試析城市地鐵區間隧道盾構施工風險管理方案

丁如光 中鐵濟南工程建設監理有限公司

1 前言

由于地鐵區間隧道施工的地理位置較為特殊，且建設周期較長，導致了外部影響因素較多，因此應加強對地鐵區間隧道施工中的風險管理，使地鐵環線可以發揮其應有功效，進而促進我國地鐵行業的可持續發展，為地鐵行業發展提供推動作用。

2 地鐵區間隧道工程概述

地鐵項目工程作為我國經濟發展的主要工程，在通常情況下，建設工期普遍較長且資金需求較高，在施工的過程中還需要用到許多復雜的技術，且工程量巨大。通常情況下，地鐵工程的建設都地理位置都較為復雜，且材料運輸和建設過程較為繁瑣，因此增加了地鐵工程的施工難度，使施工風險管理更加困難[1]。在進行地鐵區間隧道盾構法施工中，需要施工人員做好充分的施工準備，根據實際情況制定施工計劃，并采取相應措施。

3 盾構法施工原理

盾構法是地鐵區間隧道施工中的重要方式，通常采用盾構作為施工機具，并對地層中修建隧道以及暗挖都有很大的幫助，使機械自動化程度較高的科學隧道挖掘方法。從二十世紀的六十年代開始，西方國家就采用這樣的方法在排水管道施工中進行應用，并利用盾構法替代了傳統開鑿明挖的方法，并改善了勞動施工密集的問題。由于盾構法的地面施工較少，因此能夠在不影響地面交通的情況下完成施工，且盾構法施工噪聲較小，并且在經濟上也有著自身獨特的優勢[2]。盾構機械自動化程度高，工人勞動強度低，使得地鐵區間隧道施工工期大大減少，從而節約了施工成本，雖然盾構法優點較多，但在施工過程中仍然有缺點。由于盾構機的設計以及安裝需要準備的時間較長，且操作難度大，很難控制地鐵區間隧道施工中的沉降，因此使得盾構法應用在施工過程中需要對相關人員進行專業化的訓練，因此在進行城市地鐵區間隧道施工前，需要有效利用風險管理對施工中的風險進行有效控制，從而保障施工人員的安全與工程的安全。

4 地鐵區間隧道盾構施工風險識別

首先是分析盾構法的風險以及其特征，并將盾構施工中風險因素的類別進行具體劃分，從而找出風險識別的目標，將風險識別目標進行確認。隨后按照施工流程圖對工程施工中的各個施工工序，進行詳細分析，并請專業人員進行有效論證，將施工中可能存在的潛在風險因素一一列出。盾構機械設備在施工管理與地質環境方面也應進行風險識別，在風險識別的過程中應當遵循由粗及細的原則，先將風險問題找出，在逐個進行排除，做到風險確認與風險排除同步進行，還需要對風險內涵進行嚴格區分界定，并將風險因素的相關原則充分考慮，使風險識別更為科學。

5 城市地鐵區間隧道盾構施工風險管理措施

5.1 盾構機風險控制

由于盾構機自身存在風險問題，因此在盾構機進行施工前應利用“盾構選型”來規避盾構機自身的風險問題。盾構機選型應根據工程地質與水文地質條件、隧道斷面形狀、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障礙物、地下管線及構筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等條件；采取科學的方法，經過策劃、調查、可行性研究、綜合比選評價等步驟，按照可行的程序，對盾構機的“適用性”、“技術性”、“經濟合理性”進行遴選；保證盾構的斷面形狀與外形尺寸適用于隧道斷面形狀與外形尺寸，種類與性能要適用工程地質與水文地質條件、隧道埋深、地下障礙物、地下構筑物與地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用條件。如果所選盾構不能充分滿足施工現場使用條件，應增加相應的輔助工法，如壓氣工法、注漿工法等，以確保掌子面穩定。

5.2 地表沉降風險控制

地鐵區間隧道施工中，應對地表沉降變形嚴格控制，通常情況下地表沉降變形監測，一般應控制在-30mm～+10mm范圍之內，同時若地面變形接近-20mm～+6mm時，應盡快找出原因并解決此類問題。若施工過程中數值超出了固定范圍，那么就需要停止地鐵區間隧道的施工（或優化、調整盾構機掘進參數等），同時立即組織預警分析、制定預警處置、跟蹤預警處置成果、直至消警；防止地面沉降量進一步擴大，導致地面及建筑物塌陷。因此，在施工過程中應該對地面相應的位置進行圍蔽，將問題進行具體分析，并采取相應的措施對問題進行緊急處理，避免安全事故的發生。在盾構機施工時，應結合當前的施工環境，采取“洞內二次注漿”，必要時地面應進行注漿加固，有效控制地表沉降。

圖1 城市地鐵區間隧道盾構施工圖

5.3 環境風險控制

以“土壓平衡”盾構機為例，應對環境風險措施簡介如下：

（1）通過隧道導向系統及鉸接油缸和推進油缸配合可很好的控制盾構機的姿態。

（2）盾構機可以采用完全的土壓平衡模式進行掘進。并且當土艙壓力較大、地層水較多時，可以通過啟閉螺旋輸送機閘門達到保壓掘進的目的。另外還設置有防涌門和保壓泵碴系統接口。

（3）完備的注漿系統。掘進時保證同步注漿充分，并根據需要及時進行二次注漿，保證管片和圍巖之間的空隙填充飽滿，盡量減少地面沉降。

5.4 進出洞風險控制

以“土壓平衡盾構機”為例，在進出洞風險控制上需要做好以下幾點把握。

（1）加強端頭地層加固質量控制，端頭地層加固質量直接影響盾構始發到達掘進安全，如端頭加固采用混凝土素樁，嚴格控制混凝土素樁間距、垂直度、混凝土澆筑質量等參數。端頭地基加固完成后，必須對加固質量進行水平抽芯檢查，主要檢查加體固體完性。

（2）盾構進、出洞之前，在洞圈范圍內鉆水平觀測孔，觀察是否出現滲漏水，如有則根據滲漏水的具體情況，采取相應處理措施。

（3）做好盾構始發與到達時的姿態控制，保證盾構以良好的姿態始發與到達。盾構到達時，當盾構機頭部靠上洞門后，從盾尾后二到三環管片的注漿孔向外土層注入雙液漿，截斷地層中的水涌向洞門，形成第一道環箍擋水。當盾構機前體和中體步上接收托架后，盾尾留在加固體位置時，進行二次盾構注漿，形成第二道環箍擋水。

（4）盾構始發進洞后，及時封堵洞門并回填注漿，封堵洞門，確保洞口封閉完全，無地下水大量流出。

（5）高質量安裝洞門防水裝置，保證防水裝置安裝前、安裝中、安裝后完好；安裝完后要進行驗收。

（6）科學、合理編制盾構進出洞安全施工應急預案，制定詳細的應急組織和管理制度，儲備足量應急物資和人力設備，做好各項工序的交底，確保能應對各種突發事件，安全生產。

6 結束語

地鐵區間隧道施工是一項較為復雜的工程，施工技術要求高，風險因素較多。因此在施工過程中應加強對盾構施工風險的管理，實現對地質環境的準確勘測，確保施工質量，面對問題應及時以科學合理的方式對其有效處理，從而保證地鐵隧道施工的安全，從而使施工可以順利進行。