地铁盾构区间隧道施工风险的分析与控制

文/王灿

1 盾构施工的优缺点

1.1 优点

比起其他类型的挖掘工作，盾构隧道挖掘的施工速度相对较快，且安全程度相对较高。而在技术上，由于技术相对较为成熟，所以大部分的施工都可以实现自动化操作，也是因为这个原因，人员劳动强度也能够有效降低。而在其影响方面，盾构隧道挖掘的优点也比较明显，比如由于独立施工性，所以对地面交通的影响也相对较小。另外，在一些含水量较大的隧道挖掘方面，盾构挖掘对其处理效果也能够很容易达到国家的标准要求。

1.2 缺点

盾构挖掘也存在着一定的缺点，比如，工程费用较高，所以就需要花费较多的项目预算。而在技术泛用度上，由于施工工程本身需要针对每条挖掘线路进行详细分析，所以大多数的项目方案都不能混用，这也导致了盾构隧道挖掘成本再一次提升。由于盾构器械具有较大的体积，所以对于一些隧道曲率较小的施工来讲，其施工难度会大大增加。另外，虽然说盾构法对地下水含量较高的施工有一定的适应性，但在松软泥土的处理方面，其地表沉降较为明显，所以对施工整体技术的要求较高。而对于施工人员来讲，盾构法的施工环境也相对较差，所以也需要管理人员为施工人员配备相应的保护设备，以避免施工污染对人体健康造成巨大威胁。

2 地铁盾构隧道施工风险

2.1 地质因素

大部分项目施工都会存在安全风险，许多施工风险和事故都是由于地质因素导致的，在一些卵石的地层内施工中，卵石地层容易造成刀具偏磨，从而需要停机进行刀具更换工作，而且在穿越不良地质时，容易遇到存在有害气体的地层，在隧道密闭的空间下容易造成作业人员中毒；在盾构穿越过富水地层时，极容易出现超挖或者隧道内漏水的情况，从而导致地面出现沉降过大甚至塌陷空洞的情况。在软硬的地层交界地带施工中，容易发生盾构机受力状态差产生姿态偏移的问题。基于以上因素，导致地下管网遭到破坏，这将严重影响到项目施工，而且也会影响到项目工期，也会直接影响到施工项目作业人员的作业效率，此外，容易给公司带来一些损失，会给工作人员带来人身伤亡的风险[1]。

2.2 盾构区间风险

在盾构区间的建设工作中，必须重视安全管理工作，对于可能出现的风险因素做好预防措施，当风险发生后，需要及时采取有效措施控制不利影响，使危害降到最低，只有这样才能提高整体施工的安全性。具体措施为：在施工项目开始之前，相关人员要事先对盾构区间内存在的风险进行确认，并制定相应的应对措施，聘用专业人员对风险因素进行分析，对施工开始后可能出现的风险进行判断，然后做好相对应的风险识别和风险评估工作。而如果想要对其存在的风险进一步加强控制，就需要施工单位对隧道内的风险进行实地分析，并对风险控制措施做出一系列的可行性研究。根据风险识别结果，明确风险的具体内容，并制定有效的风险控制目标。与此同时，管理部门还应优化项目的建设流程，根据其风险因素做出相应的调整。施工单位还应组织相关的专家对项目进行分析，对于施工过程中可能存在的风险提出有效的建议。在对项目施工方案进行设计的过程中，还应考虑到机械设备、建设材料的影响，在项目建设开始之前，对设备的性能、施工材料进行相应的检测与排查，同时对地理环境也要进行相应的考察。只有这样，才能充分保证盾构区间施工建设的安全性。

2.3 工程延期

一方面，工程前期需要花费大量时间来进行实地考察，以制定完善的施工方案。也是这个原因，大多数盾构隧道挖掘的周期范围相差较大，这也使得社会无法为盾构挖掘提供足够的资源支撑。而对于施工团队来讲，这种针对性的方案十分考验技术人员的实际操作经验。如果没有足够的经验作为支撑，那么几乎很难在规定时间内完成隧道施工作业。另一方面，隧道挖掘并非是单一的工程结构，后期将会有各种的工程。如果无法及时完成工程交付，那么后期的工程也难以展开，从而将会造成大量的社会资源浪费问题。

3 地铁盾构隧道施工控制措施

3.1 盾构机体加固处理

始发台在盾构始发过程中需要承受各方面的纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，以便保证盾构始发过程顺利进行。由于盾构始发施工必须由后座支撑，故在洞圈与结构内衬间采用管片制作后座支撑体系，盾构后座由7 环负环管片拼装而成。在第一环负环后设置由型钢制作成的钢后靠，后靠强度均进行验算合格。待施工一定距离，满足盾构推进所需反力后拆除负环。由于洞口与盾构机体（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，因此，须在洞口安装始发密封止水装置，始发装置包括帘布橡胶板、圆环板、折叠板及相应的连接螺栓和垫圈。安装顺序为帘布橡胶板─弧形板─折叠板，自上而下进行。安装时弧形板的压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构始发后同步注浆浆液泄漏[2]。

3.2 规避沉降的措施

只要控制好地表区域的土质情况，就可以有效地降低沉降概率。首先，施工人员应该结合当地的土质情况来对最佳施工深度进行测算，在此基础之上对工程的整个模型受力情况进行合理度分析。如果工程模型的合理度较差，则要及时向上进行汇报申请，并换用其他的挖掘方案；其次，施工团队要全程对施工工程的数据进行全局监控，以便于及时发现沉降情况，并开展相关的补救措施。如果出现较为明显地沉降，就需要加强此区域的管理，并做好相应的防护手段，以免出现塌方或者是二次事故。最后，在注浆过程当中，工作人员要根据工程作业位置来计算合适的注浆量，不要根据经验来进行注浆量和压力数值的设定，以免影响工程稳定性。如果沉降较为严重，则还需要及时联络地表人员，以通过合作的方式来对地基进行稳固，从而阻止事态的进一步扩大。

3.3 盾构隧道施工风险控制

由于在盾构机刚进入隧道时，洞门与盾构机之间存在空隙，遇到富水地层时，极容易出现洞口水土流失导致端头塌陷的问题，这时就要求工程人员针对隧道口的情况进行有效的风险分析，制定相应风险管控策略。在项目建设中，应当由工程人员对隧道口土质情况进行勘察研究，针对项目施工中出现的一些土层较软的地区，要做好土体加固、洞门防水以及端头的防塌陷管理控制工作。之后，再使用盾构机进行施工，同时还需要对隧道洞口进行相应的加固处理，要防止盾构机出现故障问题，要避免出现安全隐患或者地层摩擦而产生的盾构问题。在隧道的挖掘施工中，要对隧道做出分析，根据隧道的尺寸和始发井的结构，科学设定隧道内高压电线、供水管、污水管等线路，保证隧道进出口工作顺利，以此来避免隧道安全事故的发生，为后续项目施工奠定坚实的基础，同时为施工提供便利。盾构隧道的项目建设中，要有重点对危险部位做出合理的管控，放置相应的安全管理设施，同时还要求工作人员佩戴一些安全设备，要求工程人员利用气体检测仪器设备，来对盾构隧道内空气的指标进行全方位的检测，保障工人在密闭空间作业时呼吸得安全。

3.4 设备管理

首先，在对盾构机的选择上，要选择与其地质情况相符的机型进行施工，这就要求在具体项目开始之前，相关部门必须对施工地的地形地貌、土壤结构、地下水分布状况等进行详细勘探，只有这样才能选择出合适的盾构机进行施工，并且这种准备工作还能有效识别施工中可能存在的一些隐性风险，对于施工安全也有着积极的作用。其次，还要对主轴承进行合理的选择，因为主轴承的质量对于整个隧道施工中的安全性具有举足轻重的作用。在厂家的选择上，一定要选择口碑良好、质量有保障的厂家，并且还要保证主轴承的使用寿命达到一万小时。最后，在具体的施工作业中，还要根据情况更换盾构刀具，因为不同的施工地段，其土质条件以及土壤结构都有着一定的差异，比如在碰到强度比较大的土质时，应该使用滚刀。另外，在进行刀具更换时要注意以下两点：一是在进行手工作业前，为了提高施工的安全性，应该对刀具进行加固处理。二是在手工作业完成后，要对夹杂在刀具里的淤泥进行及时的处理，而且施工时还要保持充足的照明等。

3.5 贯通测量

盾构贯穿后的偏差测量包括三个方面。一是水平面的测量。延长隧道的中心线，使其可到达隧道接通接合面处，再利用全站仪检测中心线的间距，该数值反映的是水平面内隧道的误差情况，同时对隧道两端的导线进行联测，可确定坐标方位差和闭合差，此方面的数据可作为反映水平面测量精度的关键依据。二是竖直面内的偏差测量。以水准仪为测量工具，检测接合面内两端腰线的高度差，所得结果则指的是竖直面的偏差情况。此外，可通过其他测量方式确定两端隧道高程控制点的距离，进一步计算高程闭合差，这也可有效反映出竖直面内的偏差情况。三是中腰线的调整。以施工期间的测量数据为准，经计算后确定隧道坡度情况，若该值超过6%，则需适当调整中腰线，反之则无须调整，使中腰线维持原状即可。

4 结语

在隧道施工中，出现一些安全隐患和风险，会影响项目建设进度和人员的生命安全，而且也会影响企业的效益。因而，企业要进一步加强对施工现场周围的地质地形的勘察分析，制定合理的风险应对策略和风险管控方案，以此来保证盾构项目工程能够顺利实施，在隧道施工中进一步保障工程项目人员的人身安全，这样才能够逐步推动隧道项目施工持续、稳健的发展。