地铁盾构区间施工安全风险防范

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【摘要】由于地铁隧道盾构法施工工程中勘察、设计、施工等方面存在大量的风险因素，其不确定性、复杂性都增加了风险分析的难度。本文结合笔者参与过某工程的盾构施工的特点，对安全管理与风险防范进行详细探讨。

【关键词】地铁 盾构 施工 安全风险

中图分类号： U231 文献标识码： A

前言

盾构法施工因可在较大范围的工程地质和水文地质条件下使用，机械化程度高、施工速度快、安全、无噪音，在我国城市地铁建设中得到了广泛应用，成为我国城市地铁建设中的主要施工方法，然而由于盾构法施工在我国应用时间不长，加上盾构技术复杂，施工工序多，使得盾构在施工中暴露出不少的问题。

一、盾构施工的风险源

要保证盾构施工过程的安全顺利进行，务必做好以下三个方面管理工作：地质、设备和人。这三方面是盾构施工的三大风险源，某一方面出现问题都极易引起事故的发生。地质是基础：在进行隧道施工时，对于地质情况的掌握与分析是确定施工方案、设备型号选取及施工技术人员配备是进行盾构施工、安全管理及风险评估、防范的基本出发点。设备是关键：通过对地质资料的分析与评估，选择合适的设备，与地质匹配的刀具等是降低事故发生率的首要条件，同时，在盾构施工过程中，技术员的操作不当、保养不当也是引发事故的重要原因。人是根本：通常情况下，地质情况和盾构设备的选择都不可能百分之百和自然环境相适应，此时人的作用就显得十分重要。同时，由于地质情况的分析、设备的选择等都是依赖人来完成。因此，人也是盾构施工过程中最根本的风险源。

二、盾构隧道施工风险研究的必要性

隧道与地下工程与其他工程项目相比, 由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点, 风险大, 无论是设计、施工、决策都会遇到很多困难和障碍。尤其是在城市繁华或周围环境复杂的地带, 隧道与地下工程的施工和运营要涉及到过多的拆迁、对周围环境及管线的影响, 如果决策考虑不周, 在其规划、设计施工和运营中均会对社会和国家造成不必要的重大的损失和不可估量的社会负面影响。

例如: 在上海地铁四号线2003年7月1日发生的重大工程事故已经给我们敲响了警钟。因此, 规避盾构施工风险已经成为亟待解决的核心问题。为解决这一问题, 就必然要借助风险评估和决策理论。风险评估可以对这些不确定因素进行系统全面地分析, 将不可预见的风险因素转化为定量的指标, 并通过计算风险效益来选择风险控制措施, 降低各种工程风险, 以达到安全、经济、高效的建设目标。风险评估研究的最终目的是为工程建设领导层的决策提供依据, 从领导层的角度来说, 其价值可以体现在领导层决策时信心的增强、对工程进展情况的掌控以及对资金流向的有效控制上。而工程风险研究的最高境界应该是实现“工程精算”, 即所有的风险子项均可由费用损失来表示。图1为盾构隧道工程风险发生机理分析图。

图1 盾构隧道工程风险发生机理分析图

三、盾构施工的风险产生的原因主要有以下几种情况

1、盾构掘进

土压平衡盾构正面阻力过大; 土压平衡盾构螺旋机出土不畅; 盾构掘进轴线偏差; 盾构过量自转;盾构后退; 盾尾密封装置泄漏; 盾构切口前方超量沉降或隆起; 盾构推进系统无法动作; 液压系统漏油;盾构刀盘轴承失效; 盾构推进压力低，这些都是盾构机施工中积极重要的环节，也是最容易产生风险的步骤。

2、管片拼装

运输过程中管片受损; 圆环管片环面不平整; 管片环片与隧道设计轴线不垂直; 纵缝质量不符合要求; 圆环整环旋转; 连接螺栓拧紧程度未达到标准要求; 管片拼装过程中碎裂; 管片环高差过大; 管片椭圆度过大; 管片压浆孔渗漏; 管片接缝渗漏。盾构管片预制质量的好坏，很大程度上决定了的外观质量。

3、穿越重要建筑

地面沉降量过大; 建筑基础下沉; 建筑倾斜量过大; 建筑结构裂缝过大; 建筑倒塌。

4、穿越重要管线

地下管线水平位移过大; 地下水管破损; 地下煤气管破裂; 地下通讯电缆被切断; 地下输变电管线沉降量过大。

5、联络通道

地面沉降量过大; 土体加固措施不恰当; 盲区地基加固处理欠妥; 大量涌水、冒砂、冒顶; 开挖过程中临时支护强度不够, 变形过大; 地面重要构筑物下沉、倾斜。

6、其它常见风险源

（1）始发方向失控、掌子面土体失控。

（2）盾尾卡死,衬砌质量下降。

（3）地表下沉或隆起, 造成建筑物损坏。

（4）刀具、刀盘损坏, 根据掘进地层的稳定区段情况, 有计划地对刀盘进行检查和刀具更换。

（5）机械系统故障和损坏, 需安排人员对盾构机施工状态过程检测。

四、盾构隧道施工常见事故的规避措施

1、盾构进出洞施工风险的规避措施

国内盾构施工经验表明，盾构进出洞过程中，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进出洞上。端头加固效果不好，会造成洞口面流水，甚至导致盾构出洞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) 认真研究盾构进出洞端头的地层条件，保证盾机进出洞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不是很好的地段，还要采取降水的措施进行加固。

（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，要注意防止盾构机叩头。

（4) 由于盾构与地层间无摩擦力，盾构易侧滚，因此始发掘进速度宜缓慢。

2、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，采集区间地层碴土进行改良实验，以取得第一手较为合理的参数，使开挖下来的渣土具有塑性流动性、止水性，并使渣土充满压力舱。

（2) 控制好土仓压力，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。

3、地表发生过大沉降风险的规避措施

地铁隧道施工不可避免地对土体产生扰动，引起隧道周围地表发生位移和变形，如果发生过大的沉降，就会危及周围地面建筑设施、道路和地下管线的安全，因此盾构施工过程中要加强地表的监测，并制定相应的措施防止进一步的沉降。

（1) 在盾构掘进过程中，应加强对周围道路、管线和临近建( 构) 筑物的监测，并对监测数据及时分析处理并反馈，不断调整和优化盾构推进参数，做到信息化施工。

（2) 在盾构掘进过程中，若发生沉降或沉陷，应派专人巡视，严密观察周围建筑物的沉降变化。

（3) 通过同步注浆以及二次注浆及时充填盾尾建筑空隙和因原有浆液固结收缩所产生的空隙，注浆时应严格控制注浆量和注浆压力，减少施工过程土体变形。

（4) 如果沉降过大，可在沉陷区域内用钻机进行地表注浆加固来增加地基的强度，防止沉降扩大化。

4、洞内塌方事故风险的规避措施

掘进过程中如果发生塌方事故，应该立刻分析事故原因，果断采取应对措施，防止地表沉降扩大化造成更加严重的后果，确保盾构机安全通过沉陷区域。

（1) 事故发生后应尽快拦截塌陷四周的地表水，防止地下水渗入坍塌范围内，并对塌孔进行回填压实，使填土形成一个相对的隔水层。

（2) 加大注浆量，控制好注浆压力及注浆的质量，防止地面沉降范围进一步地扩大。

（3) 控制好盾构的掘进速度和出土速度，控制好土压，保证土压平衡，减少地表沉降量。

（4) 工程技术人员应注意地质水文条件的变化，及时调整优化掘进参数。

结论

盾构施工的安全风险技术管理应该贯穿工程建设土建实施阶段的全过程，其安全管理和风险防范的基本思路和框架具有普遍性，也可供采用泥水平衡盾构和敞开式盾构等开挖的区间隧道安全风险评估参考。盾构法隧道施工，掘进速度快、质量优、对周围环境影响小、施工安全性相对较高，但盾构施工技术有着自身的特点，安全管理和风险防范工作只有适应盾构施工的特点，才能利用盾构的优势、克服传统隧道施工的劣势，真正做好轨道交通的安全工作。辅之以信息化监控技术和第三方监测制度能极大地发挥风险防范的重要作用，确保轨道交通建设又好又快地推进。以上风险的控制，在上海、天津、苏州、成都的盾构施工中，得到了良好的应用，成功的规避了风险。文中不足之处，恳请给予指正为盼。

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