盾構施工過程風險分析與控制

曹 越 楊紅軍

盾構施工過程風險分析與控制

曹 越 楊紅軍

通過對盾構隧道施工的概述,就地鐵盾構隧道施工過程中每個環節存在的風險進行了分析,并提出相應的風險控制措施,從而將盾構施工過程中風險降到最低。

盾構施工,風險,控制

1 概述

在現代城市建設中,地下空間的開發利用已成為一個重要的組成部分,而盾構法隧道,由于其先進的施工工藝和不斷完善的施工技術,被越來越多地應用于城市地鐵、上下水道以及地下共同溝等隧道工程建設中。盾構法隧道施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法,利用盾構作為開挖地下土體及支護土體和拼裝隧道襯砌的機具,掘進1環,拼裝1環,循環工作,直至完成整條隧道。然而在盾構施工過程中,由于盾構施工的特點決定了盾構施工在不同的地方有不同的特點;同時由于盾構施工對技術管理等方面的要求比較高,而各個施工單位施工量大,造成技術力量薄弱、管理出現漏洞;還有部分城市是首次采用盾構施工,對該處地層、盾構的適用性還在探索階段等原因,造成盾構施工出現了越來越多的事故。因此,本文從盾構施工的每個環節對盾構施工過程中存在的風險進行再次分析,并提出部分控制措施。

2 盾構施工風險分析及控制

2.1 盾構運輸、吊裝

1)盾構機運輸。由于一般用于地鐵施工的盾構機的直徑在6m左右,部分生產廠家生產的盾構機為了減少盾構運輸到施工場地后組裝工作量,盾構機的刀盤(羅瓦特盾構機刀盤需要到工地分塊組裝)、中前體、盾尾(小松盾構需要到工地二次組裝)等都沒有進行二次分割,盾構運輸過程中,公路運輸超寬,而地鐵施工一般都在城市的繁華地段,運輸過程中的風險比較大,一般都需要與當地非常專業運輸公司合作完成。

2)盾構機吊裝。盾構機一般的部件相對較重,部分盾構機的最重部件在 60 t左右,且為圓形結構,吊裝下井后還需要螺栓孔對位,對吊耳的焊接對位等要求非常高;一般吊裝的盾構機采用250 t履帶吊,其自重在 200 t左右,對地面承載能力要求也比較高,因此需要有資質的專業吊裝公司吊裝,專業技術人員焊接吊耳,專業人員對吊裝區域的地基承載力進行計算復核。

2.2 盾構始發

1)始發臺定位。盾構機施工是在一個三維空間內完成;盾構機在離開始發臺之前不能調向;同時車站預埋的鋼環位置一般情況都有所偏差;一般盾構機都為錐形(為了便于盾構掘進),前后直徑相差約 50mm,這些因素在盾構始發臺定位時均需要綜合考慮,如果有一點考慮不充分,就可能導致盾構機始發后出現偏差和進洞后無法調向導致超限等。2)反力架加固。由于盾構始發時需要借助反力架提供的支撐力向前掘進,一般這個力到達 800 t以上,而一般情況反力架一半支撐在施工完成的車站內,一半要用斜撐通過底板上的預埋鋼板來提供反力,很多時候由于車站施工和盾構區間施工的不是同一個單位,或者由于預埋件的位置不準確以及支撐不牢固,導致反力架局部受力,反力架被擠壓變形,影響盾構施工。3)洞門破除。洞門破除的過程中,常常會由于加固體的均一性、強度不好,出現突泥涌水等問題,影響盾構施工的安全,甚至于出現施工人員人身安全事故。因此需要在洞門破除前對加固效果進行嚴格的檢查(取芯、水平探孔),并且做好充足的預案,確保洞門破除過程中的安全。4)始發推進。在盾構始發推進過程中,經常會出現始發臺定位不準偏離軸線,折葉板翻轉,簾布橡膠板破損,推力過大反力架變形,推力小負環管片掉落,反力架加固不牢固,盾構機刀盤離開始發臺后叩頭,刀具貫入度過大刀具損傷、卡刀盤,盾尾離開簾布橡膠板后因密封問題導致突泥、涌水,加固土體強度過大掘進困難等問題;以上的種種問題都需要在盾構始發推進前就要充分的考慮(地層不同,盾構機的類型等不同,遇到的問題就不同),嚴格按照程序進行始發前的驗收工作,逐條確認,并做好預案,確保始發推進。

2.3 盾構掘進

1)不明障礙物。由于地鐵施工地段大多都位于城市繁華地段,城市在新舊交替改造的過程中,很容易出現一些不明障礙物,影響盾構施工,甚至給盾構施工造成巨大損失,如老樓的樁基、地質勘查時不小心掉下的鉆桿、條石、原來格構柱等等。施工前需要對盾構通過區域進行詳細的、地毯式的普查(詳細走訪調查和輔助設備檢查),檢查出的提前處理,沒有檢查出來也要做好相應的預案。2)地層沉降超限。在盾構掘進過程中,由于地層的不確定性,常常會出現如下特殊情況：上軟下硬地層,孤石,厚砂層,塑性粘土,溶、土洞,地面特殊狀況(地面上有建(構)筑物或對沉降要求嚴格的地段);在這些地層中掘進常常會因為掘進控制難而造成地面沉降超限,給人和社會等造成很大的影響。因此在施工前,首先要根據盾構區間進行詳細的地質勘查,一般區間的詳勘間距在 50m左右,補勘的間距根據地層不同,一般在 20m左右,特殊地段甚至可以加密到 5m;同時有條件的地段根據地質情況采用物探的方法再次普查,對特殊地段的地層進行盡可能詳細的了解,將施工風險降到最低,同時針對各種特殊地層做好應急預案,以備不時之需。3)垂直、水平運輸。盾構施工一般是從豎井中開始,所有的材料、碴土等需要通過門吊系統進行垂直運輸,在垂直運輸的過程中常會有很多風險;盾構施工的水平運輸一般采用有軌的電瓶編組列車,會出現溜車等風險;這些風向造成的損失非常的大。因此運輸(垂直、水平)過程中,嚴格按照相關的規章制度操作、保養、檢查、維修運輸設備,確保施工安全。4)管片安裝。管片安裝過程中由于單塊管片重量大,機械手安裝,很容易造成機械傷害、管片擠傷、砸傷;管片內弧面光滑,施工時有水、泥等,濕滑,容易造成現場施工人員滑倒、摔傷;在安裝管片螺栓時風動扳手同樣容易造成機械傷害。因此在管片安裝過程中要嚴格,要正確的使用勞保用品,嚴格按照規范操作管片安裝機,在管片安裝過程中禁止不相關人員進入安裝區域。5)開倉。盾構機在施工過程中,為了檢查、更換刀具,需要進行開倉,一般開倉分兩種情況：一種是掌子面穩定,常壓開倉;另一種是掌子面不穩定時的帶壓進倉。常壓開倉首先是要對倉內進行通風降溫和置換新鮮空氣,同時檢查掌子面的穩定,在確保倉內氣體對人體無害和掌子面穩定的前提下進行;帶壓進倉要嚴格按照程序執行：對進倉人員提前體檢和培訓,嚴格按照帶壓進倉程序升、降壓,并做好應急預案,防止壓力突變。6)特殊氣體。由于盾構施工過程,地層中可能出現不明氣體(甲烷等)、煤層瓦斯等,或者由于隧道內通風不好、溫度上升,導致隧道內空氣污濁、人員缺氧等,一般要在盾構機上安裝特殊的氣體檢測儀器定期檢測,嚴格控制隧道內的空氣質量。7)電。盾構施工采用 10 kV高壓電,在盾構機上經過變壓器后變成需要的各種電壓：36 V,280 V,360 V等;隧道內照明用 380V;無論高壓、低壓電,用電都要嚴格按照用電規程,執行三相五線制、“一機、一箱、一閘、一漏?！?確保用電安全。8)高壓液體。部分盾構是采用液壓馬達驅動;同時盾構機的推進機構采用的液壓,有高壓到數十兆帕的高壓油;高壓水、高壓泡沫劑,同步注漿的砂漿等,均有可能造成高壓液體傷人;需要嚴格執行相關的規章制度和操作規程。9)機械運轉機構。盾構施工的過程中,管片安裝機、皮帶運輸機、管片運輸小車、砂漿車、螺旋輸送機艙門等轉動機構,均需要嚴格按照相關的操作規范執行,避免機械傷害。10)其他。在施工的過程中還存在一定電焊、氧割、切割、打磨、注雙液漿等施工,需要按照相關的操作規范進行以預防施工風險。

2.4 盾構到達

1)方向偏差。盾構到達端時由于區間施工完成,對隧道的測量要求比較高,需要從洞內、外分別獨立測量,并聯測,必要的時候采用陀螺儀,甚至區間長時采用隧道內打孔吊鋼絲的形式,確保盾構機能夠在三維的空間中準確出洞。2)到達端推進。盾構到達時,為了確保洞門盡量晚破壞,盡量的多出土,確保盾構掘進的方向,一般都減小推力、減慢推進速度,這些有可能導致最后幾環管片由于推力不足對止水條擠壓不足產生漏水、隧道失圓、盾構方向不好控制等問題;同時盾構推出洞后簾布橡膠板和盾構機、管片之間漏水、漏漿等;或端頭加固不好,導致洞門破除的瞬間出現突泥涌水。在盾構到達段推進的過程中,與盾構始發要求相同的進行加固地層的垂直取芯、水平探孔檢查,并對最后 15環左右的管片用 18號“C”型鋼連接,對管片螺栓進行二次、三次復緊;在到達端10環左右向管片壁后注雙液漿,將隧道后部的水封堵等方式將盾構到達時的施工風險控制在一定范圍內。

3 綜述

盾構施工過程是一個標準化、工廠化、反復循環的施工過程,前期的施工規劃、籌備至關重要,直接決定著項目的成敗;同時由于地下工程的特殊性,項目的唯一性、不可復制性,加上人認知的局限性、責任性、方案和措施的不合理性以及現場管理的缺失,對盾構施工過程中存在的風險認識深度、寬度不夠,而盾構施工過程中涉及的安全風險點多、面廣、跨度大,有時候由于部分小的風險的疊加,可能會給項目造成很大的損失,因此需要對盾構施工過程中的每個施工工序中存在的風險有個全面、清晰的了解,才能夠做到有的放矢,制定嚴格制度、詳實的操作規程,做好現場落實、控制工作,并總結歸納經驗、教訓,將盾構施工過程的風險控制在一定范圍內。

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[5] 項兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構技術[Z].上海：上海隧道股份施工技術研究所科技情報室,2009.

On risk analysis in shielding construction and its control

CAO Yue YANG Hong-jun

According to the survey of the shielding tunnel construction,the paper analyzes the risks in every step in the construction process of the subway shielding tunnel,and points out respective controlmeasures,so as to reduce the risks to them inimum in the shielding construction process.

shielding construction,risks,control

U 445.4

A

1009-6825(2011)09-0185-02

2010-12-06

曹 越(1968-),男,工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450000

楊紅軍(1979-),男,工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450000