盾构进出洞风险分析

顾其波　章维维　范高飞

(1.杭州市公路管理局，浙江 杭州　310004；2.杭州市环境监测中心站，浙江 杭州　310007；　3.杭州余杭苕溪城市建设有限公司,浙江 杭州　311115)

0　引言

所谓盾构法[1]就是在成为盾构的钢壳之内保持开挖面稳定的同时，安全向前掘进，在其尾部拼装称其为管片的衬砌构件，然后用千斤顶顶住已拼装好的衬砌，利用其反力将盾构推进。

上海的延安东路南线隧道洞门加固措施不当，盾构出洞后导致严重的泥水冒浆，引起掘进困难，土体坍方严重，延误工期。深圳地铁一期工程、南京地铁一期工程和广州地铁四号线大学城专线等均发生过类似的盾构进出洞事故[2]。

盾构施工经验表明：盾构进、出洞是盾构施工中风险最大的环节之一，稍有不慎就会发生工程事故。通过对盾构进、出洞的关键技术和质量风险进行详细的分析，并制订详细的风险对策和应急预案，能有效把控风险。因此，研究盾构进、出洞风险分析极有必要。

1　盾构进、出洞关键技术

盾构的进、出洞工序是盾构法建造隧道的关键工序。而地基加固和基座设置是盾构进、出洞的重中之重。为了更好的控制盾构进、出洞的风险。必须重点把握地基加固和基座设置这两个关键技术。

1.1　地基加固

地基加固是盾构进、出洞中相当重要的一个组成部分，由于天然地层土没办法符合施工要求，为确保工程安全，必须采取合适的加固措施，来提高地基的抗剪切强度，降低地基的压缩性，改善地基的透水特性，地基的动力特性以及特殊土的不良地基特性。

1.1.1地基加固方法选择

正确选择合适的加固方法是地基加固的核心问题。地基加固应该考虑地基土的类别、周围环境条件、施工队伍技术素质与施工技术条件、加固深度、施工工期、设备状况和经济指标等。

目前地基加固普遍采用旋喷、搅拌+旋喷、SMW工法及冻结法等，必须选择合理的地基加固方式，确保在盾构进、出洞时土体有一定时间的隔水性和自立性。但在风险较高或特殊工况条件下需要采用多种地基加固工艺组合使用。

1.1.2地基加固质量异常的补救措施

当发现地基存在强度不足，样洞有异常或者抗渗指标不符合要求的时候，必须采取补救措施，常用的补救措施有冻结加固、地面垂直加固(单液、双液)、降压井和水平注浆加固(单液、双液)。采取补救措施后应重新开样洞，待确认补救后地基质量符合相关要求后才可凿除洞门混凝土。

1.2　基座设置

1.2.1基座设置前的准备

基座设置前必须结合设计图纸，详细测算实际预留洞口的尺寸大小和位置，核对基座是否符合盾构进、出洞要求。若不能满足要求，则需要对基座进行调整，直至满足要求为止。

1.2.2基座轴线测定

根据基座设计的位置，来标定基座安装所需要的轴线。第一步，使用全站仪在固定物体或者井壁上测设出基座中心轴线。第二步，根据基座设计的里程，在其前、中、后端三个位置，分别把垂直于基座中心轴线的法线测设在固定的物体或者井壁上。第三步，在基座前、中、后端三个部位，沿基座中心轴线两侧的井壁或者固定物体上标定同一高程的水平线，并注明实际高程值。

1.2.3基座型式

基座有多种型式，目前常用的有以下几种型式：现浇的钢筋混凝土结构、预制的钢筋混凝土结构和钢结构等。基座不仅要有足够的刚度和强度外，还应具备整体与局部稳定性，防止施工时发生事故。

2　盾构进出洞风险分析及防治

盾构的进、出洞工序是盾构法施工的重要工序之一，涉及多种工种交叉施工，风险大，稍有不慎极易引起工程事故。因此，研究盾构进、出洞的风险分析和防治特别有意义。

2.1　盾构基座变形

2.1.1现象

在盾构进、出洞时，需要在洞口布置基座，由于多种因素，可能会引起盾构基座变形，从而影响盾构推进。盾构基座布置示意图如图1所示。

2.1.2原因分析

1)未经过专项验算，盾构基座框架结构稳定性、整体刚度和局部构件的强度不能满足要求。

2)盾构基座使用多次，钢材发生疲劳或生锈等原因。

3)盾构基座加工人员责任心不强，私自改变结构型式，焊接工人漏焊等。

4)专项检查中，未发现存在的问题。

2.1.3预防措施

1)在选择盾构基座时，应该通过验算，确保盾构基座框架结构稳定性、整体刚度和局部构件的强度能够满足盾构进、出洞要求，特别要考虑在盾构过土体加固区所形成的推力大小。

2)盾构基座如需重复利用，保养和修理工作应该及时跟上。每次使用前，应该有专门的检测报告，确保重复利用的盾构基座能符合强度和刚度的要求。

2.1.4治理方法

发现盾构基座变形损坏的构件，应该及时加固或者更换，在盾构进、出洞时，应该加强观测，一旦发现盾构基座变形，应该停止推进，召开专家会，查找问题，确定措施后方可继续推进。

2.2　盾构后靠支撑位移及变形

2.2.1现象

在盾构出洞过程中，需要用后靠支撑系统来支撑盾构前进，后靠支撑系统获得过大的力作用后，可能发生后靠支撑的偏移、断裂和局部变形等情况。

2.2.2原因分析

1)后靠系统受力分布不均衡、不对称，产生应力集中。

2)没有对盾构后靠系统进行科学合理的设计，盾构支撑受力作用面强度不足、混凝土强度不够或结合面不平整等因素。

3)施工工人责任心不强，焊接技术不过关，导致钢构件焊缝强度不符合要求。

2.2.3预防措施

1)对盾构操作工人进行上岗培训，经过考核后方可上岗，盾构操作工人在盾构推进过程中要均衡推进，禁止大角度纠偏。

2)开展科学严格的验算，确保各构件强度符合要求，且用素混凝土或水泥砂浆填充密实各个缝隙。

3)建立工人培训上岗制度，制定奖惩制度，对责任心强的工人进行奖励，对责任心不强的工人进行教育。

2.2.4治理方法

对变形过大的构件，进行重新加固或者用新构件来替换，并做好监测工作。

2.3　盾构出洞段推进轴线偏离设计轴线

2.3.1现象

因多种原因导致盾构在推进过程中，与设计轴线偏离，此时需要对盾构进行纠偏。

2.3.2原因分析

1)过高的盾构正面平衡土压力，带动土体隆起，导致盾构上浮。

2)盾构机械系统故障等多种原因导致上部千斤顶的推力不足，导致盾构沿着向上的趋势偏离轴线。

2.3.3预防措施

1)确保科学合理设定盾构正面平衡土压力。

2)对盾构操作工人进行培训，确保盾构操作工人正确操作盾构，按照保养设备定时保养设备。

2.3.4治理方法

如果是通用环管片，可以通过对封顶块的合理选择来进行纠偏，同时把握注浆量，加强监测，确保盾构轴线往设计轴线靠。

3　结语

1)盾构进、出洞是盾构法施工中重要工序之一，也是风险控制的关键节点。施工过程中，应该合理安排工序，各工种施工人员应该密切配合，方能顺利完成盾构进、出洞，并将风险降低到最低。

2)盾构施工具有复杂性、隐蔽性、不稳定性和施工风险大等特点。必须认真对待科学分析，提前做好风险预案，注意细节，事故是可以避免的。