地鐵盾構施工中的安全風險和管控對策

李 菲

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

隨著科技的日新月異，地鐵已成為社會交通的重要組成部分。城市車輛的增加引發系列交通問題，因此城市地下空間的建設尤為重要。我國的地鐵建設起步較晚，通常都選擇在省會進行地鐵建設，目前已有四十多個城市正在進行地鐵項目建設，在發達地區形成了龐大的地鐵網狀結構。

基于地鐵的諸多優點，我國交通發展的方向應該是針對地鐵的整體規劃。地鐵工程的建設主要采用盾構施工法，并運用盾構機械在地下推進，在地下開挖面前方用刀盤切削土體，通過運輸機械運出洞外，而前進地方用預制混凝土管片拼裝。

地鐵工程盾構環境復雜，對周邊建筑影響較大，且由于盾構技術的快速發展，關于盾構法風險的認識仍不夠深刻，導致發生安全事故增多，威脅施工人員的生命安全。因此，對盾構施工法進行安全風險研究是十分必要的。

1 地鐵盾構施工安全風險管理理論

風險是事件中失敗的概率，工程項目風險是指影響工程項目不確定因素的集合。因此風險事件就是指對事件發展的預測。風險具有客觀性、必然性等，構成要素包括風險因素、損失與事故，主要來源有自然、社會與經濟風險等。其中，內在風險是項目行為主體存在不可預測的風險因素，如業主支付能力不足導致資金無法及時到位產生的風險、項目管理者業務能力不達標導致的信譽風險等。風險等級劃分具體見表1。

表1 風險等級劃分表

工程施工風險管理是工程管理人員在項目實施中從風險分析評價等方面嚴格控制工程施工潛在風險。風險管理要求遵循情景預設、強調預前管理等原則。由于我國經濟體制的影響，風險管理起步較晚，20世紀90年代風險管理平穩發展，當前風險管理廣泛應用于水利水電、化學工業、經濟學等眾多領域，在施工安全方面起到重要作用[1]。風險管理環節包括風險識別評估與應對。可以從不同角度理解項目風險，并通過檢驗分析項目數據資料來明確各部門的工作職責，這不僅有利于規避風險，還可以針對風險發生制定相應的應對措施，以保證項目的正常進行。

當前，我國正處于社會生產力快速發展和城市化進程加快的階段，而城市地面交通基礎設施落后的問題，不僅導致人地矛盾突出，還導致大中型城市出現交通秩序混亂、空氣污染嚴重等問題。現代化城市建設引入了地下空間的概念，其作用在于增強城市交通功能，降低能源消耗。

城市軌道交通建設往往會在原有建筑物等地下進行，而盾構法是指在用盾構機控制開挖面的同時進行隧道掘進，不擾動圍巖修筑隧道的方法，且以其機械化程度高、施工安全性高等優點被廣泛應用于城軌交通建設工程。

城市軌道交通不可預知因素多，如地面建筑物繁多等使得施工風險較多。城軌地鐵交通盾構施工安全風險影響因素多，對地鐵盾構施工安全風險的管控需要結合工程特點，分析盾構施工安全管理重點，從施工全過程進行安全風險防控。針對此，對地鐵施工中潛在風險源開展全面分析評估，并結合施工技術對重大風險單元給出有效控制措施，對于保障工程施工安全、提高經濟社會效益來說，具有重要意義。

2 地鐵盾構施工風險識別

盾構法是指用盾構機在地下進行暗挖隧道的方法，主要使用盾構機器在地下圍巖中推進，且會在地下進行開挖襯砌等作業修建隧道的方法。隧道盾構施工優點體現在施工噪音小、自動化程度高、勞動強度低、施工占地小等。其缺點是施工設備維護費用高、小曲率半徑隧道施工掘進困難等。盾構施工法主要包括土壓平衡式盾構、泥水加壓平衡盾構等，工序包括盾構機下井安裝、掘進等。

風險識別分為工程內外部風險。外部風險指自然災害風險等，本文研究盾構法施工風險為內部風險。對此，要從盾構施工法流程出發來識別項目風險。地鐵盾構施工主要風險包括前期準備階段、出洞掘進階段、同步注漿階段[2]。工程前期主要進行地質條件勘察，對盾構機信號選擇；盾構出洞階段主要包括洞口土體涌入工作井的風險，因此要在洞口處和始發階段控制地下水位，以防止盾構基座失穩變形，另外，由于盾構掘進需注意的風險源較多，因此要控制好隧道內土體壓力，以密切監測隧道內地質環境變化；同時，必須保證盾構掘進軸線不偏離，經常檢查刀盤是否磨損嚴重，從而保證盾構螺旋輸送機出土順暢。

同步注漿需注意設備保持良好運行，隧道內注漿要及時，注漿壓力的設定要合理。其中，管片選材要達到要求，以保證管片注漿質量。渣土運輸機防止發生故障，而保證地面龍門吊機器正常運轉。盾構進洞階段存在的風險源包括洞口密封問題等，所以盾構軸線要防止發生偏離。盾構施工工藝的風險包括特殊風險源，如建筑物調查不詳盡、建筑物加固不牢、掘進參數設定不合理等。當掘進異常時，需檢查刀具等工具，而開倉檢查分為常壓與帶壓開倉，開挖面要防止失穩塌方，帶壓開倉檢查作業注意規范合理地進行壓氣作業。

風險分析方法包括專家調查法、風險矩陣法等，其可以辨識地鐵盾構掘進的施工風險，并從環境地質、施工管理等方面來分析施工風險因素。

環境地質風險包括開挖面失穩、盾構進出洞段風險、地表沉降控制等。設備材料風險包括盾構主軸承密封失效、盾構機刀盤磨損、盾構機改造針對底層設計不夠、泥水管路被堵塞等。施工管理風險包括盾構隧道管片上浮、管片注漿孔涌水、人員風險管理意識差、專項方案編制不完善等。

3 地鐵盾構施工風險評價

地鐵工程具有規模大、涉及主體多等特點，且工程地質多樣、控制標準嚴格。盾構隧道施工處于不確定的環境中，而使用新技術材料，會很大概率地給地鐵盾構隧道施工帶來更多的安全風險，因此全面開展施工風險辨識評價非常必要，同時通過科學的管理方法可以識別控制風險，為工程建設提供安全的環境。通過風險研究，可以建立地鐵盾構施工風險指標體系，能有效控制各類施工風險，以杜絕重大安全事故的發生。工程風險概率P等級標準具體見表2。

表2 工程風險概率P等級標準 %

風險具有動態化特點，隨著新技術的使用，專家無法避免對風險判斷失誤，這造成了制定風險管控措施的不合理。一般來說，可以采用風險矩陣法對地鐵隧道施工風險定性評估，而采用層次分析法對風險定量評估，可以很大概率地保證風險等級確定的準確性，從而使制定管控措施更加合理。

地鐵盾構隧道施工風險體現在工程水文地質環境、施工管理等方面，步驟為：盾構掘進前期準備-進出洞掘進-同步注漿-渣土運輸，盾構常壓開倉，盾構穿越建筑物管線。同時對盾構施工各階段風險權重采用層次分析法計算，以確定盾構施工風險等級。

工程地質狀況隨著選址確定不變，對工程地質盾構設計是工程成敗關鍵。盾構隧道施工管理因素非常重要，施工操作是否規范是風險管控的重要因素，所以提高管理人員風險管控素質非常關鍵[3]。采用層次分析法，可以建立盾構隧道施工風險模型，并通過權重值模糊比較風險因素來確定風險等級。

4 地鐵盾構施工風險控制措施

地鐵盾構施工風險控制在識別評價工程風險基礎上，根據施工風險等級，針對重大風險采取有效措施加強管理控制，以保證地鐵盾構施工安全。地鐵盾構施工質量控制重點包括軸線質量控制、進出洞階段控制與注漿質量控制等；盾構施工安全技術措施包括盾構區間隧道施工安全措施、機械安全保證措施、管片吊裝安全措施等。值得注意的是，要重點做好洞門用水坍塌，管片拼裝事故與盾構機故障等應急措施。

地鐵盾構掘進中嚴格把控盾構機方位，每環拼裝后測量誤差，發現誤差后軸線糾偏量不超過5 mm。隧道內每次循環襯砌后測量盾尾間隙，保證盾構軸線準確。盾構機右上方管片處安裝用鋼板制作的吊籃，強制對中點三維坐標通過洞口導線起始邊傳遞，盾構推進中要沿中心軸線推進。測量重點是隧道起始里程、設計曲線特征點。需要對管片實際里程檢測，施工中對隧道關鍵點里程測量達到控制里程目的。膨潤土壓注盾構掘進停機前，通過加泥加水系統向刀盤正面加注膨潤土漿液，且注意四周均勻壓注，使其進行適當出土。盾構進出洞段在洞口采取注漿加固方式，洞口處土體強度較低，可使用打樁方式加固，防止出現涌土流沙現象。

盾構施工在運輸渣土中，要讓運輸車在隧道內水平運輸，防止由于下坡速度控制不當發生機車撞擊事故。進洞前，需確認其完好，對設備采取安全措施，運輸車轉彎控制好速度。電機車前段安裝防溜車裝置，避免電機車出現溜車風險。同時，要經常檢查電機車剎車系統等，并定期維護隧道內軌道，以防止出現軌道松動偏離等現象。

地鐵盾構施工安全風險管控要結合工程順序流程，分析影響施工安全的人、機、料、法、環相關因素，針對盾構施工安全管理重點問題加強風險管控。在盾構掘進前做好充分準備工作，并注意周邊建筑情況，預先制定施工安全技術措施；盾構掘進中注意觀察器械儀表變化，定時查看機械是否運轉；運輸管片要限制電瓶車運輸速度；管片拼裝要求連接螺栓緊固；隧道內預留人行通道[4]。土方作業時，要有地面專人負責指揮，起吊時作業人員處于安全位置。

盾構下穿建筑物施工前，需調查沿線建筑物，相關人員要親自到現場做調研，并對施工人員進行技術交底，使其了解盾構與建筑物相對位置，同時還要在施工中加強巡視工作。在穿越前，要全面檢修盾構機系統等機械設施，以避免盾構穿越中機械設備故障停機。

地鐵隧道采用盾構機利用計算機技術，不僅可以準確計算盾構機位置信息，還可以及時把結果反饋給工作人員，便于工作人員實時糾偏。現場要配備專業監測人員，并建立及時到位的信息溝通體系，而值班人員要及時將信息匯總來指導盾構推進施工。盾構穿越前，需布設沿線風險類建筑物的監測點，為施工參數控制提供數據支持。盾區間隧道下穿管線時，為控制地層變形，采用增設注漿孔管片。

5 結語

綜上所述，隨著我國經濟的發展，城市交通壓力也在不斷增大，因此各城市大力發展地下交通勢在必行。在此前提下，地鐵盾構施工安全管理受到了廣泛關注。基于此，相關人員必須研究地鐵盾構施工安全管理，同時運用工程風險管理知識，結合專家調查法與層次分析法來科學合理地研究地鐵盾構施工風險的識別。通過對地鐵施工流程分解可知，識別地鐵盾構施工風險因素，運用層次分析法研究因素比較權重，能夠準確得出風險因素的評價，并以此對地鐵盾構施工風險控制措施進行研究，從而有效保證地鐵盾構施工安全。