南寧地鐵盾構施工風險管理研究

摘要：南寧地鐵盾構區間隧道主要經過富水的砂卵石地層，呈現出地下水位高、地層強度高、卵石含量高的工程和水文地質特點。文章針對南寧特殊工程和水文地質特點，從機械、施工操作、對周邊環境影響三方面分析了地鐵盾構施工存在的風險，提出了盾構施工風險防范的具體措施。

關鍵詞：南寧地鐵；盾構施工；風險管理；風險防范措施；地鐵工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）21-0187-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.091

1 概述

2011年12月29號，隨著南寧地鐵1號線的全線開工建設，南寧地鐵開工建設的序幕正式拉開，此后2號線、3號線陸續開工，南寧市軌道交通快速發展。南寧地鐵盾構區間隧道主要經過富水的砂卵石地層，呈現出地下水位高、地層強度高、卵石含量高的工程和水文地質特點。由于特殊的地質條件和周邊環境，南寧地鐵采用盾構法施工的區間隧道面臨眾多技術難題。本文根據南寧地鐵盾構隧道施工的實踐經驗，從機械、施工操作、周邊環境影響三方面分析盾構施工風險，并提出相應對策，為今后地鐵盾構隧道施工的安全進行提供參考。

2 南寧地鐵工程和水文地質條件

南寧地鐵盾構隧道區間通過的主要地層為卵石土，呈現出如下特征：第一，卵石土地層中含有45%以上卵石，卵石含量較高，構成該地層的主要部分；第二，顆粒間膠結物廣泛分布在砂卵石中；第三，砂含量約為9%～25%，含量較高；第四，卵石土地層透水性極強，滲透系數達15.8～50.8m/d；與此同時，地下水位高，豐水期水位埋深約2.4～4.2m，枯水期水位埋深約3.1～5.1m，受沿線車站等基坑降水影響，區間內地下水位埋深約5～12m，年變幅約1～2m。

3 南寧地鐵盾構施工的風險分類

3.1 盾構施工機械風險

盾構機械的使用性能關乎施工效率和工程成本，是保證盾構施工順利進行的基本前提。機械風險主要包括：

3.1.1 機械磨損。長距離施工推進過程中，主軸承大刀盤、刀頭會發生較大磨損，從而推進無法正常進行。

3.1.2 排出泥漿中的砂石成分會造成泥漿泵和排送管路的磨損和堵塞，導致刀盤切削的土體排出受阻。

3.1.3 密封件防水失效。長距離推進導致密封件防水失效，密封倉內泥漿滲漏到盾構機內，工作面土壓力得不到保證。

3.1.4 液壓推進系統漏油，不能提供正常的推力，甚至導致盾構后退。

3.1.5 盾尾密封失效。盾尾密封不合格或出現較大磨損，容易造成周圍水土大量流失，盾構機內涌水或沉陷。

3.1.6 注漿管路堵塞。由于漿液硬化等原因，注漿管路會發生堵塞，導致注漿無法正常進行。

3.2 盾構施工操作風險

在盾構施工過程中，往往因操作不當，造成重大風險事故。盾構施工操作常見風險有如下四種：

3.2.1 由于工作井的結構不合理或支護不當，造成變形嚴重，導致基坑失穩，土體發生坍塌，造成盾構機被埋沒。

3.2.2 錯誤地選擇土倉壓力，造成前方地表發生較大的沉陷或隆起。

3.2.3 水壓較高的情況下，長距離施工、換刀和開倉，掘進過程中，將加劇檢修設備和刀具更換的風險。若隧道較長，在施工過程中控制不好軸線，不具有足夠大的糾偏距離，很可能在進洞時偏離目標井或錯位對接。

3.2.4 盾尾密封裝置進行更換時，一旦預防涌水措施做不到位，盾構區間內會被水淹或發生沉陷。

3.3 盾構施工周邊環境風險

盾構施工會造成一些地方變形，地基土地的變形會給建筑物受到影響，其外力條件和支撐情況會發生改變。出現傾斜、沉降、斷面變形等現象。主要包括：

3.3.1 由開挖面坍塌、超挖與盾構蛇行、襯砌變形、盾尾間隙的產生等原因，導致建筑物地基反力的分布和大小發生變化。

3.3.2 盾構過程中推力過大，壁后注漿壓力或與周圍土體發生摩擦，造成土體負載，使建筑物地基的土體壓力增大。

3.3.3 由于水位下降導致有效覆土壓力增大，土體壓密沉降，造成地基垂直土壓力增大。

3.3.4 受盾構施工的擾動，建筑物周圍土性發生變化，造成蠕變沉降和彈塑性沉降，改變地基的反力分布。

4 盾構施工風險防范措施

在對工程項目進行風險識別、風險評價之后，風險管理者應對工程項目存在的各類風險和潛在損失編制切實可行的風險應對計劃，確定既符合實際，又有相應效果的具體應對措施。盡量規避風險、轉移風險，使風險損失降低到可接受的范圍內。

4.1 盾構機械風險防范

機械風險多與不規范、不正確的違章操作有直接關系，所以嚴格操作規范，是避免事故的重要前提。

4.1.1 盾構機刀盤刀具選型風險的控制措施。

第一，合理選擇刀盤開口尺寸及開口率。對于可以排出的小粒徑卵礫石，盾構螺旋輸送機盡量采用自然排出法，無法通過的大粒徑卵礫石經破碎后排出，從而降低盾構機刀盤刀具的磨耗和更換頻率，提高掘進效率。刀盤開口尺寸的選擇要參考可通過螺旋輸送機的最大卵礫石粒徑。減小刀盤周邊開口率及開口尺寸，增大中心位置的開口率，確保前方土體能順利進入土倉，防止隧道拱頂部位的碴土塌落不到土倉中。

第二，增加螺旋輸送機的直徑。若增加盾構機刀盤開口尺寸，一些砂卵石不被破碎直接進入盾構機，可能會造成堵塞。增加螺旋輸送機的直徑，確保砂卵石正常排出。

第三，提高機械設備的耐磨性。通過刀盤面板的焊耐磨條和耐磨塊可以提高耐磨性。提高刀具的耐磨性可選用嵌有耐磨合金塊的軟土刀具和硬度較高的滾刀；提高螺旋機的耐磨性可在進料口處鑲嵌耐磨合金塊或焊耐磨網格。

4.1.2 對盾構機設備故障風險的控制措施。為控制盾構機設備故障風險，需改進盾構設計，優化盾構設備使用性能，達到在富水砂卵石地層條件下盾構施工

要求。

第一，開挖機械故障風險控制措施。合理選擇道具組合，優化刀具的結構，提高盾構的挖掘性。注意定期檢查刀具、主軸承、密封件磨損情況，分析磨損成因，及時維護保養；設定合理的盾構掘進參數，加大主軸承直徑，防止盾構刀盤扭曲變形。

第二，注漿系統故障風險控制措施。加強注漿系統設備的保養和維護。為預防注漿管道發生堵塞，在注漿完成后，需及時清洗注漿管道，選用質量合格的注漿材料，漿液進行適當配比。

第三，出碴系統故障風險控制措施。為降低螺旋輸送機和輸送皮帶的磨損，可通過向土倉、螺旋輸送機內加入改良劑改良渣土實現，在優化設計的基礎上，對螺旋輸送機加焊耐磨層，以增強輸送機的抗耐磨性能。通過小半徑曲線時，降低皮帶傳速，防止皮帶發生偏移。

4.2 盾構施工操作失誤風險防范

4.2.1 開挖和頂進控制失誤風險防范。通過補充地質勘察摸清隧道線路沿線工程地質情況，設置合理的盾構掘進參數。正確計算平衡土壓，保證開挖面的穩定性。合理的開動分組千斤頂的工作狀態。

4.2.2 軸線控制不當風險防范。加強施工測量，每50m設吊架（欄）對軸線跟進測量，通過激光導向、地面三角網、井下引進導線系統等對盾構機進行準確的軸線定位；使用精度較高的全站儀和水準儀，并定時加以校驗。

4.2.3 注漿控制不當風險防范。漿液配比要適當，嚴格控制注漿壓力與注漿量，保證及時注漿，防止注漿管路堵塞失效。注漿完成后，及時清洗漿液罐和注漿管路，定時檢修維護注漿管路。

4.2.4 密封防水失誤風險防范。盾尾處設置三排密封刷，在剛彈簧板和鋼絲刷上可涂氟樹脂防銹劑。推進過程中及時注入盾尾油脂，要求采用優質潤滑油脂，注意每次過站時檢修密封刷。

4.3 盾構穿越地面建筑物的風險防范

根據南寧地鐵特殊的工程水文地質條件，盾構施工引起的沉降主要在施工階段，后期幾乎沒有沉降，因此在盾構過程中要將對土體擾動降至最低，確保地面建筑物的安全。

4.3.1 嚴格控制出土量。出土量要嚴格控制在60m3/環以內，與出土量有關的施工參數均要嚴格把關，盡量避免超挖、欠挖等不當操作，以降低盾構穿越造成的不良影響。

4.3.2 保持正常推進速度和推力。正常推進時速度要保持在2～3cm/min范圍內，土倉壓力波動值不能超過0.02MPa，盡量維持穩定；總推力控制在15000kN以內，可根據具體情況適當降低。盡量做到均衡施工，降低對周圍土體的擾動程度。

4.3.3 嚴格控制盾構糾偏量。在保證盾構正面沉降控制良好的前提條件下，盡量讓盾構均衡勻速施工，避免盾構形式出現頻繁和較大的偏移。每環檢查管片的超前量，確保折角變化和隧道軸線不能超過0.4%。注意觀察管片與盾殼的間隙，控制糾偏量來創造好的條件。

5 結語

本文對南寧地鐵盾構施工的風險管理問題進行了研究，在盾構過程中，要充分做好施工組織管理，針對潛在風險進行安全生產專項檢查和重大隱患排查，編制風險分析清單，保證安全與風險管理的及時性，并適時對方案和檢查進行調整，保障項目施工安全順利地進行。

參考文獻

[1] 王占生，王夢恕.盾構施工對周圍建筑物的安全影響及處理措施[J].中國安全科學學報，2002，12（2）.

[2] 陳中.成都地鐵盾構隧道施工風險分析及策略[D].西南交通大學，2008.

[3] 許景昭.北京地鐵盾構施工安全管理與風險防范[J].施工技術，2010，（39）.

[4] 張博.地鐵盾構法施工風險管理與應用研究[D].中南大學，2009.

作者簡介：魏燃（1987-），男，河北平泉人，供職于中鐵西北科學研究院有限公司西南分院，碩士，研究方向：南寧市軌道交通項目施工監測。

（責任編輯：周 瓊）