，很多的地下轨道交通和高速铁路也需要加大建设，这也使得对隧道工程的需求量不断增加。因此我们必须加大对隧道工程施工安全因素的研究分析。
一、隧道施工风险所具有的特性
在隧道施工中的地下施工、照明通风、岩爆塌方等问题都是地下施工中所具有的问题。另外，由于片面的地质勘探、复杂和变化的地质条件，它的好坏以及正确性直接影响了隧道施工的安全、质量和进度。因此，隧道工程施工风险除具有一般的风险特征外，并且还具有其自身所独有的特点，主要体现在高度依赖工程地质和水文地质条件，还有由此产生的隧道施工风险的随机性和隐蔽性的风险发生。众所周知，隧道施工风险的结果相当严重，除了有比较大的影响外，还会在隧道工程施工的过程中增加一定性的风险性。另外，隧道工程施工现场的环境与其风险在某些程度上也有一定的关系。通过隧道风险各不相同的特点，结合现成的分析和经验积累，得出包括技术风险、施工风险和设备风险在内的隧道工程施工中常见的风险因素。由于隧道施工风险所具有的这些各不相同的个性，所以我们应该充分认识与了解这些特性在隧道施工过程风险管理中的影响大小，采取适当的措施来应对风格不同的隧道施工风险，以达到隧道施工风险的有效管理。
二、隧道施工风险管理内涵
隧道工程是一个投资资金多、建设时间长、涉及面大的复杂系统，在建设这些项目的过程中，也有很多不确定性和不可预知的环境因素，另外还有更多、更大的风险因素存在于隧道工程建设中。为了使危险因素对项目造成的不利影响能减小到最低，我们应该将合理有效的风险管理用在隧道工程施工的实施上。通过风险分析、风险规划和风险监控，来科学合理地使用具体的管理办法、技术手段对项目涉及的风险实施有效控制，主动进行对项目风险进行全过程管理及监控，以减小到项目最低风险。
三、进行隧道施工安全的风险评估
在隧道施工前，应该组织隧道方面的专家对隧道不良地质和可能发生的地质灾害，进行相关性的风险评估，通过实施隧道风险等级管理，建立安全有效的计划和有针对性的预防演练，并主动进行必要的安全监控及防护措施，继续加强在施工过程中的安全保证措施。为了保证重大技术安全问题的隐患在隧道施工的过程中尽可能少发生，我们应该通过组织隧道方面的专家来进行研讨和咨询，建立专家研讨和协商制度，尽力确保隧道施工的安全性，并且利用科技手段、先进的设备以及可靠的经验，有效降低项目成本和施工风险系数。
四、控制隧道施工风险的措施
1、建立风险管理系统，科学有效的进行风险防范工作为了保证隧道施工的安全，应对风险管理应该进行理念的树立，要进一步树立“安全发展”的观念。要形成安全生产责任制，强化企业的安全责任。施工建设单位要按照设计文件进行防范措施的制度，监理单位也要进行审查防范措施，另外还要检查隧道施工风险管理制度的执行情况。加强危险源的监视，加强风险排查，特别是增加风险排查和管理工作。必须针对查出来的安全隐患进行立即组织整改，有效防范、阻止施工安全事故的发生。
2、要做好地质预报工作，真实落实地质预报的责任施工单位应结合隧道工程相关的地质条件以及超前地质预报方案进行指导，首先明确隧道地质预报的方案、预报频次、预报的内容、实施计划，其次要提出设备配置及操作要求、数据采集、信息判断与处理、预报成果报告制作等技术要求。要对能够胜任超前地质预报工作的工作人员进行一定的培训，用来保证超前地质成果及数据的有效性。
3、加强施工安全的培训，落实施工安全的责任要加强安全的意识和培训，根据各企业的情况来建设施工单位的安全文化。负责隧道施工安全的施工单位，必须提高工作人员的安全生产意识，进行相关方面的技术培训，增加管理人员和技术人员的安全生产知识。严格遵守国家的安全法律和规章制度，建立合适的安全生产保障体系，做好安全方面生产的措施，并且做好安全应急救援预案，还应配备相应的应急救援人员、器材、设备，应急救援预案按规定应报监理单位批准并报建设单位备案，并定期进行演练。某些工作程序的操作人员必须进行上岗前的技术、安全培训，考试合格后才能上岗。
五、小结
1.1人员因素
无论如何先进或者智能化的施工设备，支持其正常运作的终究是其操作人员。而且随着科技的不断发展，各类新型的施工设备不断出现，科技含量越来越高，这就要求设备管理人员和操作人员的知识和素质越来越高。但是现状是施工现场的很多设备操作元基础文化水平较低，先上岗操作代替正规培训、先上岗再取证的现象较多，这些没有经过正规培训和入场三级安全教育的人员往往成为设备安全管理中的一大隐患。
1.2设备因素
重使用，轻保养。隧道施工基本是多项目部共同承担，各项目分布范围较散，同一部施工设备很可能在各项目之间调运频繁，而使得维修部门无法对其进行必要的维修保养。更多的情况是某一项目施工任务重，施工人员为抢进度只关注设备的运转，很少考虑到设备所需要的必要保养，这样日常忽视的一些小毛病累积爆发后导致的是大范围的修理或者更严重的后果，结果没有保证施工进度反而浪费了大量的时间，同时增加了施工成本。环境恶劣，超负荷运作。受到隧道一些特殊环境的影响，隧道施工设备磨损较大。如果这时投入的设备数量不足，却又为了赶工期超负荷甚至带病使用施工设备，不仅极大地影响设备性能，加速机械设备老化，更影响隧道工程的整体质量，增加安全风险。
1.3组织因素
缺乏有效的设备管理机构。一项隧道工程涉及的设备较多，现场工作林林总总，很多情况下都是一人兼多职，基本上无法兼顾周全，只能够在大的方面进行泛管理，而不能形成有效的实质性监督。施工现场诸如环境、人、设备等的复杂性决定了需要设立专门的设备管理机构。规章制度缺乏针对性。完善的制度是所有工作发挥效能的重要保障，设备安全管理同样需要规章制度。很多情况是设备安全管理的规章制度很多，但是却不结合施工现场来制定具有针对性的管理要求，死搬硬套。组织管理松散。隧道施工工序繁多，施工设备的使用应该得到有效合理的组织利用，这直接关系到项目的进度和工作效益。而这点在现场的组织管理中是一个难点，经常演化为松散的管理。
1.4监控因素
监控手段不足。现代隧道工程施工铺开面广，设备繁多，施工设备的监控对施工的效益和安全起到了重要作用，现在施工现场设备的监控手段相对不足，这也为设备安全管理带来了挑战。对特种设备检测监控不严。对强制要求定期检测的特种设备检测情况监控不严，使得超使用条件和年线的设备继续使用，这种监控不带有的侥幸心理十分危险。
2设备安全管理措施
2.1人员因素的管理措施
基于上述问题的分析，可见不论从哪个角度看，设备安全管理中人的因素永远是第一位的。设备操作人员的选择。隧道施工环境因素复杂，危险系数高，设备操作人员首先应该具备良好的职业，较强的安全和自我保护意识，身心健康。其次根据不同设备的提点以及操作难度选择合适的操作人员，技术含量高且结构复杂的施工设备应选择业务水平高、专业素质强的专业人才。加强人员的学习培训。快速发展的科技要求设备管理人员和操作需要不断学习新的知识和技术，不断提升安全意识，这使得加强人员学习培训显得尤为重要。人员的培训应该制定可持续教育的理念，做到覆盖面广、针对性强、形式多样、检查到位以及考核严格。首先要做好的是全员上岗前的三级教育，只要直接或间接参与生产的人员都必须接受教育，确保所有人员上岗时都牢记安全红线，从源头上杜绝设备安全事故的发生；其次要针对不同设备特点培训管理和操作重点，做到有的放矢，事半功倍；再次，采用形式多样的培训方式，包括知识讲座、观摩学习、设备操作竞赛等，充分发挥“走出去、请进来、集中办公”的作用；最后对培训内容应严格考核，鼓励先进，确保培训效果，逐步实现提升设备管理和操作人员理论和技能水平的目标。先取证后上岗。明确先取证后上岗的原则，设备操作人员应经过正规培训并取得劳动部门或相关部门考核合格后颁发的证书，坚决杜绝无证上岗或先上岗再取证的现象。另外，根据相关规定，连续六个月及以上未从事过设备操作的人员，虽持有操作证书但在上岗前单位必须对其进行再培训，确保施工安全和质量。
2.2设备因素的管理措施
合理选择设备。不同的设备由于结构、性能等差异有着其特定的使用技术要求，只有严格的遵守这些要求，才能充分发挥其效益，降低成本。因此，根据不同的生产任务应该安排合适的设备进行施工，防止出现小任务用大设备，重任务用小设备等不合理现象的发生。合理调配设备。提前掌握施工各项目部的工程进度和设备需求，合理安排设备的轮用，并充分利用设备使用间隙进行保养工作的安排，解决好使用需求和保养维护之间的矛盾。奖惩机制促保养。建立奖惩机制，将设备的维修保养、安全运行、机械状况和消耗费用等列入考核内容，有奖有罚，以此调动设备操作人员工作的积极性和主动性，保证施工设备的日常保养有序开展，体现了“养修并重，预防为主，合理使用”的原则，从而降低维修成本，延长设备使用寿命，最终提高经济效益和施工质量。
2.3组织因素的管理措施
建立有效的设备管理机构。隧道项目入场后，应及时设立管理设备的组织机构，首先将配套设备配置到位，尽力好台账等，并根据施工现场的具体情况成立机电班组，明确职责，以班组形式建立设备管理经济责任制，保证了所有设备都能得到良好的使用和维护。建立健全相关规章制度。主要体现在建立施工设备的维修和检查制度，依据国家“安全第，预防为主”的安全管理基本方针，充分体现“安全生产、人人有责”及“管生产必须管安全，谁主管，谁负责”的原则，同时应根据施工现场的具体情况建立有针对性的实施细项。加强组织管理。隧道施工工序繁多，因此施工设备的使用必须做到集中管理、统一调配、统筹兼顾。集中管理就是只有批准的管理人员和班组长具有相应设备的管理权。统一调配就是根据各班组实际工程量，统一调配所需设备进行作业。统筹兼顾就是在施工生产过程中所派出的设备在同一时间同一点工作时在不影响到自身的工作情况下必须兼顾其他的工作内容，避免顾头不顾尾造成的浪费。
3监控因素的管理措施
3.1施工设备的视频监控
采用视频监控的方式能够实时的、全方位的和全程地监控施工现场，使施工管理更加有效，增强对工程的质量、安全、进度和投资等方面的管理。采用对重点设备监控的方式，能够及时发现问题并能够立即通过远程制止违规动作，预防安全事件的发生。同时通过视频存储功能，可以方便的回放相关现场画面，为分析工程质量等提供充分的资料
3.2对特种设备检测情况重点监控
因为特种设备固有的特性，其在生产过程中比一般设备具有更大的潜在危险，因此特种设备必须定期强制和巡回检测，并对其检查情况进行重点监控，只有如此才能最大程度避免设备故障的发生，保障生产和生命安全。
4结语