地鐵工程盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制研究

摘要：隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的不斷成熟和完善，越來越多的城市地鐵工程采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)施工具有施工速度快、對(duì)周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，但其在施工過程中容易導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)。為提高地鐵工程盾構(gòu)施工安全，對(duì)地鐵工程盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，從而減少地鐵工程盾構(gòu)施工安全事故的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：地鐵工程;盾構(gòu)施工;安全;風(fēng)險(xiǎn)控制

0" "引言

城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展，推進(jìn)了我國城市地鐵建設(shè)規(guī)模不斷提升，在緩解城市土地資源緊張的同時(shí)，也帶來了更加便利的交通。盾構(gòu)施工技術(shù)比較完善和成熟，因而被頻繁的應(yīng)用到了地鐵工程中。該技術(shù)雖然獲得了比較好的成效，但是在具體工程實(shí)際應(yīng)用中，利用盾構(gòu)法進(jìn)行施工還是存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因而需要進(jìn)行有效的安全風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)對(duì)，以此確保地鐵工程施工進(jìn)程的正常運(yùn)行，提高地鐵的通行水平，降低安全事故發(fā)生率。

1" "地鐵工程盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)

盾構(gòu)法是城市地下工程中對(duì)周圍地層干擾最小的施工方法，它是利用盾構(gòu)機(jī)來進(jìn)行開挖、襯砌等作業(yè)，是在軟質(zhì)的地基或者是破碎的巖層中掘進(jìn)隧洞的一種施工方法[1]。盾構(gòu)既是一種施工機(jī)具，也是一種強(qiáng)有力的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，它可以利用刀盤切割土體進(jìn)行開挖作業(yè)，同時(shí)借助尾端的襯砌塊當(dāng)做支點(diǎn)，將土排出并拼裝后面的預(yù)制混凝土襯砌塊。

盾構(gòu)法施工開挖速度快，適用范圍廣，安全系數(shù)高，機(jī)械性高。但與其他施工方法一樣，受地質(zhì)條件和施工技術(shù)的限制，難以避免的會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成干擾，甚至?xí)?dǎo)致過多的地面沉降。盾構(gòu)施工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化的同時(shí)，也帶來了高額的租賃費(fèi)用。其施工成本較高，對(duì)技術(shù)人員的要求也較高。對(duì)于斷面的尺寸不固定的路段，該施工方法適用性較差。

盾構(gòu)機(jī)集合了多種機(jī)械的功能，極大的降低了人工作業(yè)，可以短時(shí)間內(nèi)快速完成施工，具有比較高的作業(yè)效率。在進(jìn)行開挖中，可以一次性成形，最大限度地避免了重復(fù)施工的現(xiàn)象。盾構(gòu)機(jī)施工屬于綠色施工技術(shù)，具有比較好的環(huán)保性，其出土量比較少，對(duì)周邊建筑的影響比較小，對(duì)地表交通等情況也不會(huì)出現(xiàn)任何的影響，可以保證交通正常運(yùn)行，減少了一定的工程附加成本。即便是在居民區(qū)域內(nèi)開展施工，對(duì)周邊居民的生活工作影響也非常小，不會(huì)出現(xiàn)空氣污染、噪聲污染等情況。氣候和天氣條件對(duì)其的影響也比較小，同時(shí)還可以適用于多種土質(zhì)，其中包括軟土、軟巖以及砂卵石等。綜合考量盾構(gòu)法的優(yōu)缺點(diǎn)，該方法適用于地鐵工程的施工，是城市地鐵工程一種非常重要的施工方法[2]。

盾構(gòu)施工極高的專業(yè)性和地質(zhì)條件的多變性，也給地鐵工程帶來了非常高的安全風(fēng)險(xiǎn)。我國曾多次發(fā)生地鐵工程的安全事故，不僅對(duì)人身安全造成影響，還帶來了經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)及環(huán)境影響。雖然盾構(gòu)機(jī)性能在不斷的提高，盾構(gòu)施工技術(shù)也在飛速發(fā)展，但施工過程中發(fā)生土體變形等問題仍然是不可避免的。因此，如何使地層位移問題得到有效控制是盾構(gòu)施工成敗的關(guān)鍵。深入分析和研究盾構(gòu)施工過程中常發(fā)生的巖土缺陷，對(duì)其產(chǎn)生原因展開探討，并從根源角度提出施工合理化建議是非常重要的。

2" "安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施

盾構(gòu)施工環(huán)境復(fù)雜，地面建筑物、地下管道、地下障礙物、地下設(shè)施、河流情況等都屬于施工安全范圍內(nèi)，從勘察、設(shè)計(jì)到施工的每個(gè)環(huán)節(jié)都非常關(guān)鍵，因此應(yīng)當(dāng)建立完善的安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控機(jī)制，以便及時(shí)采取有效的控制措施，將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低，保證地鐵工程的順利進(jìn)行。

2.1" "風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了更加全面且合理的評(píng)估地鐵工程安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性，以及安全風(fēng)險(xiǎn)所造成的損失，應(yīng)當(dāng)建立起完善的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。首先確定安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要素，然后根據(jù)各要素發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)損失的程度及頻率來評(píng)估安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并制定相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，最終形成完整的評(píng)估體系[3]。

對(duì)地鐵工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，需提前對(duì)地鐵所經(jīng)區(qū)域的地質(zhì)情況、地下水文情況、地下管道埋設(shè)情況以及地上建筑物情況等進(jìn)行調(diào)查，掌握和了解全部狀況。以此作為基礎(chǔ)，在實(shí)施盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，將地鐵工程項(xiàng)目施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)開展全方位的評(píng)估，使施工決策更加科學(xué)合理，以降低地鐵工程安全事故的發(fā)生。

本文提出的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中的評(píng)估要素包括環(huán)境勘察、工程設(shè)計(jì)、工程施工三個(gè)方面。發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)損失程度劃分為非常高、較高、一般、較低和非常低四個(gè)等級(jí)。發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)損失的頻率劃分為頻繁、可能、偶爾、罕見和不發(fā)生五個(gè)等級(jí)。其中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)損失程度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

參照《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》中的相關(guān)要求，根據(jù)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)損失的頻率和程度，將工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為4級(jí)，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示：

2.2" "風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

2.2.1" "減少地層位移的措施

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，無論是泥漿盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)、開放式盾構(gòu)還是擠壓式盾構(gòu)等，都會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生擠壓擾動(dòng)，導(dǎo)致開挖面土體不同程度的松動(dòng)[4]。構(gòu)隧道施工過程中導(dǎo)致地層位移的主要原因，包括地層損失和地層原應(yīng)力狀態(tài)改變，固結(jié)、板結(jié)、土壤的蠕變效應(yīng)，以及襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生變形等。

其主要表現(xiàn)形式如下：盾構(gòu)機(jī)在開挖過程中，土體原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而使地層發(fā)生位移。盾構(gòu)機(jī)施工過程中所產(chǎn)生的地層損失，也會(huì)導(dǎo)致地層發(fā)生位移;由盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)導(dǎo)致的孔隙水壓力改變，以及地下水位下降，也將誘發(fā)土體產(chǎn)生固結(jié)沉降。減少地層位移的措施如下：

首先在盾構(gòu)施工前，對(duì)整個(gè)隧道線路的地質(zhì)勘探結(jié)果進(jìn)行詳盡的分析，并充分考慮沿線地面條件、隧道長度及斷面形式、開挖及襯砌等施工問題，根據(jù)不同條件選擇安全、經(jīng)濟(jì)、適用的盾構(gòu)機(jī)型和輔助施工方法。

其次，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，應(yīng)盡可能減少超挖和對(duì)周圍地層的擾動(dòng)，可以通過對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化匹配，使盾構(gòu)機(jī)達(dá)到最佳推進(jìn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“四小”，即周圍土層擾動(dòng)小，地層損失小，超孔隙水壓力小，地表沉降和隆起小。這不僅可確保盾構(gòu)機(jī)的快速推進(jìn)，還可保證隧道管片安裝質(zhì)量。

最后，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行同步灌漿，在合理確定同步灌漿量和灌漿壓力的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測測量和跟蹤灌漿。此外對(duì)于EPB盾構(gòu)，還要檢查螺旋輸送機(jī)排土閘門處的滲透力，以防止砂土液化。

2.2.2" "穿越河流或建筑物風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)隧道施工穿越河流或建筑物時(shí)，地鐵工程的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都大大提升，因此應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，以避免安全事故的發(fā)生。

當(dāng)穿越河流時(shí)，如果圍巖頂板下沉，將對(duì)河床造成危害甚至破壞，導(dǎo)致一系列不良后果，同時(shí)河流的滲透也可能對(duì)隧道施工造成危害。河流區(qū)域的土質(zhì)屬于軟土層，具有較高的含水量和較強(qiáng)的壓縮性，但其承載力比較差，因此在進(jìn)行盾構(gòu)施工中其風(fēng)險(xiǎn)性更高，在掘進(jìn)作業(yè)中發(fā)生坍塌或涌水情況比較常見，不利于隧道施工的順利進(jìn)行。基于此，應(yīng)在開展隧道施工前，詳細(xì)調(diào)查水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，重點(diǎn)調(diào)查河底隔水層的連續(xù)性、滲透系數(shù)、厚度等，以及各地層的滲流情況。

科學(xué)選擇適合該地層的盾構(gòu)設(shè)備，建議優(yōu)選泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。此類型盾構(gòu)機(jī)具有比較好的密封性，并配備必要的探孔、灌漿裝置以及聚合物與膨潤土注入裝置。結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)條件，加強(qiáng)控制盾構(gòu)機(jī)速度和總推力。采用低速掘進(jìn)，速度控制在不超過20mm/min，并嚴(yán)格控制推力缸總推力，減少地層擾動(dòng)，以免破壞河底的土體，確保盾構(gòu)機(jī)可以順利的進(jìn)行掘進(jìn)。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入河底時(shí)，操作員應(yīng)根據(jù)測量偏差及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向，盡量減少偏差修正，減少對(duì)土壤質(zhì)量的干擾，確保盾構(gòu)機(jī)平穩(wěn)地穿過河底。由于河底與盾構(gòu)機(jī)頂部之間的土壤層相對(duì)較薄，過大的灌漿壓力可能會(huì)破壞底部的防水層，形成流水通道，因此灌漿壓力應(yīng)控制在0.2～0.3MPa，灌漿量應(yīng)控制在理論施工間隙的130%～180%之間[5]。

在進(jìn)行隧道穿越河流掘進(jìn)中，可能會(huì)遇到面臨古樹、孤石等狀況。這種情況下如果沒有應(yīng)用較好的方案進(jìn)行應(yīng)對(duì)，則就會(huì)嚴(yán)重影響到施工進(jìn)度，造成工期延后。對(duì)此施工人員應(yīng)將超聲探測儀安裝在盾構(gòu)機(jī)上，在進(jìn)行掘進(jìn)過程中，讓其提前對(duì)前方的地質(zhì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并進(jìn)行處理，避免因出現(xiàn)掘進(jìn)障礙而影響施工進(jìn)度。

穿越建筑物施工前，應(yīng)詳細(xì)分析盾構(gòu)施工對(duì)周圍土層的影響，預(yù)測地表沉降范圍、沉降特征和土壤擾動(dòng)范圍，對(duì)施工范圍內(nèi)建筑物和地下管線進(jìn)行詳盡的調(diào)查，并了解其規(guī)模、形式、材料、基本結(jié)構(gòu)、使用狀態(tài)等[5-6]。施工時(shí)，當(dāng)盾構(gòu)隧道距離建筑物約50m時(shí)，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)觀測建筑物的沉降情況。

盾構(gòu)掘進(jìn)期間，應(yīng)增加監(jiān)測頻率，一般每2h一次，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用于指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)。如果測量的變形率超過警告值，應(yīng)立即采取相應(yīng)措施，以確保建筑物的安全[7]。為了控制建筑物的不均勻沉降，通常在建筑物側(cè)面進(jìn)行灌漿處理，以達(dá)到加固底部土壤的目的。期間觀察沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，必要時(shí)再次進(jìn)行灌漿加固[8]。

3" "結(jié)語

地鐵工程盾構(gòu)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也是保證工程順利進(jìn)展的關(guān)鍵，為了更加合理的評(píng)估地鐵工程盾構(gòu)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，本文建立了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，并將安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為四個(gè)等級(jí)，用以評(píng)判安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻率和損失程度。

盾構(gòu)施工往往伴隨著一些巖土問題，其主要表現(xiàn)形式就是地層位移。地層位移的產(chǎn)生原因主要與地層損失、應(yīng)力變化、水位變化等因素有關(guān)。因此在盾構(gòu)施工過程中應(yīng)更加關(guān)注這些參數(shù)的變化，以減少施工偏差的產(chǎn)生，確保盾構(gòu)施工安全、平穩(wěn)地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳輝顯. 地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)[J]. 綠色環(huán)保建材， 2021（7）： 127-128.

[2] 王登皇. 地鐵盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)及貫通施工測量技術(shù)[J].工程機(jī)械與維修， 2021（4）： 102-103.

[3] 李新宇. 城市盾構(gòu)隧道施工水致災(zāi)害機(jī)理與安全風(fēng)險(xiǎn)控制[D].北京交通大學(xué)，2020.

[4] 姜葉翔. 新建隧道近距離下穿既有地鐵隧道的變形控制分析及技術(shù)措施[J]. 智能城市， 2021， 7（19）： 132-136.

[5] 謝章明.地鐵盾構(gòu)過江施工安全監(jiān)測與研究[J].福建建材，2021（9）：53-56.

[6] 錢麗華. 沈陽地鐵區(qū)間臨近既有構(gòu)筑物安全性分析[J]. 四川建筑， 2021， 41（5）： 98-99+104.

[7] 李新宇，張頂立，侯艷娟，等.天津地鐵盾構(gòu)隧道施工地層及結(jié)構(gòu)變形特性分析[J].中國鐵道科學(xué)，2018，39（6）：10.

[8] 饒彩琴.地鐵盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及控制策略探討[J].建筑與裝飾，2020（5）：2.