地铁盾构施工风险分析与控制研究

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摘要：近年来，随着地铁建设的迅速发展，盾构法施工在工程上的应用也越来越广泛。随着工程项目、规模和数量的急剧扩大，盾构施工过程中安全事故和质量事故也呈现明显上升趋势。为了避免事故的发生，进行风险分析显得尤为重要。本文从事前控制角度出发，简要分析了地铁盾构施工的风险识别与控制。

关键词：地铁盾构施工风险分析研究

Abstract: In recent years, with the rapid development of subway construction, the Shield Construction is more and more widely used in subway construction. With the project, the size and the number rapidly expanding, security incidents and the quality of the accident have shown a clear upward trend during the Shield Construction..To avoid accidents, the risk analysis is particularly important..The article engaged front perspective, a brief analysis of the risk identification and control of Subway Construction.

Keywords: SubwayShield ConstructionRisk Analysisresearch

中图分类号：TU991.05文献标识码：A文章编号：

引言

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市的交通环境日益紧张，城市居民出行的需求和城市交通拥堵之间的矛盾日益突出，因此，城市轨道交通作为大运量、快速、舒适、环保、准时的公共交通工具越来越受到广大居民和政府部门的青睐，越来越多的城市开始兴建轨道交通。

在轨道交通的建设过程中，应用最为广泛的施工工法为盾构法施工。与传统的暗挖法相比[1]，盾构法在施工安全、工程进度、质量保障、环境保护和施工人性化及投资等方面具有明显优势，因此，盾构法在隧道工程施工中得到广泛应用。随着工程项目、规模和数量的急剧扩大，盾构施工过程中安全事故和质量事故总量也呈现明显上升趋势[2],对其施工中的风险控制亟待研究。

1盾构施工风险分类及特点

在盾构施工过程中，盾构机是唯一的而且是不可替代的施工工具，盾构机的适应性风险需单独进行研究。

（1）自然风险。包括不可抗拒的地质灾害和气象灾害风险，主要是不良地质风险。在盾构施工过程中，大部分不良地质可以探测或预测，如果措施得当，其中的部分或全部风险可以规避。

（2）人为风险。除战争、、恐怖袭击外，主要是指政治风险、决策风险、设计风险、施工风险、合同风险、财务风险、环境风险、技术风险等，如果措施得当，其中的部分或全部风险可以规避。

（3）盾构机适应性风险。盾构机在复合地层中的适应性具有一定的局限性。盾构机是根据特定的地质环境制造的，地质环境变化了，原来盾构机的设计就必然会在某种程度上受到限制，而环境的变化，特别是地质条件的变化是绝对的，因此，盾构机适应性的局限性也是绝对的，这是盾构施工的最大风险。

2盾构施工风险识别与控制

2.1不良地质施工风险

所谓不良地质是针对特定的施工工法而言的，本文是针对盾构法在复合地层中施工而言的。

（1）第四系流塑状淤泥地层

在这种地层中施工，风险主要表现在如下三个方面：①作为永久结构的盾构隧道本身是不稳定的，工后沉降可能性很大，以至于造成线路纵坡的变化或管片错台、开裂和破损等；②盾构机机体的重量在轴向上是不均匀的，其前部的1/3包括刀盘主轴承和螺旋输送机等，大约占了盾构机总量的2/3以上。在这种泥塑状淤泥地层中掘进时，易出现盾构机“栽头”问题。其结果是盾构机姿态难以控制，进而造成管片的错台、开裂、破损等；③若盾构机的工作井或隧道的横通道位于这种地层中，主要的问题是如何保证围护结构的施工质量及防治基坑开挖时的底涌。

（2）第四系粘土地层

粘土分为软塑状粘土和硬塑状粘土，盾构机主要是在软塑状粘土中出现问题，表现为结泥饼，目前，主要是通过添加剂，特别是泡沫来解决。根据粘土的性质，通过施工过程中试验的方法来确定添加剂的使用量。此外在粘土中还可能含有一定量的砂砾成分，对刀具的磨损影响比较大。一般在选择刀盘和刀具时，结合盾构机的大开口率、破岩功能、刀具强度的要求及刀具偏磨等方面综合考虑，选择合适的刀具、刀盘。

（3）第四系粉细砂层和砂层

在粉细砂层中施工出现的主要问题是发生在盾构隧道之间的横通道施工和盾构机进出工作井两大方面。主要原因是这些特殊部位的土体加固效果不佳或采取的施工工艺、施工程序欠妥，使得粉细砂大量涌入隧道或工作井，使已完成的隧道或车站结构严重破坏、地面大范围塌方。

采用土压平衡盾构机在中砂地层中施工时，盾构机推进时的平衡较难控制，表现为[4]：工作面上的中粗砂在地下水的作用下极不稳定，一旦出现土压较大波动（包括欠压或过压），就会造成过量的砂涌入盾构机密封舱，若不及时采取措施，则会造成地面沉降；由于该地层中粘土颗粒很少，在密封舱和螺旋输送机中的渣土和易性很差，在地下水的作用下，会发生螺旋输送机喷涌，使密封舱内突然失压，引发地面沉陷。即便选用泥水盾构机，若对干砂量控制不当，也会立即出现地面沉陷。

（4）地层中的土洞和溶洞

盾构机在溶洞附近掘进时遇到的主要风险有：盾构机在溶洞处磕头；地下水及地下水水压很大，或者工作面失水，造成注浆困难、螺旋输送机喷涌等；刀盘在旋转过程中由于突然遇到表面凹凸不平的溶洞，会因为瞬间荷载增大造成刀具损坏；穿越溶洞的隧道的稳定性是永久结构隧道需解决的问题。若在施工中遇到土洞，风险将大大增加。这类风险只能靠前期地质勘查和物探尽可能详细来解决。

2.2盾构机适应性风险

盾构机适应性在复合地层中具有局限性。主要表现为：刀盘开挖直径与盾壳直径之间形成的施工间隙不能立即填充补偿；刀盘开挖直径与隧道管片直径形成的间隙不能立即补偿；刀盘与前体盾壳之间有20～50mm的间隙，软弱地层特别是淤泥层、砂层、砾石层的土体会通过这个间隙进入土舱，从而造成盾构机上部地层损坏或变形；盾构机在推进的过程中不可避免地会对前方土体产生一定程度的扰动，会产生地下水的新通道，并在一定程度上破坏局部地层的稳定性；盾构机在推进过程中不可避免地会产生一定程度的震动，会对上部建（构）筑物的稳定性造成一定程度的影响。

2.3人为风险

人为风险是指由人员行为活动偏差原因给工程带来的潜在风险，包括人员的道德、行为、经济、技术、政治和组织等。具体分为三个方面[2、5]：

（1）心智模型。心智模型一旦形成，将使人自觉或不自觉地从某个固定的角度去认识和思考所发生的问题，并用习惯的方式予以解决。

（2）人的能力、素质。主要表现在对施工过程中地质环境的准确分析和判断上，表现在随着环境变化对盾构机适应性的分析上。

（3）施工管理风险。施工管理是研究和探讨组织及组织内资源配置的构造、过程、方式、方法。受施工企业内部管理模式、管理机制、管理水平和约束激励机制的影响，是施工企业自身所控制的主要风险。减少管理风险的办法是建立制度化管理。

3结语

地铁工程作为一项复杂的系统工程，在施工过程难免会存在各类风险，在采用盾构法施工过程中，需要我们采用精细化的管理手段来实现风险和事故预防的目的。首先，要确立盾构施工风险分析的意识。其次，建立合理的管理制度。再次，提高参建人员的专业技术水平。最后，重视盾构施工过程中的风险监控，做到动态控制。

参考文献：

[1]竺维彬，张志良，刘靖，路水记.工程质量与安全管理[M].北京：中国劳动社会保障出版社.2012.

[2]竺维彬，鞠世健.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究[M].广州：暨南大学出版社.2012.

[3]谢欣荣.铁路建设项目安全风险分析及对策研究——以武康二线站前Ⅲ标为例[D].武汉：中国地质大学.

[4]黄龙湘.隧道施工引起临近建筑物损坏风险评估与控制[M].武汉：中南大学.

[5]杨勇.对风险管理若干原则的探讨[J].安全，2011（7）