盾构隧道施工中的风险及规避对策研究

徐 丽 平

(中铁隧道集团有限公司，河南 洛阳 471009)

盾构隧道施工中的风险及规避对策研究

徐 丽 平

(中铁隧道集团有限公司，河南 洛阳 471009)

通过对盾构法施工中常见安全事故原因的分析，论述了盾构隧道施工风险研究的必要性，并对盾构进出洞施工风险、开挖面失稳风险、洞内塌方事故风险等规避措施进行了研究，以确保项目工程的顺利实施。

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1 盾构法施工常见的安全事故

地铁隧道工程是地铁建设中的重要环节，任何一种施工方法都会对其周边环境形成一定的影响。在地铁隧道的施工建设中，引发安全事故的各类事件，从影响对象的角度来进行划分，可以将其分为五类：

1)工程结构事故指的是地铁建设的过程中，由于地铁工程结构原因导致对工程整体结构遭到破坏的情况。

2)人员安全事故指的是在施工的过程中，有第三方人为因素而导致的人员伤亡事故。

3)环境安全事故指的是工程施工导致的周围环境发生变化，如地表下陷、建筑物沉降、建筑物倾斜等，并由此而引发的人员及财产损失；同时，地下管线的布置被破坏也属于环境安全事故。

4)社会影响事故指的是工程施工中对社会所造成的负面影响，比如由于地铁施工导致的交通不便、地下管线被破坏引起的群众不满等。

5)生态环境事故指的是在工程施工中对自然生态所产生的负面影响，比如地下水位变化、径流改变、河道变化等。

2 地铁施工安全事故频发的原因分析

1)在进行具体施工的过程中，由于地质、水文条件存在差异，工程所在区域拥有较大的异变性，并且由于地下水的作用，导致在地质条件勘探的过程中，会使工程施工受到不同程度的制约，必须根据现场情况来有针对性的提出解决方案。

2)工程施工环境错综复杂，地铁施工多建于城市中心区域，建筑周边环境相对更为复杂。对于地下铺设的管线必须要进行详细的计算与测量，如果出现资料不全或者勘察不力的情况，将会极大的增强工程施工的不确定性。

3)项目工程准备不足，工序与工期没有按照计划实施，导致工期偏紧或者延迟。由于技术与条件的制约，很多地铁项目的工期都较为紧张，通常要用将近4年时间才完成30 km的地铁线路铺设，同时也有部分施工队为了保证工期而忽视质量问题，反而造成更为严重的安全事故。

4)项目施工管理薄弱，技术专业水平低。我国专业地铁建设人才数量有限，在全国大范围进行地铁施工的过程中明显表现出人才紧张的局面，很多地铁施工人员都是以外来务工人员为主要施工力量，只进行了简单的岗前培训即上岗，甚至直接将部分工程分包给资质不全的承包商，这些都是在施工管理与专业水平方面所暴露出来的问题。

5)工程建设安全意识差，预警机制不健全。在地铁干线的铺设过程中，我国仍然处于起步阶段，地铁建设仍然具有一定的风险性，也正因如此，目前我国地铁隧道工程事故屡见不鲜，使地铁建设产生极为不良的负面影响。

3 盾构隧道施工风险研究的必要性

隧道工程作为地下工程，相较于其他工程项目具有更高的隐蔽性，在施工技术方面更为复杂，存在的不确定性更大，这也使隧道工程具有较高的风险性。特别是我国城市地区，地下管网错综复杂，若要进行隧道建设，就必须要注重从设计到施工全方面进行考虑。如果在决策时没有考虑周全，那么将会提高施工的难度，并引发极为严重的后果，对人们的生命和财产造成威胁。

风险评估研究主要就是针对工程项目建设而提供的决策依据，并且主要是针对领导层来推进的，具体表现在领导层决策的信息、对工程进度的掌控以及资金流向方面。工程风险研究所要完成的核心内容是“工程精算”，也就是对各种可能存在风险的子项都是以费用作为标尺来进行衡量，而对工程项目风险实施量化，使决策更为专业和准确，将可能存在的风险进行合理规避与化解。对项目工程风险进行评估与控制，主要就是为了确保项目工程的顺利实施，并在后续工作中增强其安全性，进而使项目的利润实现最大化，这也是防控风险评估的主旨。

4 盾构隧道施工常见事故的规避措施

4.1 盾构进出洞施工风险的规避措施

国内盾构施工的实践经验表明，盾构进出洞这个阶段中，其风险主要集中在洞口土体的稳定性方面。如今国内发生的多起盾构施工事故也多发生于这个环节。端头加固效果差，甚至存在洞口面流水，进而引发大规模的塌方事故，更严重的情况可能会导致地面沉降，牵涉到周边建筑物的安全，因而必须要采取有效的方法来确保盾构顺利的进出口地段。1)要对施工地层的地质条件进行认真研究，使进出洞端头地层的加固长度要长于盾构机的长度，同时对土体开挖面稳定性较差的区域必须要构建降水措施；2)洞口打开前要对地层加固效果进行测试，在测试合格后方才准确开启；3)由于盾构机推力小，同时地层比较柔软，这时要注意盾构机发生叩头；4)采用盾构法时，因为与地层之间没有摩擦力，要防止盾构侧滚，在此阶段适宜缓慢推进。

4.2 开挖面失稳风险的规避措施

如果是存在微承压水的区域，如果土压力设置不当，则会导致开挖面失稳，或者形成流砂，若没有对其给予重视，则很可能会危及地面上的建筑物，因而需要对开挖面失稳采取一定的措施。首先，在正式施工掘进前，对地层土质进行采样分析，取得合理参数，使挖掘的渣土具有流动性与止水性，并确保渣土能够充满压力舱；其次，对土仓压力进行控制，避免开挖面出现失稳；最后，还要对推进速度以及渣土的排土量进行控制，确保开挖量维持在一个稳定的均衡水平。

4.3 地表发生过大沉降风险的规避措施

地铁隧道施工会对施工区域的地层土体产生扰动，进而引发隧道周围地表土质产生位移或其他变化，如果沉降过大，对周边建筑物以及地下管线将会造成影响。对此，需要构建地表监测机制，并采取一定方法阻止沉降趋势加重。首先，在盾构掘进时，要对周边建筑物及其管线进行考查，并对数据进行详细的分析与处理，对盾构推进参数不断进行优化和调整；其次，在盾构掘进时，一旦发生沉降或者塌陷，要指派专人进行现场巡视，并对周边建筑物的情况进行细致勘察；再则，在注浆或二次注浆过程中，需要对盾尾建筑空隙进行观察，进而控制注浆量以及内部压力，使施工导致的土体变形所造成的影响降到最低；最后，一旦出现沉降过大的情况，在沉陷区域要采取地表注浆，以此来增强地基的牢固性，避免沉降范围扩大。

4.4 洞内塌方事故风险的规避措施

掘进过程中一旦出现塌方事故，要立刻对造成塌方的原因进行分析，并启动应急机制，避免地面产生更大范围的沉降，确保盾构机能够顺利通过沉降处。首先，如果发生事故，要尽快切断四周地表水，避免下水渗透导致更严重的塌方；其次，在加大注浆量的同时要对注浆质量进行核审，避免沉降范围扩大；再则，要对盾构掘进速度与出土速度进行控制，进而控制好内部土压，平衡内外部压力，使地表沉降量有所降低；最后，技术人员要对周边地质水文条件进行监测，并及时对掘进参数进行调整与优化。

5 国内盾构隧道施工事故案例

5.1 上海地基土层概述

上海地处长江入海口，长江三角洲腹地，其第四纪堆积物厚度约为300 m。在地表下75 m以上含有3个海相软土层，其中土壤含水率高，土质空隙明显，压缩性强。上海地区地下水在地表以下1 m范围，微承压含水层承压水头距离地表3 m～6 m；深层承压水头距离地表6 m～11 m，最深处在25 m左右。

5.2 地下工程施工

施工过程中，盾构深度约为10 m～25 m，土层属高塑性、高灵敏度饱和土，地质疏松，蠕变量偏大，容易产生流砂、坍塌、管涌等情况。车站底板埋深在13 m～18 m之间，个别车站埋深达到30 m，因而基坑支护的牢固性尤其重要。

5.3 事故案例分析

1)事故情况。

2003年7月1日凌晨，上海轨道交通4号线，越江隧道段施工作业面中，由于涌入大量水以及流砂，导致隧道坍塌。周边建筑物严重倾斜，黄浦江防汛墙围堰出现管涌，由于发现及时处理得当，并未造成人员伤亡。不过，就此估算其直接经济损失达到1.5亿元，原地修复造价约7亿元。

2)事故原因分析。

a.设计因素。在设计方面对原有的冻结方案进行了调整，冻土平均温度进行了下调，由原方案中的-10 ℃调整为-8 ℃；旁通道处垂直冻结管数量下调，原方案中设计为24根，具体工程施工中为22根；原方案中25 m深的7根冻结管中4根长度缩短到14.25 m，另外3根长度缩短至16 m，导致旁通道与下行线隧道腰线以下冻土层不实，无法承受相应的水土压力。这份方案的调整为事故的发生埋下了隐患，整体施工方案程序审定不规范，在下达决策时不慎重，设计与施工存在不足，对施工条件下相关系数的确定不准。

b.施工因素。2003年6月28日上午，隧道下行小型制冷剂出现故障停止制冷达7.5 h。施工人员进行技术勘察时，在其内部安装水文观测孔，发现存在压力水并渗漏，用模板对掘进面进行封堵，但收效甚微。29日凌晨，水阀指示水压与外部第七层承压水水压相近，险情初露端倪，但现场无人向相关上级汇报，并造成险情逐渐恶化。7月1日零时，中煤上海分公司某项目经理在清楚通道冻土结构有安全隐患的情况下，仍然指挥当班班长，执意拆除冻土前掘进面封板，使用风镐凿出直径0.2 m的孔洞，准备注入混凝土，但水和流砂从此孔洞不断涌出，同时掘进面右下角以及侧墙也不断出现渗漏，最终封堵无效导致事故的发生。

c.管理因素。尽管新的冻结方案经过总工程师批准，但在审批流程方面并没有按照相关规定严格执行，没有交由总承包方以及监理公司进行核定，而总承包方以及监理公司在知悉施工方案改动后，没有履行职责将施工方的要求向上级报送，也没有对调整后的方案进行更为具体的考查与分析。其中，总承包方存在管理失控之责；现场监理严重失职。

6 结语

施工安全与风险防范管理在工程项目建设中至关重要，是项目工程顺利实施的基础前提。盾构隧道工程存在很高的隐蔽性，并且内部环境复杂多变，各种不确定因素都使其存在施工风险。多数事故并不是由一种原因造成，而是受多种危险因素的影响而产生的。因此，在盾构隧道施工项目中必须要对各个环节进行严格把关，事无巨细，只有这样才能有效确保工程的质量。本文着重对盾构施工所存在的风险进行阐述，并且提出了可行性的方案与对策，对规避盾构施工中的各种风险具有积极的理论与实践意义。

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Study on shielding tunnel construction risks and preventive measures

Xu Liping

(ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd,Luoyang471009,China)

The paper analyzes common shielding tunnel construction safety accidents causes, discusses the necessity of studying shielding tunnel construction risks, and discusses preventive measures to shielding tunnel exit construction risks, excavation instability risks and internal tunnel collapse accidents and so on, with a view to guarantee smooth engineering implementation.

shield method, risk, preventive measures, accident

2015-01-10

徐丽平(1976- )，女，工程师

1009-6825(2015)08-0188-02

TU455.43

A