浅谈盾构隧道施工风险与规避对策
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摘要：我国隧道工程建设在近几年来取得了巨大成就，但是，由于隧道在施工建设过程中存在诸多不确定性风险因素，加上我国隧道工程项目施工过程中风险管理研究尚不成熟，造成近年来隧道施工过程中安全事故频繁发生。因此，研究隧道工程项目施工过程中的安全风险问题，使人们充分认识隧道施工中的风险问题，具有理论意义和工程实际价值。本文的主要目的是针对隧道工程项目施工过程中的安全问题，探讨和建立合理有效的风险管理方法。
中图分类号：U45文献标识码： A
引言
随着国民经济的飞速发展，城镇化趋势不断加剧，交通拥堵情况日益严重，而原有城市道路面积和城市面积的比例是受城市发展历史制约的，所以通过城市改造来改变交通情况的办法是不可取的。根据国内外经验，隧道建设可以有效的缓解交通压力，其运输量大、安全舒适、效率较高，而且新兴技术及材料的使用，也让我们在地下工程的建设中取得了很大的进步。但是伴随着大量工程的修建，很多问题也随之暴露。隧道工程隐蔽性较强、施工难度大、投资多、环境多变，面临着多方面的风险，给人们的财产及安全带来威胁。近年来，国内地铁项目以及交通隧道建设方面接连发生了多起诸如地面塌陷、火灾、涌砂、爆炸等特大安全事故。
一、地铁盾构施工过程中的常见风险
（一）难以预测的不良地质及障碍物风险
由于地质勘探的局限性，要全面了解盾构穿越地层的地质情况及是否存在障碍物比较困难，给地铁盾构法隧道施工埋下了极大的风险隐患，无法保证施工的安全性和可靠性，一旦无法保障预测结果的真实性和可靠性，不仅增加施工及掘进的难度，还极有可能引发施工安全事故，产生灾难性的后果。
（二）盾构始发与到达竖井施工风险
盾构机的始发，系指在始发井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使台架上的盾构机推进，从井壁上的预留口处始入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。盾构机到达，系指盾构机推进到达竖井的井壁处，从井内侧把井壁上挡土墙拆除，随后盾构机推进进入井内台架上的一系列作业。
盾构始发和到达作业是盾构机掘进施工中最容易产生事故的两道工序，事故发生率很高，且事故规模较大，轻则洞口涌土、涌水造成地面沉降，重则造成基坑坍塌，其原因多半是土层不稳定。这是因为在进行始发和到达竖井施工时，加固和掘进使周围土体产生扰动，造成断面应力释放，即断面土体不稳定。
（三）地表、建筑物、既有线路及重要管线的沉降风险
盾构法施工会引起隧道周围土体松动和沉陷，它直观表现为地表沉降。受其影响的隧道附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位，在不同程度上影响隧道沿线地面建筑物和地下管线的安全，情况严重的会出现地面建筑裂缝、倾斜、地下管线开裂，甚至坍塌。在对盾构进行掘进时通常会导致地层损失，与此同时也会给隧道周围的地层带来扰动或者剪切破坏，以上两方面是促使地面出现沉降现象的基础原因。由于地层损失而产生的地面沉降，绝大部分都会在施工建设期间表现出来。通过剪切破坏的再固结而产生的地面沉降情况，一般而言在砂性土中表现得比较快，而在粘性土中则需要延续比较长的时间。
二、盾构隧道施工常见事故的规避措施
（一）盾构始发、到达施工风险的规避措施
国内盾构施工经验表明，盾构始发、到达过程中，最大的风险为洞口土体的稳定，目前国内多起盾构法隧道施工事故均发生在盾构始发、到达上。端头加固效果不好，会造成洞口面流水、流沙，甚至导致盾构始发时工作面出现大面积塌方，更严重可能引起地面沉降，危及周边建筑物的安全。为此，应制定有效措施，保证盾构顺利地通过进出口地段。
（1）认真研究盾构始发、到达端头的地层条件，保证盾机始发、到达端头地层加固长度不小于盾构机的长度，对土体开挖面稳定性还要采取降水的措施。
（2）洞口打开前，必须对地层的加固效果进行检验，保证符合规定后方可打开。
（3）在始发阶段，由于盾构机推力较小、地层较软，要注意防止盾构机嗑头。
（二）开挖面失稳风险的规避措施
在有微承压水的地段，一旦土压力设置不合理，容易引起开挖面失稳、流砂现象，更严重会直接危害到地面安全，为此应采取有效措施，防止开挖面失稳。
（1）可在正式掘进之前，采集区间地层渣土进行改良实验较为合理的参数，使开挖下来的渣土具有塑性流动、止水性，并使渣土充满土舱。
（2）控制好土舱压力，防止开挖面失稳。
（3）控制推进速度和渣土排土量，维持排土量和开挖量的平衡。
（三）控制盾构自身掘进参数
对于自身参数的控制采取如下，为减少对地层的影响，改善渣仓土体流动性，掘进过程中对掌子面土体进行渣良。渣良选取信誉良好、优质的泡沫剂和膨润土材料，并通过先期试验段验证效果进行调整，优化，充分利用试验段，根据施工引起的地表沉降指标优化各项掘进参数，通过前，检修好盾构各零件，确保性能完好，防止停机，根据现场情况适当增加螺旋输送机的压力，防止螺旋机处发生喷涌，盾构施土时一采用中低速均衡匀速连续推进方式进行施土，施工时-应根据地形及地质条件及时一调整盾构施土参数，加强盾构施工参数的监测，及时反馈信息，做好信息化施土。
三、例如某城市的地铁盾构隧道施工风险与规避对策
（一）某城市地铁概况
某城市地铁1号线一期工程于2007年3月28日正式开工建设，2012年11月24日正式开通运营，历时5年8个月，成功建成并运营地铁线48km其中区间盾构隧道长约42km占线路总长的87.2%目前，地铁1号线已顺利运营近1年，月平均客运量达576万人次，并呈现逐月递增的趋势。该地铁工程环境极为复杂，尤其在江河湖周边，地层多为流动性大的砂土层，盾构掘进施工和建筑物保护安全风险大。
（二）规避措施
施工中为保证盾构机掘进不出现现场无法维修更换的机械故障，避免工程事故发生，从盾构配置、结构设计和施工控制三方面入手，采用如下措施。
（1）盾构机配置
特制了由6个辐条和6块钢板构成的开口率为40%的刀盘，同时配备直径达800mm大直径轴式螺旋输送机，可满足较大粒径的卵石进入土仓经由螺旋输送机排出，同时也提高了螺旋输送机的防喷涌能力。刀盘配有标准刮刀、先行撕裂刀、贝壳刀，并针对砂卵石地层，配置钨合金的盘刀和滚刀，提高了盾构对地层的适应性，此外还备有仿形刀，以适应土层曲线段或轴线纠偏时超挖。
（2）耐磨设计
对刀盘中心、进渣口周圈和外缘进行硬化处理并堆焊耐磨材料，设计不同种类和不同布置方式的刀具配置方案适应多变地层，并通过渣良减少刀具磨损。
（3）防水设计
采用800mm大直径轴式螺旋输送机，提高防喷涌能力，盾尾设有2道钢丝刷加1道钢板刷，刷子间空隙采用多点压注的油脂填满，从材质、硬度和断面形式三方面着手设计密封垫，使设防压力达到0.9mpa，以确保管片接缝防水性能的有效性和耐久性。
（4）掘进参数控制
盾构施工过程是一个复杂的系统工程，为保证系统的稳定性和提高机器掘进效率，掘进参数之间需满足一定匹配性，故应在详细地质勘查的基础上，坚持实时监测，交互反馈，动态调整的指导思想。值得一提的是，盾构施工参数优化能一定程度上减小刀具磨损。
结束语
我国的地铁与地下工程开发建设还只是刚刚起步，任重而道远，加强地铁盾构施工风险管理，是防范地铁工程建设风险的关键，是合理开发利用地下空间，使地铁工程符合全面#协调#可持续的科学发展观的要求。
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