地铁盾构施工安全风险及预防措施

文/田立

1 前言

地铁施工多位于繁华市区，周边建筑密集、地面交通繁重、地下管线众多。盾构法施工对地面影响小、投入小、效率高，是轨道交通最常用的一种施工方式。盾构施工为全地下作业，受水文地质条件、周边环境等因素影响大，专业性较强，施工过程中存在较大安全风险，可能会对施工人员和社会造成重大损失。因此，在地铁盾构施工前，要对可能存在的安全风险进行预判，制定针对性的措施进行有效预防，方能确保地铁盾构施工安全平稳可控。

2 地铁盾构施工中存在的安全风险

2.1 盾构始发与到达安全风险

盾构始发存在反力架刚度、强度、稳定性不满足设计要求，致使反力架不稳定或者被毁坏。盾构始发井、接收井端头在基坑施工期间，受长期降水影响，细颗粒流失。在盾构始发接收时，地层受到扰动，存在端头地表沉陷风险。盾构始发接收时，未对端头地层实施有效加固和降水，土体松散富水，在盾构始发时土仓为空仓，盾构到达时为了减少对接收工作井的影响，通常会降低土仓压力，不能实现土压平衡，易出现超挖，地面易急速沉陷。始发接收时，地下水位高于盾体底部，如洞口垫圈密封失效，始发接收时洞口渗漏水，端头土体被水带入车站或始发井内，易出现端头塌陷。

2.2 掘进中地表沉陷安全风险

在地铁盾构施工过程当中，最容易发生且会造成重大损失的是地表沉陷。对于造成地表沉陷的原因，其主要为以下方面：第一，盾构隧道顶部覆不良地层，未提前实施加固，受盾构作业影响，较易失去稳定性。第二，盾构掘进过程中土压不均衡，产生超挖、回填不充分等问题，诱发地面下陷问题；第三，施工中未严格对出渣量进行管理，造成出土量超方未及时处置，造成地表沉陷；第四，给排水管线渗漏，盾构施工中地层受到扰动，渗漏进一步加剧，进而冲刷地层，造成地面沉陷。

2.3 盾构机沿线建构筑物的安全风险

盾构施工多位于繁华市区，掘进过程中会下穿各种建构筑物，如下穿房屋、电力通信管、给排水管、燃气管、河流、桥梁等各类建构筑物。盾构施工地层扰动、超挖均可能造成建构筑物等变形沉降，管线破裂等现象。会给周围的建构筑物以及人们的生活环境带来不利影响。情况严重时还可能会出现建筑物开裂、倒塌的情况。

2.4 盾构施工完成后地表滞后沉降的安全风险

受盾构掘进超挖、回填注浆不饱满等因素影响，盾构掘进后均有可能在地层中留下空腔。由于现有监测手段难以及时发现地层中存在的空腔，有时需要几个月甚至几年空腔才反映到地面，滞后沉降可能导致地表塌陷，地面交通中断、地下管线破坏等后果。

针对以上事故而言，其都有可能造成道路阻断、管线破坏、建筑物变形沉降等不良后果，严重的可能造成建筑物垮塌，造成人身财产重大损失。只有对发生上述安全风险的原因进行综合分析，在分析的基础上制定针对性措施，才能有效控制上述风险，确保盾构作业处于可管控的水平。

3 对于地铁盾构施工的安全风险管控举措

3.1 做好盾构机的选型

工欲善其事，必先利其器。盾构机对地质的适应性和可靠性是盾构施工最重要的保障。应当依照经济性、科学性、稳定性、可适性相统一的准则选择盾构机。盾构机选型需聘请有经验的专家与生产厂家一道，制定科学合理的盾构生产改造方案，使盾构机技术性能更适应本标段的工程地质情况。盾构机主轴承应具备良好的耐久性和较大的脱困扭矩；刀盘和刀具要有良好的耐磨性，刀盘的开口尺寸和开口率、刀具的配置应同地质相适应。螺旋输送机应具有良好的耐磨性，直径应同地层相适应；盾构机的主轴承密封和盾尾密封要有良好的密封性、能适应长距离的掘进；要有高精度的导向系统、良好的渣土改良系统、排碴能力和带压进仓的装置。

3.2 做好盾构始发到达风险管控

盾构始发和到达是盾构施工常出问题的地方，要有效控制盾构始发到达的安全风险，重点需做好以下事项。第一，严格按设计文件对盾构始发接收端头土体进行加固，保证土体的稳定性，始发到达前采用有效的检测手段进行验证。第二，具备降水条件的，将地下水降至盾体以下；降水和加固受限的，可采用钢套筒始发、接收。第三，盾构托架和反力架应具有足够的刚度和强度；托架定好位后必须加支撑，防止其移动；反力架必须牢固的支撑在始发井结构上，避免托架和反力架失稳而造成盾构轴线偏差。第四，在洞口装设扇形板、螺栓、帘布橡胶板、垫圈等，使盾体和土体间有较好的密封。待盾尾完全进入土体后，立即封堵洞圈，并预留注浆管，对盾体背后土体进行加固。第五，盾构机始发切口进入帘布前，在密封仓内填充粘土或惰性砂浆，以便开始掘进后能较快达到平衡。第六，始发之前将恰当数量的油脂涂刷到基座轨道处，减小掘进的摩擦力。盾构各组千斤顶应当匀称前进，上下、左右千斤顶应对称加力，防止反力架受力不均发生上浮或侧倾。

3.3 优化各项掘进参数

在盾构掘进中设置试验段，详细记录掘进速度、扭矩、推力、刀盘转速、土仓压力、螺旋机转速、出土量、掘进时间、膨润土用量及泡沫用量、同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比等各项掘进参数。根据地表沉降、出土情况、施工进度等及时分析总结，优化调整掘进参数，最终形成同盾构机型号、水稳地质条件相适应得最佳掘进参数。

3.4 做好沿线建构筑物的调查、辨识及保护

在盾构施工前提前对沿线周边构筑物、管线情况进行调查。一是查明盾构施工影响范围内各类地下管线的种类、管径、同盾构隧道的相对位置关系、管线的材质和接头形式等要素，加强同产权单位对接，对隧道影响范围内的管线做到全面、系统的了解。二是对盾构区间影响的房屋提前与监理、房屋鉴定机构、社区代表做好入户调查工作，详细调查每间房屋的现状情况，并对调查的情况让监理、户主、社区代表现场签字确认，由房屋鉴定机构出具房屋的现状鉴定报告。

结合隧道同建构筑物、管线的距离，建筑物和管线现状进行详细分析、评价，并制定相应有针对性的措施。在盾构到达前对部分需要预加固的建（构）筑物及管线提前做好加固措施。认真总结试验段掘进经验，选择最佳掘进参数通过建（构）筑物及管线。在穿越建筑物及管线应选择有丰富经验的盾构司机掘进操作。掘进前备足各类材料、物资、配套机械设备及各类应急物资。在掘进前应由监理组织参建各方对建筑物及管线的加固情况，监测点布置及初始值提取情况、物资设备储备情况、应急物资及人员准备情况、技术准备情况等进行核查，条件均具备后方可进行掘进。掘进中抓好各项工序衔接，减少盾构在该段的停留时间。盾构通过后对建（构）筑物及管线进行跟踪监测，并及时反馈，视反馈情况对建（构）筑物及管线进行补充注浆。

3.5 做好监控量测

应当依据设计标准与有关规定，制定监控测量计划，确定监测位置，运用施工监测和业主委托三方监测同步进行监测，确保如实掌握沉降情况。及时分析监控数据，对监控量测中发现的异常情况要及时采取措施。在重要区段或穿越重要建构筑物前要加大监测频率。在掘进完成后应根据地质情况及相关规范继续进行地表及建筑物沉降等进行监测，在掘进完成后对重要地段通过地质雷达扫描等方式对地层空洞进行探测并及时处置，最大程度避免滞后沉降。

4 结语

综上所述，对地铁盾构施工过程存在的安全风险进行有效的预防能够提高施工的质量和效率。因此，在地铁盾构施工工作开展之前，建筑企业要对施工现场存在的安全隐患因素进行综合分析，充分考虑施工现场的环境状况和地质条件，制定科学合理的风险规避方案，在建设过程中不断总结经验与方法，促进地铁盾构建造行业的快速发展，进而创造巨大的社会价值。