论地铁盾构法隧道施工中的风险防范

范业莲

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，广西南宁530022）

论地铁盾构法隧道施工中的风险防范

范业莲

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，广西南宁530022）

地铁工程施工属于高风险工程，其建设过程的风险管理备受社会各界关注，建立和实行工程风险管理制度已刻不容缓。该文针对地铁盾构隧道施工过程中存在的常见风险，将工程风险管理的基本理论应用到地铁盾构法隧道施工实践中，有效地分析和探究地铁盾构法隧道工程建设中的各项风险识别、风险评价与具体应对措施，从而详细诠释了风险管理在盾构隧道施工中的具体应用。

地铁；盾构法隧道；盾构机选型；盾构掘进参数；风险管理；风险识别；风险评价

0 前言

目前的地铁工程施工具有复杂性、不确定性、较高的风险性和灾害损失比较大等特点。与此同时，随着近年来地铁隧道的开挖直径与开挖深度不断增大，截面形状增多，地铁工程施工期风险逐渐加大，建设过程的风险管理显得尤为重要，并备受关注。

图1 盾体吊装下井

1 地铁盾构施工过程中的常见风险

1.1 难以预测的不良地质及障碍物风险

由于地质勘探的局限性，要全面了解盾构穿越地层的地质情况及是否存在障碍物比较困难，给地铁盾构法隧道施工埋下了极大的风险隐患，无法保证施工的安全性和可靠性；一旦无法保障预测结果的真实性和可靠性，不仅增加施工及掘进的难度，还极有可能引发施工安全事故，产生灾难性的后果。

1.2 盾构始发与到达竖井施工风险

盾构机的始发，系指在始发井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使台架上的盾构机推进，从井壁上的到达口处贯入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。盾构机到达，系指盾构机推进到达竖井的井壁处，从井内侧把井壁上挡土墙拆除，随后盾构机推进进入井内台架上的一系列作业。

盾构始发和到达作业是盾构机掘进施工中最容易产生事故的两道工序，事故发生率很高，且事故规模较大，轻侧洞口涌土、涌水造成地面沉降，重侧造成基坑坍塌，其原因多半是土层不稳定。这是因为在进行始发和到达竖井施工时，打桩和掘削使周围土体产生扰动，造成断面应力释放，即断面土体不稳定。

1.3 地表、建筑物、既有线路及重要管线的沉降风险

盾构法施工会引起隧道周围土体松动和沉陷，它直观表现为地表沉降。受其影响的隧道附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位，在不同程度上影响隧道沿线地面建筑物和地下管线的安全，情况严重的会出现地面建筑裂缝、倾斜、地下管线开裂，甚至坍塌。在对盾构进行掘进时通常会导致地层损失，与此同时也会给隧道周围的地层带来扰动或者剪切破坏，以上两方面是促使地面出现沉降现象的基础原因。由于地层损失而产生的地面沉降，绝大部分都会在施工建设期间表现出来。通过剪切破坏的再固结而产生的地面沉降情况，一般而言在砂性土中表现得比较快，而在粘性土中则需要延续比较长的时间。

当盾构掘进时，对于开挖面而言，如果其受到的支护力远远小于地层的原始应力，那么开挖面上体则开始朝着盾构内进行移动，导致地层损失与地面沉降现象的出现。反之，若其受到的支护力大于原始应力，那么开挖面上体就会向前移动，而导致负地层出现损失状况，并且地面也逐渐隆起。因此一定要在做好地表、建筑物、既有线路及重要管线的沉降后才能进行盾体吊装下井。进行盾构法隧道施工如图1（深圳深大-桃园区间左线盾构“卓越号”盾体吊装下井）。

1.4 盾构开仓与换刀作业风险

随着地质条件的变化，隧道掘进过程中需要对刀具进行更换，尤其是当岩石强度较高时，更换刀具的频率更高。更换刀具时，换刀人员需要进入土仓内对刀具进行更换。土仓内空间狭窄、湿滑，刀具重量大装卸困难，作业时很容易造成作业人员受伤。如果出现开挖掌子面不稳定、换刀地段处于江河底或者地层冒出有害气体等情况，作业人员更随时有生命的危险。所以进入土仓内更换刀具是盾构施工过程中一项风险较大的作业工序。

1.5 盾构机压气作业风险

大多先进的盾构机均配备了压气系统，即向土仓内注入空气，从而提高土仓内的压力，以便能够平衡外侧土体所受的压力。盾构机进行压气作业时，操作人员是在一个密闭的环境中工作，刀盘内空间狭窄，但是却无法从根本上保证压入的空气中不含杂质；同时，由于施工环境和作业面的温度较高，工作人员在操作过程中感到不适的现象时有发生，需要给予工作人员到减压舱进行减压后，才能对工作人员进行医疗救治。压气作业作为盾构安全施工中的重要环节，是一项十分复杂、繁琐和危险的工作。

1.6 隧道内运输作业风险

中小直径的盾构隧道几乎均采用轨道运输系统。但是由于盾构机的掘进速度相对较快，为配合盾构高效率施工，运输车辆一般设计得较长，碴土斗也设计得很大，占用了隧道很大空间，见图2。

图2 渣土车运输盾构渣土作业施工

管片底部为圆弧形，对轨枕的稳定性有一定影响，十分容易导致运输车辆发生脱轨，进而对人行道上的施工人员和人民群众的生命财产安全构成危害，一旦运输车辆在运行过程中与盾构机专用的高压电缆发生碰撞，后果不堪设想。当隧道坡度较大时，运输车容易发生溜车事故；盾构机的后配套与运输车之间的距离比较狭窄，一旦轨道的形状和方向发生变化，或者配套设施的摆放位置发生更改后，就极容易和运输车辆相撞，造成严重的经济损失。

1.7 用电安全及其它危害风险

盾构机电器设备多，而且主要设备使用高压电，随着盾构向前不断推进，高压电缆也要经过多次连接。隧道内环境潮湿，除了盾构机以外，盾构隧道施工其它临时用电也很多，不小心使用容易造成触电事故。盾构施工还存在其它风险，例如在危险区域作业的风险、环境因素危害风险等。

2 加强风险管理采取有效的防范措施

2.1 做好风险识别及风险评价

工程项目风险管理就是对工程项目活动中涉及到的风险进行识别、评估并制定相应的对策。数据分析、风险调查、专家评估以及实验论证等都是评判建筑工程潜在风险的措施和手段。在对建筑工作进行风险评估时，不能依靠单一的方式进行评估，而是应该采用多元化的方式进行联合评估的方式，对建设工程施工过程中潜在的风险因素、事件以及可能造成的后果进行预测和分析，以便提高风险评估结果的科学性和合理性。风险的识别可以采用经验数据的分析、风险调查、专家咨询以及实验论证等方式来识别风险。由于在地铁盾构法隧道工程建设中，沿线的地质条件、地下水状况、周围建筑和构造物、穿越的地下管线、交替的隧道等具有特殊性，并且盾构选型、施工方法、辅助加固工法、施工管理水平等也具有特殊性，因此风险识别还应具有一定的针对性，并且还要结合盾构法隧道的施工程序和过程进行识别。风险识别过程要综合考虑盾构选型、地质条件、水文条件、隧道施工过程、重点及难点工程、现有施工技术等，将盾构法隧道工程建设过程中的风险通过建设实施过程有机地联系起来，使风险清单条理清晰、结构完整、重点突出、层次分明。

系统而全面地识别地铁隧道施工中盾构法的风险只是风险管理的第一步，对认识到的工程风险还要作进一步的分析，也就是风险评价。地铁工程同一般建设项目相比，受不可预见的水文地质条件、社会环境、施工技术、经济发展的程度等多方面因素的影响较大，其特殊性和众多的影响因素必然使得地铁工程成为一种高风险的工程项目。风险评价可以使决策更加科学化，更能减少事故的发生率，同时可以为投保税率的确定提供依据。

2.2 选择合适的风险对策

风险回避、损失控制以及风险转移等都是建设工程风险管理和控制过程中常用的方式和对策。风险回避主要指的就是通过某种方式或者采取某种手段切断与风险源之间的联系，彻底消除或者控制风险隐患的发生，尽可能规避可能存在风险的不利因素。损失控制与风险回避不同，损失控制是一项十分积极和主动的风险管理措施，主要包括预防损失和减少损失两个方面。风险转移则是建设工程风险管理和控制过程中应用比较广泛的措施，主要包括非保险转移和保险转移两种形式，非保险转移又称合同转移，主要通过明确合同条款和责任主体的方式将工程风险进行转移的过程[1]。

2.3 建立健全的应急预案

认识风险的目的是为了预防风险，因此在地铁盾构法隧道施工过程中，相关的管理部门还需要结合以往的工作经验，对隧道施工过程中常见的风险隐患和现有的风险隐患制定出相应的解决方案，建立健全的应急预案，确保即使隧道施工过程中发生突发情况，相关的部门管理人员能够及时做出正确的决定，采取有效的应急和处理措施，从而力求能够在最大程度上预防和控制风险隐患的发生，减少经济损失和风险损失。

2.4 应对地铁盾构施工风险的管理措施

在地铁盾构施工风险管理过程中，管理人员需要结合施工进度采取针对性的风险防范和管理措施，对以往的工作经验进行总结，针对施工过程中已经出现问题或者可能出现问题的方面制定相应的应急措施，确保一旦施工过程中出现突发现象，管理者能够做出及时、正确的判断，将可能造成的损失和不利影响控制在一定范围内。对所有参与施工的人员、施工材料、施工成本、施工进度、施工质量等方面实行全面严谨的监督和管理措施。同时，联合有关的市政部门共同进行地铁盾构施工风险的管理准备和防范工作。

2.5 应对地铁盾构施工风险的技术措施

采用盾构法修建地铁隧道时，由于隧道周围地层应力状态的不断变化，使得地层损失必然发生，无一例外地都将产生或多或少的地面沉降，在不同程度上影响隧道沿线地面建筑物和地下管线的安全，情况严重的会出现地下管线开裂、地面建筑裂缝、倾斜，甚至坍塌，酿成重大事故，因此对地层的扰动大、造成地表沉降是地铁盾构施工的最大风险，应予以适当的保护[2]。

为了防止因没有准确预测地质和地下障碍物情况而造成的风险，设计阶段，要根据线路及地层条件选择合适的盾构机，地质、水文变化较大地段要加密勘察，施工前可通过补充地质钻孔等措施，进一步查清地质情况，为盾构机选型、盾构掘进参数的选取及制定相应的辅助措施提供第一手准确资料。盾构机选型时也应充分考虑地质勘测资料不准确性的影响，各功能参数选择要留有余地。盾构掘进过程中要时刻留意开挖面地层的变化情况，发现地层与地质勘察报告存在较大差异时，可利用盾构机本身具有超前地质钻机及超声波等超前地质探测装置，进一步对工作面前方地层进行探明，以便早发现、早处理。盾构掘进过程如遇到不明地下障碍物时，应立即停止掘进，探明情况后再采取措施进行处理[3]。

3 结束语

我国的地铁与地下工程开发建设还只是刚刚起步，任重而道远，加强地铁盾构施工风险管理，是防范地铁工程建设风险的关键，是合理开发利用地下空间，使地铁工程符合全面、协调、可持续的科学发展观的要求。

[1]周红波，何锡兴，蒋建军，等.地铁盾构法隧道工程建设风险识别与应对[J].地下空间与工程学报，2006(03).

[2]江洪.联络通道冻结法施工风险评估与识别[J].上海交通大学学报，2011(S1).

[3]王晶，谭跃虎，王鹏飞，等.地铁隧道施工过程中风险分析与控制[J].解放军理工大学学报：自然科学版，2009(04).

责任编辑：孙苏，李红

Risk prevention in Subway Shield Tunnel Construction

Subway engineering is highly risky and its risk management in construction is widely concerned.The construction and implementation of risk managementsystem are quite urgent.Based on the common risks in shield tunnelconstruction,basic theories ofrisk managementare applied in the construction to effectively analyze and explore risk recognition,risk assessment and specific countermeasures.Thus,the application of risk management in shield tunnelconstruction is elaborated in detail.

subway;shield tunnel;shield machine selection;shield tunneling parameters;risk management;risk recognition;risk assessment

TU94+4

A

1671-9107（2013）05-0032-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.05.032

2013-04-02

范业莲（1978-），女，山东人，本科，工程师，研究方向为企业安全管理。