地铁区间盾构施工技术探究

陆浩

摘 要：随着我国经济的快速发展，城市化建设脚步加快，地铁成为了城市建设中的一道亮点，有效的缓解地上的压力。盾构法是地铁区间隧道施工过程中一种常见且有效的施工方法，其虽具有很多优点，然因设备投资大、操作要求高、影响因素复杂等问题，导致施工过程仍存在许多不确定的因素，风险较大。

关键词：地铁区间；隧道掘进技术

1 引言

近年来随着城市数量的增加，规模的扩大，造成了可用土地减少、环境污染、交通拥挤、空气质量下降等问題。在这种形式之下，以高效、节能、低耗、舒适为特点的地铁在我国得到了迅速发展，盾构法以其与众不同的优势，迅速发展为修建城市地铁隧道施工的主要方法。

2 盾构法施工原理及优缺点

盾构法施工是采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法，是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始将此项技术应用于城市地铁隧道施工中，以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。盾构法施工不仅具有地面作业少、不影响地面交通、噪声少等优点，在经济上也具有较大的优越性，因其机械化程度高、工人劳动强度低，施工速度较快，在提高地铁工程的建设质量的同时还能缩短工期，大幅度降低了工程成本。虽然盾构法优点不少，但在施工过程中也存在较多的缺点。由于盾构机设计、制造、安装等准备的时间较长，前期投资大，操作要求高，特别是当隧道半径曲线、半径过小时，施工较为困难；隧道的地质也会影响施工，覆土太浅时，会很难控制盾构法的施工沉降，盾构法施工队施工人员专业性要求高，且施工难度高，因此在进行城市地铁区间隧道施工前，有必要利用风险管理理论指导施工。

3 盾构施工中常见的安全风险

3.1 盾构始发到达存在的风险

盾构始发指的是在始发井中利用反力架和始发基座等设备使盾构机从盾构基座离开，然后经井壁上的洞口顺着已定路线进行各种施工作业，而盾构机出洞则指的是盾构机顺着逐步掘进到车站内接收基座上的相关施工。在始发到达施工过程中，洞口土体不稳定是一项比较大的风险，如果端头加固效果不好，不仅会导致洞口涌水涌砂，严重时还会造成的地面沉降超标，塌陷等情况，影响周边安全。另外，始发时要控制好盾构机掘进参数，主要包括刀盘扭矩，推进速度，总推力，贯入度等，避免盾构推进过程中造成盾体滚动，反力架变形等情况，影响工程安全及工程质量。

3.1 开挖面失稳风险

在进行地铁隧道盾构施工时，如果在开挖的过程中遇到流砂或管涌的情况会导致盾构机持续突沉或磕头的情况。此外，在开挖时如果前方地层存在空洞，也会使盾构机的轴线出现沉陷、偏移和塌方等情况。另外，在盾构机推进过程中，还有可能会遇到超浅覆土，出现冒顶。如果盾构机作业过程中遇到涌水情况，会导致盾构机正面产生大面积塌方。

3.3 盾构机穿越密集建筑群存在沉降风险

在地铁隧道盾构掘进过程中，很容易导致地表出现变形情况，对四周建筑和环境造成较大影响。如会引发变形和位移、环境污染、地下水流失等问题，特别是当区间环境比较复杂时，会导致沿线建筑物出现倾斜、沉降、倒塌、开裂等风险。盾构机穿越密集建筑群前要进行试验段掘进，一般试验段选取长度不低于50m，地面监测环节尤为重要，通过监测数据调整盾构掘进参数。有必要时可以通过中盾注入优质膨润土或克泥效等辅助措施控制地表沉降。

4 地铁区间隧道盾构施工风险识别

风险识别是风险管理的第一步，是整个风险管理系统的基础。风险识别过程一般分六步确定目标、明确最重要参与者、收集资料、风险形势估计、识别潜在风险因素、编制风险识别报告。地铁盾构施工风险识别分析包括以下几个方面：①分析盾构法的风险及特征，分清盾构施工风险因素的类别，从而确定风险控制目标；②按照施工流程图，对施工各个方面进行分析，组织专家论证，列出每个方面可能存在的风险因素；③从盾构机械设备、施工管理和地质环境方面对风险进行识别。在风险识别过程中，应当遵循由粗及细，由细及粗，先怀疑，再排除的原则，要做到风险确认与风险排除并重，对风险内涵进行严格界定，并充分考虑风险因素之间的相关性的原则。

5 城市地铁区间隧道盾构施工风险管理策略

5.1 控制地层与重要建筑物的隆降

在盾构机掘进施工前，要对施工影响范围内的地面建筑物、地下障碍物、地下管线以及地下设施等进行详细探查，并对重要建筑物给予必要的事先加固或保护。若未对地层及重要建筑物进行保护采取针对性措施很有可能造成地层及重要建筑物沉降。①要建立严格的隧道沉降量测量控制网，及时定期的对地层及建筑物进行监控，并分析盾构前方监测点的监测数据，充分掌握盾构施工对隧道及本身周边环境的影响。地铁施工中地面监测数据一般控制在-30～+10mm范围以内。若地面变形接近-21～+7mm时，应尽快找出原因并采取相应的而措施。若超出此范围，为防止地面地面沉降量进一步加大而引起地面塌陷等风险，应立即停止掘进，对地面相应位置进行围蔽，分析原因并采取相应的处理措施。②结合现场环境在盾构机进站时，要采取准108管棚加固拱顶及地面注浆加固以稳定进站洞口，使洞口地基土结构达到理想状态，除此之外还要为降低地面沉降，要强化同步注浆及二次注浆管理。

5.2 控制掘进过程的风险

在盾构掘进过程中，有效管理掘进参数，合理设定土仓压力系数。为保持开挖面始终处于稳定状态，要不停优化掘进参数，进而把握好建筑物及地层沉降度。在砂卵石地层中施工时，可通过渣土改良或将适量浓度较高的膨润土灌入刀盘面、土仓内以保障仓内土压平衡及渣土和易性。在施工初级阶段，可结合实际调整参数从而保障后续工程顺利施工。在施工期间，结合实际对阶段性的调整盾构参数，因为地质条件、埋深及周围环境均会出现一定程度变化。同时，为保证施工的顺畅性，要尽快在脱出盾构后的衬砌背面环形孔隙中充填足量的浆液材料。在曲线推进时，由于土体对盾构机约束力较差，要适当减小纠偏幅度、降低施工速度，降低操控者对盾构轴线的影响，也可以可通过增加纠偏测量数据和增加注浆量等来降低地层损耗，防止地面沉降的发生。地铁区间隧道盾构施工时常遇见施工环境是透镜体砂层，这种施工环境的砂土具有渗水性大、受到震动容易发生液化的特点，因此需采用土压平衡模式进行掘进，以确保密封土仓压力从而稳定开挖，在开挖过程中要控制地表沉降，防止地面出现塌陷。盾构机在通过砂层时，可在保持推进速度不变的情况下调节螺旋输送器的转速或闸门开度以此控制出土量，从而建立和保持密封土仓压力；也可以在螺旋输送器的转速或闸门开度不变的情况下，加大盾构机千斤顶的推动力，提高刀盘的转速和推进速度从而达到增大密封土仓压力的目的。在此过程中可通过增加聚合物添加剂和膨润土来土质，改良砂土，使水土混合，从而增加止水效果，避免流砂现象的发生。

6 结语

综上所述，在进行地铁区间隧道盾构施工时，要认真做好施工组织管理工作。针对存在的管理风险定期进行安全巡查工作，加强监测力度，实行动态化管理。建立完善的安全管理制度和管理机构，确保盾构施工项目安全、顺利地开展，防止出现重大风险事故或安全事故。

参考文献：

[1] 蔡正.地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[D].徐州：中国矿业大学，2016.

[2] 王定军，程盼盼.地铁区间隧道盾构施工安全风险管理研究[J].工程建设与设计，2016（4）：167～170.