鐵路大直徑盾構隧道施工的風險控制策略

刁目松

一、工程概況

新建南寧至崇左鐵路留村隧道工程，進出口里程DK4+120～DK9+845，總長5725m，線間距4.2m，為單洞雙線隧道。最小曲線半徑R為1200m，最大縱坡24.1‰，隧道直徑11.3m，項目采用“明挖法+盾構法”相綜合的施工模式。洞身通過段的地質條件特殊，包含中風化泥巖、粉砂質泥巖、粉砂巖等。

二、鐵路大直徑盾構隧道施工特點

盾構機直徑與施工風險具有緊密的關聯(lián)，根據(jù)經(jīng)驗，隨著直徑的增加，施工風險也隨之升高。從直徑的角度來看，盾構機可根據(jù)直徑的不同分為四大類型，具體如表1所示。對于大直徑的盾構機，其在運行期間對土層的破壞作用較明顯，遇平行隧道小凈距、江河等特殊的施工場景時，更易出現(xiàn)地層沉降、擾動變形等問題，而在軟弱地層掘進時，盾構機易由于前重后輕而出現(xiàn)“栽頭”的情況，導致盾構掘進施工進程難以順利推進，也容易因為盾構姿態(tài)控制不到位而出現(xiàn)安全風險。

表1 盾構機直徑分類

三、鐵路大直徑盾構隧道施工風險

1.關鍵影響因素

（1）客觀層面。水文、地質條件是主要的客觀影響因素。隧道施工易受到水文、地質條件的干擾，而此類因素存在諸多不確定性，因此在前期勘察工作中難以準確把握水文和地質方面的情況，隧道施工面臨諸多挑戰(zhàn)，施工期間存在大量的風險。在水文方面，巖土的滲透性、水的沖刷力、水的腐蝕性等均會對大直徑盾構隧道施工帶來不良影響；在地質方面，地層空間流動性與變形的特性，導致隧址區(qū)存在瓦斯有害氣體、孔洞等。

（2）主觀層面。施工技術、施工物資的質量或性能、工作人員的操作水平均是重要的主觀影響因素。隧道施工技術方案相對復雜，各工法的適用場景以及應用效果不盡相同，加之對現(xiàn)場水文、地質信息掌握不充分，易出現(xiàn)技術不匹配或是誤操作的情況，由此增加施工風險。此外，在機械設備異常運行、施工人員工作水平偏低的條件下，也勢必會增加施工風險。

2.具體風險描述

（1）盾構進出洞風險

盾構進出洞時，需適時鑿除布設在預留孔口處的擋土墻，再啟用盾構刀盤，利用該裝置切削洞口加固土體，以便順利進入洞門密封裝置，期間破壞性較強，洞口土體以及加固土體需長時間暴露于外部，易破壞土體的穩(wěn)定性，同時洞門環(huán)密封裝置也易受損，進而發(fā)生洞口水土流失乃至坍方事故。

以飽和含水砂性土層為例，施工期間易出現(xiàn)向井內大規(guī)模涌水涌砂的現(xiàn)象，其嚴重干擾盾構運行狀態(tài)，輕則伴有盾構出洞磕頭以及盾構進洞突沉問題，重則垮塌，施工進程受阻，施工質量受到影響。可見，盾構進出洞的安全隱患較多，需從實際情況出發(fā)，采取行之有效的風險控制措施，以確保盾構機可在安全的前提下順利進出洞。

（2）施工量較大

大直徑盾構隧道的施工量較大，難以避免穿越現(xiàn)狀建（構）筑物的情況。針對此，除了保證隧道主體施工質量外，還需盡可能減小其它各類建（構）筑物的受擾程度，從而使其在施工全程均維持穩(wěn)定的狀態(tài)。但是，隧道盾構施工的破壞性較強，易出現(xiàn)地層大范圍沉降的情況，這導致建（構）筑物難以正常使用。此外，管線對盾構穿越的干擾也較為突出，例如電力管線、燃氣管線等，若盾構穿越時未采取有效的控制措施和防護措施，則容易出現(xiàn)斷觸電、燃氣泄漏等問題。

（3）穿越地下障礙時的風險

大直徑盾構隧道施工中，易遇到深長基礎或其它類型的障礙物，需有效地規(guī)避：一方面，應減小盾構隧道的設計變更問題；另一方面，需考慮既有障礙物的穩(wěn)定性，在兼顧多重要求的前提下高效施工。

（4）隧道整體上浮

以越江盾構隧道在江中段時為例，此時覆土較淺、水壓較大，隧道整體上浮的可能性較大，因此要防止上浮量過大。影響管片上浮的因素主要有盾構與管片姿態(tài)、推進油缸推力、同步注漿壓力及性質、管片接頭特征等。

盾構姿態(tài)：盾構軸線相對隧道軸線下傾，管片承受較大的偏心荷載及盾尾向上的作用力，主要受地層性質、盾構操作水平、隧道縱向坡度等影響。

隧道縱向剛度：管片縱向剛度與管片接頭形式、管片拼裝方式等有關。

漿液未凝固段長度及漿液對管片的浮力：漿液凝固時間、施工速度均是決定漿液未凝固段長度的關鍵因素；而對于漿液對管片的浮力，其主要取決于漿液工程性能（例如黏度、坍落度）、施工現(xiàn)場的水文條件（地下水）。但現(xiàn)場施工環(huán)境錯綜復雜，難以精準地確定漿液凝固時間及漿液對管片浮力的大小。

地層性質與地下水狀況：普遍具有地層越軟弱、地層抗力系數(shù)越小、管片越易變形的規(guī)律；此外，若存在透水性較差的軟弱地層，則容易形成超空隙水壓力，其直接作用于管片，導致其承受較大的浮力。若富水地層的透水性較強，易在地下水的作用下稀釋漿液，改變其性能，漿液的膠凝時間以及應用效果均會受到影響。

四、鐵路大直徑盾構隧道的風險控制策略

1.管理措施

編制行之有效的方案。以大直徑盾構隧道的實際建設條件為立足點，編制施工組織設計方案、安全方案等來作為后續(xù)工作的引導；對于危險系數(shù)較高的施工內容，需加強技術論證，制定專項施工方案，保證其具有可行性。

職能部署。在合同簽訂前，需明確各參與方所需承擔的責任，增強員工的使命感；深度優(yōu)化施工管理制度，包含但不限于安全交底制度、技術交底制度、原材料進場檢驗制度等，同時將關鍵的施工程序作為重點控制對象，確保其能夠滿足安全層面和質量層面的要求；強化安全措施管理，具體應包含臨時用電、防火、冬季嚴寒及夏季酷暑的安全防護措施等，保證

材料、機械設備均可正常使用。

2.技術措施

洞外風險控制。根據(jù)地面實際情況采取加固措施，如設置隔離樁、超前預注漿等；全面清理施工現(xiàn)場的障礙物，并將廢樁拔出；在施工全流程中，由專員加強測量監(jiān)控，具體需考慮地面建（構）筑物的變形、地面的沉降等，保證各項指標均被控制在許可范圍內。

洞內風險控制。管片背后的二次深孔注漿、洞內測量監(jiān)控等均是關鍵的工作內容，需要深度優(yōu)化工藝參數(shù)，合理發(fā)揮出盾構施工工藝的應用優(yōu)勢，如采用管片背后同步注漿（可以充分發(fā)揮出漿液的固結作用）、激光導向系統(tǒng)（可以提高施工定位的精確性）等。

3.經(jīng)濟措施

鐵路大直徑盾構隧道對物資和人員的需求量較大，需在各方面投入較多的成本，因此需在不影響項目整體質量的前提下有效降低成本，提高項目的經(jīng)濟效益。根據(jù)大直徑盾構隧道的施工特點，推薦采用如下幾項經(jīng)濟措施：

保證資金供應。切實發(fā)揮出監(jiān)理作用，根據(jù)施工進度合理匹配資金，既要保證資金供應充足，又要避免資金投入超預期的情況。

正確應用支付手段。監(jiān)理方應高度重視支付手段的選擇與應用，如落實安全生產(chǎn)費、風險費的驗工計價方法等，從源頭上把控資金風險。

建立獎罰機制。在風險管理工作中，要科學合理地應用獎罰制度，在給予表現(xiàn)優(yōu)異者表揚的同時，對不良行為的相應責任主體做出懲罰。為更好地發(fā)揮出獎懲機制的刺激作用，需配套考核制度，量化分析員工的工作成效，從而做出準確的判斷。

五、結語

綜上所述，在鐵路隧道建設領域，大直徑盾構隧道為重點內容，且對施工技術提出較高的要求。在工程施工中，管理者應起到引導作用，帶動全體員工關注施工風險問題，并結合現(xiàn)場施工狀況以及現(xiàn)有技術水平，采取針對性的風險控制策略，給工程建設工作的開展創(chuàng)設良好的條件，從而有序地完成鐵路大直徑盾構隧道的建設工作。