地铁盾构施工过程及其风险评估研究

崔 红 虎

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030002)



地铁盾构施工过程及其风险评估研究

崔 红 虎

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030002)

依据地铁盾构施工的特点和分类，将地铁盾构施工技术与传统的矿山法进行了对比，介绍了地铁盾构施工技术的优点和流程，并结合盾构施工风险的定义，探讨了地铁施工风险发生的机理，为构建地铁盾构施工风险评价指标体系提供了依据。

地铁工程，盾构技术，风险预测，矿山法

0 引言

随着我国经济建设的大力发展，人们的生活水平大幅提高，我国人均汽车保有量实现大幅增加，汽车等现代化交通工具已经成为每个家庭的日常用品，因此大中城市的交通拥堵问题也日益严重。如何解决城市公共交通问题成为摆在决策者和建设者面前的一道难题，解决交通问题首先要做好城市轨道交通的规划和设计，其次是将轨道交通和传统交通进行有机结合，实现与常规公交车站、出租车站、火车站的无缝对接，最后是加强对市民的交通行为的教育和惩戒力度。因此修建有轨交通成为解决城市拥堵的最重要的问题。地铁作为一种先进的交通方式，具有安全性、可靠性、经济性等优点，因此备受各大城市的重视。

但是地铁工程项目在施工过程中却存在极大的风险：

第一，是由于地铁项目自身的特性决定的，地铁在各大工程中算是比较复杂的工程，资金投入力度大，建设周期长，施工技术的复杂和施工环境的复杂都会影响地铁工程的顺利进行。

第二，是因为地铁在我国的建设时间短，许多施工人员和管理人员对于地铁施工过程中存在的问题估计不足、认识不清、理论知识不够丰富、实践经验欠缺，这也是影响我国城市地铁工程的因素。

第三，在施工过程中施工单位缺乏一套科学、完善且运行非常顺利的风险评估体系，风险评估体系对地铁施工过程中的潜在风险可以进行科学的预判和检测，通过风险反馈进而制定详细的风险排查方案来实现科学的地铁施工。

第四，对于地铁施工过程中的关键技术，国外对于中国的封锁很严密，无法通过国际交流获得，因此需要国家的地铁工作者自力更生、自主创新，在这个过程势必会走一些弯路，这在施工过程中也会存在一定的风险。

以上几个方面的原因导致我们城市地铁项目在进行的过程中会出现施工安全事故，有些事故是灾难性的，导致道路大面积塌方、生命财产的损失。例如2015年，在建的西安地铁三号线在盾构施工过程中发生严重的安全事故。深圳地铁三号线在2008年施工期间，对工地进行桥墩浇筑混凝土施工时发生垮塌。2008年的杭州风情大道地铁施工事故中造成施工地段的大面积塌方和人员伤亡。2008年1月17日，广州地铁5号线大西盾构区间发生涌水塌方事故，位于珠江大桥下的双桥路的地面发生大面积塌陷，直接经济损失高达数千万元。因此，众多的地铁塌方事故警示我们，对于地铁盾构施工过程中的风险评估的研究是极其重要的。

本文根据风险辨识的原则和依据对盾构施工风险进行深入的研究。基于地铁施工的特点和分类，本文首先将地铁盾构施工技术与传统的矿山法进行了对比，对地铁盾构施工技术的优点和流程进行了介绍；然后根据盾构施工风险的定义，对地铁施工的风险发生机理进行了探讨，这有利于盾构施工风险的认识；最后总结风险发生的特点，归纳出影响地铁盾构事故的内在因素和原因。由此通过以上分析研究，为将来在构建地铁盾构施工过程中的风险评价指标体系提供必要的参考。

1 盾构施工技术

对于地铁施工来说，其施工方法一般有两种，一种是矿山法，一种是盾构法。矿山法主要是通过将锚杆和混凝土作为主要的支护手段进行挖掘推进的一种施工方法，但其使用条件主要针对坚硬的地质结构，但是对于软岩来说并不适用，且推进速度慢。而盾构法是世界上主要的地铁施工手段，它适应于各种地质条件，且施工速度快，在一般地质条件下，盾构机每天正常可以推进10 m～20 m。盾构施工法属于暗挖法施工，不同于传统的矿山法，它是一种全机械式的施工方法，它将开挖、掘进、支护都集成在盾构机上。它是将盾构机械在地下有规律的推进，它的工作原理是通过盾构外壳和管片来支承四周的岩石，这样可以防止岩石向内崩塌，从而避免安全事故。在掘进的过程中，位于盾构机前面的刀片对岩石进行切削，通过传送装置将开挖的岩体碎石送至洞外，同时靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，对隧道进行衬砌。盾构机从外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：位于前端的切口环、中间部位的支撑环以及后端的盾尾。其主要优点首先是机械化程度高，盾构机集各种机械为一体，大量省去劳动力，施工速度快，工作效率高。其次是隧道截面可以通过一次开挖就可以成型，在开挖过程中直接进行衬砌、支护等后续工作，不需要人工重复施工，这跟矿山法具有很大不同点。再次就是其施工工程不需要很大的空间，盾构机吊装地下之后，除了端口井外，不需要占据很大的面积，隧道施工与地面交通不构成冲突。最后就是对环境影响小，盾构施工不会产生大量粉尘，对环境不会造成污染，其噪声和振动也很小，对地上居民生活不会造成影响。盾构施工的流程主要包括：第一，初期的施工准备。施工前将盾构所需要的材料、场地、渣土运输、混凝土搅拌站、初始掘进点的设置都要准备充分，考虑齐全。第二，修建始发井。可用于盾构机的组装，将盾构施工的其他机械设备、运输设备、照明设备、搅拌设备、支护设备等运至地下。第三，盾构机吊装。根据盾构机的设计图纸组装，完成调试。第四，盾构机始发。盾构机始发是盾构施工核心工作，预示地下盾构开始，盾构机利用始发架的支撑力向前推进，按照设计掘进路线由始发口开始向地层掘进。此过程中为下一步盾构机的正式掘进做准备。第五，盾构机掘进。当盾构机进入掘进面时，地铁施工的主要过程正式开始，在掘进过程中，将挖出的岩石和土通过运输机械排出洞口，并在掘进过程中配合进行衬砌、支护等工作，以此来控制整体开挖后岩体的沉降和位移，通过支护来加强开挖后岩体的应力强度。此过程耗时最长，也是最危险的作业。第六，盾构机完成掘进工作后的出洞。

2 盾构施工的风险发生机理

由于地体盾构施工是一个庞大、复杂的系统工程，施工工序繁多、结构非常复杂、地质条件多变。如果对整个工程进行估算是不可能完成的任务。因此需要将大工程按照施工区段和时间节点进行划分，划分成一系列子工程，而每个子工程的风险是可以进行量化的，则整体工程的风险因素就是由一个个子工程的风险组成的，最后根据相关的风险模型得到整体工程的施工风险。风险分析是一个复杂的过程，针对不同问题所采取的分析模型也不同。但总的来说共分为两种：一种是项目工程工作分解结构，另一种就是项目风险分解结构，也可以采用两种方法综合起来的方法进行风险估算。地铁盾构施工的风险产生机理主要是：整体的施工处于一个孕险环境中，且此环境的状况复杂、危险系数大。当外界通过不确定的致险因子的诱导或者激励，最后就可能导致事故的发生，而事故发生的程度有时候是不可预知的，可能对整体和结构造成灾难性的破坏和损失。这种损失指的是工程中的实际收益与预期收益的差值，因此结果可以为正，也可能为负。正值表示为工程中的绝对收益，负值则表示将损失情况维护和修复到预期情况所付出的金钱成本、人工成本和时间成本。

在地铁盾构施工中主要的孕险环境包括掘进环境、运输环境、维护环境、支护环境、辅助环境、地质环境等。而致险因子主要包括供工人的违规操作、机械振动人员、材料性能稳定性、地下水的徒增、岩石的崩塌、地上外界环境的激励和扰动等。地铁盾构施工中的承险体主要包括盾构机、支护结构、地面建筑物、隧道等。最后得到的风险损失主要包括人员伤亡、经济损失、工期延长、社会影响等。

3 盾构施工的风险特点

相对于一般建设工程而言，地铁盾构在施工过程中的施工程序繁杂，技术含量高，结构非常复杂、地质条件多变，风险管理难度高。因此造就地铁盾构在施工过程中的风险就具有一定的特点，其主要表现为：

第一，地铁盾构在施工过程中的客观性和普遍性。

在地铁施工过程中，风险是客观存在的且不以人的意志为转移。无论主体是否有意识，风险始终伴随整个过程，这主要是由风险的普遍性决定的。由于此特点施工中的风险不可能凭空消失，也不能彻底解决，而是通过一定的技术手段加以抑制或控制，将风险降到最低，降到一个人可以接受的范围之内。

第二，地铁盾构在施工过程中的危险性和机遇性。

由于地铁盾构在施工的致险因子不确定，最终导致地铁施工的危险性。如果风险没有按照预期的方向进行发展，而是向相反的方向进行时，将产生非常可怕的后果。如果风险按照预期的方向进行发展，那么风险就具有机遇性。危险性和机遇性在一定的条件下是可以转化的。

第三，地铁盾构在施工过程中的必然性和偶然性。

任何风险的产生都具有一定的激励条件和事发原因且处于一定的孕险环境中，风险的发生必须是几项因素综合作用的结果，且达到一定的阈值才能产生。因此风险的产生是必然的。但是这些条件中，有些因素的产生是偶然的，是服从一定的概率分布的，所以风险的产生也具有一定的偶然性。我们可以通过概率统计来得到相关风险发生的概率分布，以此来控制风险的发生。

第四，地铁盾构在施工过程中的动态性和关联性。

从地铁盾构的施工过程来看，地铁工程项目的立项、地质勘测、地铁线路的选择和设计、地铁盾构施工，往往处于一个动态的客观环境中，因此，地铁盾构施工在进行风险评估和管理时要从动态管理的观点来进行。由于地铁盾构施工涉及面广，包含许多子项目，因此需要各子项目的相互配合和关联。因此在同步和关联过程中会产生一定的风险。且可能一个方面出现问题会造成风险程度和范围的成倍的扩大，导致整个项目难以进行。

4 结语

本文依据对盾构施工风险进行深入的研究。基于地铁施工的特点和分类，本文首先将地铁盾构施工技术与传统的矿山法进行了对比，对地铁盾构施工技术的优点和流程进行了介绍；然后根据盾构施工风险的定义，对地铁施工的风险发生机理进行了探讨，这有利于盾构施工风险的认识；最后总结地铁盾构施工的特点。由此通过以上分析研究，为将来在构建地铁盾构施工过程中的风险评价指标体系提供必要的参考。

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Onconstructionprocessofsubwayshieldanditsriskevaluation

CuiHonghu

(TaiyuanMunicipalPublicEngineeringQualityInspectionStation,Taiyuan030002,China)

According to the features and classification of the subway shield construction, compares the subway shield technique with the traditional mining method, introduces its advantages and procedure, and explores the risk occurrence principle for the subway construction combining with the definition of the shield construction risks, so as to provide some reference for the risk evaluation indexes of the subway shield construction.

subway project, shield technique, risk forecasting, mining method

1009-6825(2016)34-0170-03

2016-09-22

崔红虎(1982- )，男，工程师

U455.43

A