论盾构施工中风险控制

王琪

摘要：盾构施工过程中存在这诸如进出洞、障碍物、沉降、开仓与换刀等一系列风险，在盾构施工中要对这些风险严加控制，确保施工的质量与安全。本文对盾构施工中的部分风险进行分析，并提出了相应的控制措施。

关键词：盾构施工；风险；风险控制

中图分类号：U455.43 文献标识码：A

一、盾构施工中存在的风险

（一）盾构进出洞风险

盾构在工作井内始发掘进必须凿出预留洞口的钢筋混凝土后，才能将盾构推入洞口，盾构刀盘转动切削洞口外土体。由于凿出预留洞口的钢筋混凝土需要较长时间，洞口土体暴漏时间过长会引起土体坍塌进入工作井，影响盾构始发；如遇含水饱和的砂性土，极易引起大量水涌入工作机，造成严重的工程事故，延误工期和造成巨大的经济损失。尤其是大直径盾构由于埋设大和洞口面积大，盾构始发的风险更大，对洞口土体加固的质量要求更高。加固的整体性和抗渗性至关重要，加固体与井壁密封性不能出现缺陷点。

（二）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。

（三）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

（四）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。

二、盾构施工中风险控制

（一）盾构进出洞施工风险应对

严格按地下工程防水施工验收规范标准要求施工；加强工作井的降水、排水措施；在洞口及进洞一定范围内进行冻结加固，保证冻结质量；施工时，以车站结构中的两端头井作为盾构的出发井及接收井，推进前需设置可靠的临时支座来承受盾构千斤顶的推力，盾构进出工作井时应采用地基加固等可靠的辅助措施；盾构机要有可靠的轴线定位系统，如：激光导向，陀螺仪定位系统。可靠的地面三角网及井下引进导线系统，每隔一定距离设吊架（栏）对轴线跟进测量。每环衬砌测量与设计轴线的偏差。发现偏差及时缓慢纠偏。测量仪器有全站仪和水准仪，特点是精度高，需要经常校验。

（三）下穿建筑物、管线的沉降控制

1、下穿建筑物

若建筑物桩基较深，侵入盾构隧道的洞身，应进行桩基拖换或拆除该建筑物并对桩基础进行处理，盾构机方可通过。若建筑物桩基较浅，没有入侵盾构隧道，或者建筑物无桩基，盾构下穿该建筑物时，应采取以下防范措施：（1）进一步详细勘察，确定建筑物桩基具体位置、桩径、桩长等基础资料，进一步明确区间隧道与桩基的位置关系（2）根据工程实际情况，选择进行地表注浆或洞内注浆等措施。（3）盾构施工时，合理设置土压力值，保持正面的平衡，防止超挖和欠挖；（4）穿越时降低推进速度，控制总推力，减少土层扰动。（5）穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数及纠偏量，减少土体的扰动；（6）保证一次穿过，不能中途换刀，如果实在避免不了在上部地段换刀，事先要准备充足的预案。首先从盾构前部预留的超前加固装置对土仓上部及前方顶部的土体进行注浆加固，以保持开挖面稳定不出现塌方，然后再对土仓加气压后更换刀具。（7）加强建筑物的监控量测，根据建筑物的性质、结构形式、基础形式等建立不同的控制值，通过监控量测及时掌握建筑物的变形情况，及时调整施工工艺，确保建筑物保护管理在可控状态。

2、下穿或斜穿管线

（1）加强施工过程监测，在区间隧道施工过程中，必须对地面、土体以及管线实施全过程监测、及时提供监测措施信息和预报，以便评估盾构施工对地下管线的影响程度，预报可能发生的安全隐患。（2）加强施工过程控制，合理优化盾构施工参数，严格控制每一施工步序的地表沉降值或水平位移值。

（四）开仓门与换刀注意事项

1、开仓门注意事项

开仓门前应先打开人仓和土仓之间的减压球阀（如果阀芯堵塞时用铁丝通开），待土仓内外气压平衡后，再拆下螺丝，最后打开压板，在松开压板螺丝的过程中，要严格注意土仓内压力的变化，发现异常时，马上拧紧螺丝，以防异常情况发生。在进行刀盘检查前应准备好联络、通信工具，并安排专人值班，以确保刀盘检查和换刀过程中，人仓、操作室和地面监控室之间的信息畅通。土仓门打开后，应先由盾构队土建工程师对刀盘前方土体的稳定性及地下水情况进行确认，并得出是否具备进行刀盘检查的条件，当符合条件后，方可进行刀盘检查；当条件不符合时，应先采取应急措施，如用大锤将木板（长1m，厚30mm，头部带尖）向前上方打入刀盘和土仓的缝隙，以及给刀盘进土口每隔10cm打入木支撑等，严防土体塌方造成对检查人员的伤害。

2、换刀措施

在盾构施工中，不同的地质情况换刀采取的措施不同，通常的做法有：在自然围岩条件下换刀；在地层预加固的条件下换刀；如采取旋喷桩加固，搅拌桩、微型桩、袖阀管加固方式。在压缩空气条件下进行换刀作业。

确认检查、更换刀具的时间也很关键，通常刀盘检查时间的确定根据地层情况和盾构机掘进的参数变化来判断，根据经验，通常在下列情况下要进行刀具检查，视情况进行更换刀具。在硬岩地区每推进二十米检查一次；在砾质粘性土中每推进三百米检查一次；当掘进参数：如推进速度、总推力、刀盘扭矩等发生异常时进行检查。

某盾构工程处于硬岩地区，纠偏困难；推力比同等地质条件下大，但速度、扭距等明显低得多；扭矩>300t.m、推力，推进速度较低，同时推进频繁跳闸，此工程采用以下措施进行换刀：

每十环进仓检查刀具磨损情况,因为大连有小半径区间,使用扩挖刀时为了保证切削半径,磨损至8 mm时更换，更换下的超挖刀可作为正面滚刀使用，周边滚刀在磨损到１０mm左右更换，更换下来以后也可作为正面滚刀使用，正面滚刀和中心滚刀在磨损到１５mm时进行更换，保障刀具的修复价值．换刀前根据磨损情况分析，结合地勘报告选择合适的换刀点，避免在地质不稳定的地段换刀．过重要建筑物前必须检查刀具，保证一次通过重要路段．换刀前通过土压力显示和打开球阀确认水土位置，确认在半仓以下后缓慢打开仓门，先由技术人员戴防毒面罩和气体检测仪进入土仓确认无有毒气体和掌子面情况稳定后方可进入实施换刀。

参考文献

[1]窦鹏涛.盾构施工对周围建筑物的安全影响及处理措施[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2013年5期.

[2]林军.浅谈盾构法施工压气作业的风险控制[J]. 城市建设理论研究（电子版）, 2012年4期.