地鐵盾構工程安全施工重點和安全保障措施

摘要：在介紹南昌市軌道交通3號線工程概況的基礎上，分析該工程的重大風險源，從深基坑、穿越建筑物、隧道小間距施工、在富水砂礫層掘進、盾構區間與出入場隧道交叉作業和隧道洞門破除等6個方面，闡述地鐵盾構工程安全施工重點和安全保障措施，可供從事地鐵盾構工程施工技術人員參考。

關鍵詞：地鐵隧道;盾構施工;安全重點;保障措施

1" "工程概況

南昌市軌道交通3號線為南北向的基本骨架，對聯絡該市南北區域具有重要作用。該線路起于蓮塘站，止于京東大道站，全長約28.5km，設站22座，全線采用地下盾構施工方法。

在該工程建設中，安全施工重點必須把握，安全保障措施必須落實。根據該工程盾構施工特點、水文地質條件以及地表環境因素，分析出該工程存在的重大風險源，如表1所示。

2" "深基坑施工

2.1" "安全施工重點

2.1.1" "基坑圍護

該地鐵工程的基坑開挖深度為17.5～22m，最深處分布在兩端。深基坑安全施工必須以基坑維護為重點，從圍護樁的樁徑尺寸、樁體垂直度、鋼筋籠質量、保護層厚度等方面著手，加強檢測與控制，保證設置成型的圍護樁具有足夠的穩定性。

3.1.2" "基坑降水

為保證基坑的穩定性，需控制地下水侵蝕問題，因此必須做好基坑降水施工。針對車站及明挖區間以外的部位，聯合應用坑內明排和坑外止水的綜合型方案。截水溝修筑在基坑周邊頂部緊鄰基坑的部位，以免地表水滲流至基坑內。

針對局部填土深度超過3m的區域，為保證防水效果，設置高壓旋噴止水樁。根據車站底板位于薄層灰巖層內，采用明排和樁外旋噴帷幕止水方法，以防控上層滯水。

2.2" "安全保障措施

著重考慮開挖和支撐兩項工作，采取協調措施，營造良好的施工環境。以分層、分步、對稱的方法有序組織開挖作業，做到先支后挖、隨挖隨撐。整個基坑開挖期間均遵循“時空效應”。在圍護結構防水施工中，需要及時檢測質量，判斷是否存在異常，若存在異常須分析原因、采取措施，力爭在源頭上消除質量問題。

3" "穿越建筑物

3.1" "安全施工重點

3.1.1" "減慢掘進速度

盾構機掘進時，對土層有擾動作用。以相對較慢的掘進速度進行盾構施工，在保證正常施工的同時盡可能減小對建（構）筑物的擾動，以免造成不良影響。

3.1.2" "提前注漿

為了防止建（構）筑物發生傾斜、沉降，須提前做好地層預注漿、盾尾注漿、二次注漿，以保持土體的穩定性。

3.1.3" "組織試驗段施工

為給正式施工提供重要的參考數據，挑選具有代表性的區段組織試驗段施工，由此掌握現場施工情況，確定適用于現場環境的盾構施工參數，使后續施工高效、安全推進。

3.1.4" "提前檢修盾構機

盾構機應具備良好性能，在盾構機穿越建（構）筑物之前，全面檢查所有設備，判斷其運行狀況，若有問題予以修復;準備足量的易損配件，以備不時之需。

3.1.5" "做好監測工作

確定被穿越建（構）筑物的結構及其范圍，設置適量的監測點，監測地面和結構的實際狀態。考慮到檢測數據的完整性、真實性要求，建立完善的變位監測系統，根據工程施工進度及時開展監測工作，用監測數據指導施工。

3.2" "安全保障措施

3.2.1" "控制盾構掘進參數

盾構機掘進時，對土倉壓力、推進速度、刀盤轉速等相關參數進行有效控制，保證這些參數的合理性。盾構機掘進環節，注重碴土改良，有效控制出碴量，避免周邊土體以及地表建筑受到擾動。

3.2.2" "控制盾構機掘進姿態

控制盾構機的掘進姿態至關重要，若控制不當容易造成管片上浮超限。在實際施工中，應以管片實際上浮量為準，適當向下調整，以保持管片正常姿態。盾構機進入加固區之前，要對盾構機姿態做適當下調處理，例如低于設計值20～30mm，上部設置的注漿孔可用于同步注漿和二次注漿。

3.2.3" "控制同步注漿參數

同步注漿量增幅20%～30%，所用漿液應較快初凝，以保證滲漏通道得到有效封堵。及時監測注漿壓力和注漿量，針對兩項關鍵指標采取控制措施，確保周邊空隙得到有效填充。盾構推進期間，以地面沉降觀測點的數據為主要依據，有針對性地調整同步注漿參數，使其與實際環境相適應。

3.2.4" "合理安排二次注漿

盾構機穿越建（構）筑物之后，對建筑物進行跟蹤監測。若監測結果顯示建（構）筑物沉降穩定，則組織壁后二次注漿作業;若該注漿方法實際應用效果有限，可采用分層注漿等地面加固方法，具體方法視現場情況合理選擇。

4" "隧道小間距施工

4.1" "安全施工重點

區間左、右隧道局部凈間距較小（3～4m）時，采用以格柵方法加固隧道間的夾芯土體，以保證其有足夠的穩定性。左、右隧道盾構施工期間，夾層土體必須有足夠的穩定性，否則盾構機掘進產生的擾動作用會造成夾層土出現不同程度的沉降。為此在相連接隧道管片之間增設預留注漿孔，以便有效增加夾層土的注漿量，使夾層土具有足夠的穩定性。隧道拱部管片也要設注漿孔，使用合適規格的鋼花管高效注漿，以此提高土體強度，保證土體穩定。

4.2" "安全保障措施

4.2.1" "監控夾芯土體

在左、右隧道的合理位置布設監測點，獲得反映實際情況的參數，并對其做動態化調整，引導盾構施工朝著正確的方向掘進。盾構向前掘進后，還要對后期沉降進行監測和控制。

4.2.2" "采用臨時支撐裝置加固管片

根據隧道管片施工情況，采用臨時支撐裝置對管片進行加固。當盾體管片環縫間產生錯動時，管片會伴有一定的剪力。此時采用臨時支撐裝置，可有效抵御該剪力，提高管片剛度，減小管片變形量。臨時支撐裝置在需要支撐期間不可卸力。

5" "在富水砂礫層掘進

火炬廣場站～梁萬站區間、梁萬站～京東大道站區間、高新停車場出入場線始發和到達端頭處的地質勘察結果顯示，以粗砂、礫砂層為主，含豐富的地下水，松散巖類空隙潛水賦存在砂礫層。

5.1" "安全施工重點

5.1.1" "選擇掘進模式

采用土壓平衡掘進模式，合理設置掘進參數，確保水土壓力平衡。掘進時使用泡沫或膨潤土進行渣土改良，有效保證渣土改良效果。及時進行同步注漿和二次注漿，有效控制地表沉降。加強掘進參數和沉降分析，總結砂層施工經驗，及時調整盾構參數。

5.1.2" "控制泥砂噴涌

富水砂礫層的滲透性較好，含水量較高。在施工擾動作用下，富水砂礫層容易出現液化現象，在土壓平衡盾構施工期間，可能導致富水砂礫層通過螺旋輸送機發生噴涌，嚴重時甚至會威脅到地面建（構）筑物的穩定性。在砂石遇水液化或是泥砂噴涌時，容易出現不同程度的地層沉降，因此必須有效控制泥砂噴涌。

5.1.3" "控制地面沉降

控制富水砂礫層地面沉降的難度很大，施工期間可能會由于洞門漏砂、漏水而影響到地面的穩定性，進而造成建（構）筑物沉降、威脅建（構）筑物安全。若施工控制不當而導致土體遭到擾動，則容易出現明顯的沉降現象，造成洞門處的地下水和泥砂溢出。在此狀況下，洞門上方地面沉降現象將加劇。

5.1.4" "保持盾構機正常運行

盾構機在富水砂礫層掘進施工過程中，會加劇易損件的磨損。盾構機在掘進過程中若控制不當，容易造成盾尾刷損壞，可導致盾尾密封失效、盾尾漏水漏砂。若出現砂漿、泥水經盾尾密封部位冒出故障，將給后續施工帶來嚴重干擾。

例如砂漿從盾尾冒出時，難以順利完成對管片的填充作業;而泥水從盾尾處冒出時，則地面容易出現失水沉降現象。要盡可能降低故障的發生率、縮短故障停機時間，否則會在土倉內形成積水。在盾構始發前，應詳細檢驗盾構機及其配套設備，保持盾構機正常運行。

5.2" "安全保障措施

5.2.1" "控制掘進姿態

在盾構掘進時，要求盾構機司機集中注意力，嚴格控制盾構機掘進姿態，避免盾構機蛇形掘進。必須本著“勤糾偏、小糾偏”的原則，在盾構機稍微偏離軸線時立即進行糾偏。每掘進9環管片，需對管片和盾構機的姿態進行復核和控制，保證管片超前量與四周間隙，確保管片姿態與盾構機姿態保持一致。一旦盾構機姿態發生跑偏，立即停機向上級領導匯報，聘請相關專家進行討論分析，確定糾偏方案，并通過調節千斤頂調整盾構機掘進姿態。

5.2.2" "加強盾構機現場管理

在發生盾尾少量漏水、漏砂時，要加強地表監測，向盾尾刷注入油脂，同時進行二次注漿。在發生盾尾刷損傷嚴重、盾尾漏砂漏水嚴重時，要加強地表監測，及時對盾尾后管片進行二次注漿，同時通過盾構機周邊預留孔洞進行注漿封堵，必要時更換一道盾尾刷。

要加強管片拼裝管控，確保盾尾四周間隙均衡;要使用優質盾尾油脂，避免盾尾刷被流砂或漿液擊穿;要加強同步注漿和二次注漿管理，確保壁后注漿效果。

在正式掘進之前，對盾構機操作人員進行安全技術培訓和安全技術交底;成立掘進指導小組，時刻指導盾構掘進施工;與設計院取得聯系，由設計院提供調線數據指導施工。

盾構機在砂礫層掘進過程中，會遇到一些意想不到的困難和問題。在遇較大困難或問題時，要及時停止掘進，并組織有關人員研究對策，確保正常施工。

5.2.3" "其他措施

要注重土體的改良，較為合適的改良方法是膨潤土、聚合物添加劑，通過此類材料的應用，改良渣土的和易性，取得突出的止水效果，以便更好地進行盾構掘進施工。安排同步注漿和二次注漿，有效阻止隧道后方的泥水進入土倉。對管片背后的空隙進行填充處理，使其具有嚴密性，以免擴大地面沉降。注漿時，監測注漿壓力和注漿量，根據這兩項數據判斷實際注漿狀況，采取動態化的控制措施，獲得更好的注漿效果。

6" "盾構區間與出入場隧道交叉作業

梁萬站至京東大道站左線盾構區間突出的施工難點在于與出入場線交叉，可能由于某部位施工不當而對周邊建（構）筑物造成不良影響。

6.1" "安全施工重點

一是選擇洞內注漿方法做加固處理;二是在正式施工前，核實兩隧道的準確位置;三是在現場合理布設監測點，獲得可反映現場情況的數據信息，提高施工的動態化控制水平。

6.2" "安全保障措施

精細控制盾構機掘進方向，最大限度減小盾構掘進偏差，以保證隧道軸線的合理性，并減小對土層的擾動影響。加強對掘進速度、推進力等參數的檢測與控制。以地表監測數據為依據，合理調整注漿壓力，適時增加管片注漿管，并及時安排二次跟蹤注漿作業。盾構推進期間，為避免盾尾及鉸接密封部位出現涌砂、漏水等問題，需適當增加盾尾油脂注入量。

7" "隧道洞門破除

7.1" "安全施工重點

破除隧道洞門時容易出現涌水、涌砂現象。因此在盾構機始發和到達前，需對洞門附近土體進行加固處理。為保證加固效果和洞門破除時的安全，洞門破除前要做好以下工作：

在洞門破除前5天，對洞門區域的加固效果進行觀察孔試驗，即通過鉆取洞門處水平觀察孔，檢測盾構端頭的加固效果，主要是觀察正面巖層的裂隙水流量等。在實施洞門破除之前，準備好注漿泵及相關應急搶險物資，一旦發生洞門涌水、涌砂，立即使用注漿泵對漏水處進行封堵。在盾構井內安裝好具有足夠排污能力的排污泵，破除洞門時，少量的漏水和漏砂可通過排污泵排出工作井。利用盾構井后方的明挖暗埋結構，設置破除洞門時的緊急安全通道，在洞門破除施工期間嚴禁任何人員和物品堵塞該通道。盾構始發前的洞門破除工作，必須是在盾構機及盾構施工成員全部準備就緒，且設備和人員全部處于臨戰狀態下方可進行。

7.2" "安全保障措施

在破除洞門的過程中，如果發生的漏水現象在可控制的范圍之內，不影響正常的施工，也不會對設備和人員構成安全風險時，可以通過導流措施，將此漏水引流至集污池內，由污水泵排出。如果端頭加固處理不好或者由于施工等原因，造成洞口處發生大量涌水，要立即向洞門處注入聚氨酯，待聚氨酯暫時封堵洞門后，立即通過洞門預留孔向洞門內注入雙液漿，以徹底封閉洞門。

8" "結語

綜上所述，在地鐵盾構施工過程中，施工安全是首要的工作目標。在確保施工安全的前提下，方可高效施工，實現質量、效益等目標。作為地鐵隧道施工單位，需要高度重視安全風險管控工作，結合現場環境，識別其中的重點、難點，探尋有效、適宜的安全保障措施，盡可能降低安全事故的發生率，保證工程施工的順利推進。

參考文獻

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