隧道盾构进出洞施工风险分析

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摘要：盾构进出洞施工过程是盾构法隧道施工的事故多发环节。本文结合软土地区盾构进出洞工程经验，对隧道盾构进出洞施工进行了风险分析，提出了相应防范措施，为隧道盾构进出洞阶段的施工风险控制提供了依据。尽量将盾构进出洞风险在最低程度，可以为地铁隧道工程建设管理、设计及施工单位提供一定的借鉴作用。

关键词：盾构进出洞；土体加固；风险控制

1.前言

隧道施工风险分析基于风险管理理论进行施工风险因素的分析及应对，引起了众多研究者关注，取得了丰硕的研究成果。但是具体到事故多发的隧道盾构进出洞施工过程，虽有相关研究者进行研究，但风险分析理论还不完善，新的风险分析技术的应用研究仍有充分的理论意义和实践价值。

随着城市人口日益增加，城市建设不断发展，使得城市市区可供利用的地面面积越来越少，城市交通压力急剧增加，修建城市地下铁路、地下车行隧道等地下市政工程日益受到重视。盾构进出洞时的风险控制一直是地铁工程中的重点难点，盾构进出洞往往会对周边环境产生比较大的影响，严重时易演变成重大工程事故，盾构进出洞施工已成为地铁工程的一项重大危险源。

盾构进出洞风险控制主要包括进出洞作业自身安全风险控制及对周边环境影响风险控制两方面。前者主要是确保盾构进出洞时洞门自身稳定、渗流稳定等方面安全稳定，确保盾构进出洞时洞门不发生坍塌、流土等事故；后者对盾构进出洞时对周边环境产生的影响提出了更高的要求，确保进出洞时施工影响范围内重要建构筑物及设施的安全。由于城市地铁工程很多都是在城市重要干线和敏感地段（包括施工影响范围内有重要建（构）筑物、重要管线或管道和密集住宅小区等），盾构进出洞作业一旦影响到周边设施的安全，重要设施（如大型雨污水管）的损坏反过来也会危机工程本身安全，可能会引起重大事故发生，盾构进出洞对周边环境影响所形成的风险已经成为盾构进出洞主要风险。

2.主要洞门土体加固技术

盾构进出洞时必须采取合理的土体稳定措施，使洞门外土体能稳定自立，为盾构进出洞提供条件。当前常用的土体稳定技术有SMW工法、高 压 旋喷 桩 、深层搅拌桩、降水法、分层注浆法、冻结法等。主要采取深层搅拌桩法洞门加固技术。洞门加固技术主要对洞门外一定范围内的土体采用深层搅拌桩进行土体加固，工作井边缘与搅拌桩之间的间隙采用高压旋喷桩进行封闭。土体加固范围向四周一般不小于一倍盾构半径，向前加固范围一般不小于盾构自身长度。为使土体密实，防止渗水，被加固加固需有一定的强度，但为方便盾构进出洞作业，其强度又不宜过高，一般加固土体的强度达到0.8Mpa比较合适。

3.影响盾构进出洞安全的主要因素

影响盾构进出洞安全的因素是多方面的，从洞门土体加固方案，到加固方案施工，再到盾构进出洞施工，其中任何一个环节出现问题，都将可能造成盾构进出洞时出现安全事故，影响盾构进出洞安全的因素主要有以下几方面：

（1）洞门土体加固方案的合理性

洞门前土体加固区域是连接车站工程和区间工程的过度区域，其加固方案的合理性是决定盾构进出洞安全的前提。洞门土体加固方案需统筹考虑洞门埋置深度、水文地质条件、周边环境情况等，明确加固方案的目标和目的，进行合理的方案设计。对于复杂水文地质和工况条件下进出洞作业，在满足洞门土体自立稳定的同时，还应考虑到渗透稳定性及其他一些不利的影响因素。对于工程周边有重要建构筑物需要保护时，需明确环境保护等级，制定明确的变形控制要求和目标，按相关控制要求制定合理的土体加固方案。

（2）洞门土体加固施工质量控制

制定合理的洞门土体加固方案后，如何按设计要求做好洞门土体加固十分重要，如果洞门加固处理不到位，可能会造成洞门土体失稳、渗透破坏等重大事故。洞门土体加固在满足设计要求范围及强度的同时，土体加固的均匀性十分重要，土体加固不均匀，硬度过大的加固体将成为进出洞时的掘进障碍物，会造成盾构进出洞时姿态发生偏移，使土体扰动过大，对周边环境产生十分不利影响。

（3）进出洞时盾构掘进参数控制

洞门土体加固区是车站与区间的过渡区域，土体加固区与天然土区域的地质条件相差很大。为确保盾构顺利进出洞，并且保证进出洞时对周边环境控制在可承受范围内，在盾构进出洞前必须请检测单位对加固土体的强度和均匀性进行检测，为盾构进出洞门加固土体区域时设定合理的掘进参数提供依据。在盾构掘进过程也必须清楚自身所处位置，经过不同地质区域时应及时调整掘进参数，防止盾构进出现严重超挖欠挖、轴线偏移、姿态突变等情况，对自身安全及周边环境造成不利影响。

（4）进出洞时洞门防水装置的安装、洞门外部注浆孔的布设洞门防水装置的按装在进出洞过程中也起到重要的作用，在加固施工过程中不可能做到完美，因此进出洞过程中的防水装置及洞门外部的注浆孔起到了重要的作用。

4.盾构进出洞风险控制对策与措施

盾构进出洞风险控制是一项系统的工程，应该从前期周边环境排摸、方案制定，到后期监测、检测、施工阶段都做好充分的准备工作。

（1）盾构进出洞作业前的周边环境排摸

盾构进出洞作业前，施工单位应委托专业单位对施工影响范围内的雨污水管进行探测。管径在 1.2m及以上的雨污水管必须采取潜水员进入雨污水管内直接探测的方法；管径在 0.45m～1.2m 的雨污水管应采取 CCTV等探测方法，根据探测情况形成书面报告，书面报告应包括平面关系图、纵断面关系图、雨污水管病害探测情况（渗水、漏水、裂缝、错位等）、修理建议等。根据探测情况报告，并结合工程所处的水文地质及周边工况等条件，编制合理的盾构进出洞专项方案，提出进出洞对周边环境保护指标参数。

（2）盾构进出洞施工作业中的监测和检测

盾构进出洞作业前，检测单位在对加固土体进行强度检测的同时，应采取垂直和倾斜取芯的检验方法（其中斜孔不少于 2孔）对加固土体的均匀性进行检测，并出具检测报告。在城市重要干线和敏地段（包括施工影响范围内有重要建（构）筑物、重要管线或管道和密集住宅小区等）盾构进出洞作业，必须设置深层监测点，加强对路面沉降的监测；在施工影响范围内有大口径管线的，应对管线布设直接监测点。在洞门破除过程前，至少需打 6个水平探孔对加固效果进行复核，必要时在预埋的外部注浆孔注射双叶浆对土体加固的缺陷进行弥补。

（3）盾构进出洞作业的应急预案制度

盾构进出洞专项方案应包括应急预案，应急预案应明确工程一旦出险后的施救技术路线，确保相关抢险设备和专业抢险队伍能及时赶到现场救援。盾构进出洞作业前，应由建设单位组织召开进出洞作业涉及的各类地下管线单位会议，工程参建单位参加，确定工程出险后地下管线单位的抢险配合工作。

（4）盾构进出洞施工的降低施工风险技术措施：

1）进出洞区 域加固应根据所处的水文地质条件，选择可靠的加固方法，其中对在砂性土层中进出洞，土体加固（非冰冻法）长度应不小于盾构机长度，如果条件不能满足，应采取相应措施。

2）盾构在复杂水文地质条件下进出洞作业时，应事先在加固土体外侧打设降水井、在洞门周边结构上预埋至少 8个注浆孔，上下4个作为备用应急措施，但在降水过程中应注意环境保护，注浆孔注意堵塞。

3）盾构在复杂水文地质条件下进出洞作业时，洞圈宜采用箱体密封装置。

4）在规划设计阶段和管线搬迁规划时，重要的管线距洞口水平距离不应少于 10米，如不满足要求，应采取相应的技术措施。

5.结束语

近年来，中国地铁事业迎来了一轮新的建设高潮，一批新的城市开启了地铁工程，这些新兴地铁城市在工程设计经验，建设管理经验，施工经验，地质特性熟悉程度等方面都相对有所欠缺，地铁隧道工程建设潜在安全风险比较高。虽然盾构进出洞工程只占整个地铁隧道工程工程投资很小的一部分，但盾构进出洞作业作为地铁工程中的重大危险源，是地铁建设过程中的重要节点，需加强重视。本文通过对进出洞主要土体加固方案及加固目的分析、影响盾构进出洞安全主要风险因素分析并提出相关减轻和降低进出洞风险的对策和措施，可以为地铁隧道工程建设、设计及施工单位提供一定的借鉴作用。