南宁地铁盾构施工风险管理研究

摘要：南宁地铁盾构区间隧道主要经过富水的砂卵石地层，呈现出地下水位高、地层强度高、卵石含量高的工程和水文地质特点。文章针对南宁特殊工程和水文地质特点，从机械、施工操作、对周边环境影响三方面分析了地铁盾构施工存在的风险，提出了盾构施工风险防范的具体措施。

关键词：南宁地铁；盾构施工；风险管理；风险防范措施；地铁工程 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）21-0187-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.091

1 概述

2011年12月29号，随着南宁地铁1号线的全线开工建设，南宁地铁开工建设的序幕正式拉开，此后2号线、3号线陆续开工，南宁市轨道交通快速发展。南宁地铁盾构区间隧道主要经过富水的砂卵石地层，呈现出地下水位高、地层强度高、卵石含量高的工程和水文地质特点。由于特殊的地质条件和周边环境，南宁地铁采用盾构法施工的区间隧道面临众多技术难题。本文根据南宁地铁盾构隧道施工的实践经验，从机械、施工操作、周边环境影响三方面分析盾构施工风险，并提出相应对策，为今后地铁盾构隧道施工的安全进行提供参考。

2 南宁地铁工程和水文地质条件

南宁地铁盾构隧道区间通过的主要地层为卵石土，呈现出如下特征：第一，卵石土地层中含有45%以上卵石，卵石含量较高，构成该地层的主要部分；第二，颗粒间胶结物广泛分布在砂卵石中；第三，砂含量约为9%～25%，含量较高；第四，卵石土地层透水性极强，渗透系数达15.8～50.8m/d；与此同时，地下水位高，丰水期水位埋深约2.4～4.2m，枯水期水位埋深约3.1～5.1m，受沿线车站等基坑降水影响，区间内地下水位埋深约5～12m，年变幅约1～2m。

3 南宁地铁盾构施工的风险分类

3.1 盾构施工机械风险

盾构机械的使用性能关乎施工效率和工程成本，是保证盾构施工顺利进行的基本前提。机械风险主要包括：

3.1.1 机械磨损。长距离施工推进过程中，主轴承大刀盘、刀头会发生较大磨损，从而推进无法正常进行。

3.1.2 排出泥浆中的砂石成分会造成泥浆泵和排送管路的磨损和堵塞，导致刀盘切削的土体排出受阻。

3.1.3 密封件防水失效。长距离推进导致密封件防水失效，密封仓内泥浆渗漏到盾构机内，工作面土压力得不到保证。

3.1.4 液压推进系统漏油，不能提供正常的推力，甚至导致盾构后退。

3.1.5 盾尾密封失效。盾尾密封不合格或出现较大磨损，容易造成周围水土大量流失，盾构机内涌水或沉陷。

3.1.6 注浆管路堵塞。由于浆液硬化等原因，注浆管路会发生堵塞，导致注浆无法正常进行。

3.2 盾构施工操作风险

在盾构施工过程中，往往因操作不当，造成重大风险事故。盾构施工操作常见风险有如下四种：

3.2.1 由于工作井的结构不合理或支护不当，造成变形严重，导致基坑失稳，土体发生坍塌，造成盾构机被埋没。

3.2.2 错误地选择土仓压力，造成前方地表发生较大的沉陷或隆起。

3.2.3 水压较高的情况下，长距离施工、换刀和开仓，掘进过程中，将加剧检修设备和刀具更换的风险。若隧道较长，在施工过程中控制不好轴线，不具有足够大的纠偏距离，很可能在进洞时偏离目标井或错位对接。

3.2.4 盾尾密封装置进行更换时，一旦预防涌水措施做不到位，盾构区间内会被水淹或发生沉陷。

3.3 盾构施工周边环境风险

盾构施工会造成一些地方变形，地基土地的变形会给建筑物受到影响，其外力条件和支撑情况会发生改变。出现倾斜、沉降、断面变形等现象。主要包括：

3.3.1 由开挖面坍塌、超挖与盾构蛇行、衬砌变形、盾尾间隙的产生等原因，导致建筑物地基反力的分布和大小发生变化。

3.3.2 盾构过程中推力过大，壁后注浆压力或与周围土体发生摩擦，造成土体负载，使建筑物地基的土体压力增大。

3.3.3 由于水位下降导致有效覆土压力增大，土体压密沉降，造成地基垂直土压力增大。

3.3.4 受盾构施工的扰动，建筑物周围土性发生变化，造成蠕变沉降和弹塑性沉降，改变地基的反力分布。

4 盾构施工风险防范措施

在对工程项目进行风险识别、风险评价之后，风险管理者应对工程项目存在的各类风险和潜在损失编制切实可行的风险应对计划，确定既符合实际，又有相应效果的具体应对措施。尽量规避风险、转移风险，使风险损失降低到可接受的范围内。

4.1 盾构机械风险防范

机械风险多与不规范、不正确的违章操作有直接关系，所以严格操作规范，是避免事故的重要前提。

4.1.1 盾构机刀盘刀具选型风险的控制措施。

第一，合理选择刀盘开口尺寸及开口率。对于可以排出的小粒径卵砾石，盾构螺旋输送机尽量采用自然排出法，无法通过的大粒径卵砾石经破碎后排出，从而降低盾构机刀盘刀具的磨耗和更换频率，提高掘进效率。刀盘开口尺寸的选择要参考可通过螺旋输送机的最大卵砾石粒径。减小刀盘周边开口率及开口尺寸，增大中心位置的开口率，确保前方土体能顺利进入土仓，防止隧道拱顶部位的碴土塌落不到土仓中。

第二，增加螺旋输送机的直径。若增加盾构机刀盘开口尺寸，一些砂卵石不被破碎直接进入盾构机，可能会造成堵塞。增加螺旋输送机的直径，确保砂卵石正常排出。

第三，提高机械设备的耐磨性。通过刀盘面板的焊耐磨条和耐磨块可以提高耐磨性。提高刀具的耐磨性可选用嵌有耐磨合金块的软土刀具和硬度较高的滚刀；提高螺旋机的耐磨性可在进料口处镶嵌耐磨合金块或焊耐磨网格。

4.1.2 对盾构机设备故障风险的控制措施。为控制盾构机设备故障风险，需改进盾构设计，优化盾构设备使用性能，达到在富水砂卵石地层条件下盾构施工

要求。

第一，开挖机械故障风险控制措施。合理选择道具组合，优化刀具的结构，提高盾构的挖掘性。注意定期检查刀具、主轴承、密封件磨损情况，分析磨损成因，及时维护保养；设定合理的盾构掘进参数，加大主轴承直径，防止盾构刀盘扭曲变形。

第二，注浆系统故障风险控制措施。加强注浆系统设备的保养和维护。为预防注浆管道发生堵塞，在注浆完成后，需及时清洗注浆管道，选用质量合格的注浆材料，浆液进行适当配比。

第三，出碴系统故障风险控制措施。为降低螺旋输送机和输送皮带的磨损，可通过向土仓、螺旋输送机内加入改良剂改良渣土实现，在优化设计的基础上，对螺旋输送机加焊耐磨层，以增强输送机的抗耐磨性能。通过小半径曲线时，降低皮带传速，防止皮带发生偏移。

4.2 盾构施工操作失误风险防范

4.2.1 开挖和顶进控制失误风险防范。通过补充地质勘察摸清隧道线路沿线工程地质情况，设置合理的盾构掘进参数。正确计算平衡土压，保证开挖面的稳定性。合理的开动分组千斤顶的工作状态。

4.2.2 轴线控制不当风险防范。加强施工测量，每50m设吊架（栏）对轴线跟进测量，通过激光导向、地面三角网、井下引进导线系统等对盾构机进行准确的轴线定位；使用精度较高的全站仪和水准仪，并定时加以校验。

4.2.3 注浆控制不当风险防范。浆液配比要适当，严格控制注浆压力与注浆量，保证及时注浆，防止注浆管路堵塞失效。注浆完成后，及时清洗浆液罐和注浆管路，定时检修维护注浆管路。

4.2.4 密封防水失误风险防范。盾尾处设置三排密封刷，在刚弹簧板和钢丝刷上可涂氟树脂防锈剂。推进过程中及时注入盾尾油脂，要求采用优质润滑油脂，注意每次过站时检修密封刷。

4.3 盾构穿越地面建筑物的风险防范

根据南宁地铁特殊的工程水文地质条件，盾构施工引起的沉降主要在施工阶段，后期几乎没有沉降，因此在盾构过程中要将对土体扰动降至最低，确保地面建筑物的安全。

4.3.1 严格控制出土量。出土量要严格控制在60m3/环以内，与出土量有关的施工参数均要严格把关，尽量避免超挖、欠挖等不当操作，以降低盾构穿越造成的不良影响。

4.3.2 保持正常推进速度和推力。正常推进时速度要保持在2～3cm/min范围内，土仓压力波动值不能超过0.02MPa，尽量维持稳定；总推力控制在15000kN以内，可根据具体情况适当降低。尽量做到均衡施工，降低对周围土体的扰动程度。

4.3.3 严格控制盾构纠偏量。在保证盾构正面沉降控制良好的前提条件下，尽量让盾构均衡匀速施工，避免盾构形式出现频繁和较大的偏移。每环检查管片的超前量，确保折角变化和隧道轴线不能超过0.4%。注意观察管片与盾壳的间隙，控制纠偏量来创造好的条件。

5 结语

本文对南宁地铁盾构施工的风险管理问题进行了研究，在盾构过程中，要充分做好施工组织管理，针对潜在风险进行安全生产专项检查和重大隐患排查，编制风险分析清单，保证安全与风险管理的及时性，并适时对方案和检查进行调整，保障项目施工安全顺利地进行。

参考文献

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[2] 陈中.成都地铁盾构隧道施工风险分析及策略[D].西南交通大学，2008.

[3] 许景昭.北京地铁盾构施工安全管理与风险防范[J].施工技术，2010，（39）.

[4] 张博.地铁盾构法施工风险管理与应用研究[D].中南大学，2009.

作者简介：魏燃（1987-），男，河北平泉人，供职于中铁西北科学研究院有限公司西南分院，硕士，研究方向：南宁市轨道交通项目施工监测。

（责任编辑：周 琼）