盾构隧道施工风险和规避措施

刘立永

在现代的交通建设当中，由于各地区地质条件存在着较大的区别，所以适合的挖掘方式也十分多样。比如，在坍塌风险较大的地区施工当中，就需要抛弃传统的挖掘结构，从而选用盾构法来进行施工挖掘。不过虽然说盾构法早在1974年就已经被采用，但使我国对其技术并不了解，所以在使用过程当中还存在着较大的问题。因此为了尽快促使我国的盾构法挖掘技术能够达到国际先列，本文分析了盾构挖掘法的施工原理，并对其优缺点进行了总结。另外为了帮助一线施工团队能够达到较好的施工效果，本文还举出了盾构法的应用实例，希望能够为其今后的盾构施工提供一些帮助。

隧道挖掘由于提供的环境较为特殊，所以其受周围环境以及地质影响较大，比如，在一些地下水较为丰富的地区，其挖掘工程更是难以展开。相比较于其他类型的隧道挖掘，盾构施工的风险辨识难度较低，所以也比较适合一些高危地区的隧道施工，比如在我国的西北地区，盾构隧道施工就可以很好地适应其独特的岩溶地貌，从而降低施工中的风险。

一、隧道挖掘的大背景

在隧道挖掘中，由于受限于地形和设备的影响，所以大多数挖掘方式都很难对地下环境进行有效处理。就拿水下隧道挖掘来讲，其面对的危险远远要远超普通隧道挖掘，比如，当水下管理处理不当时，突发性的水流涌出以及塌方会导致较为严重的施工事故。这些事故会威胁施工人员的生命安全，并对建设设备造成一定程度的破坏，这种情况下还会引起泥石流。当上升成区域性泥石流灾害时，就会给当地带来较为严重的经济影响，从而形成严重的社会负面影响。隧道挖掘当中所出现的事故数不胜数，比如，前些年的长江隧道冒浆、松花江隧道江水出现倒灌等事件，都给当地建设造成了严重的负面影响。因此，如果不能及时对盾构技术进行升级，那么就很难保证施工当中的建设安全。

二、盾构施工的施工原理和优缺点

1.运行原理

在盾构施工当中，施工的主要器械是盾构机。这种施工方式会在施工当中运用盾构机的刀盘和支撑结构来对周围墙体进行有效固定，在完成衬砌后就进行壁后注浆。

2.优点

比起其他类型的挖掘，盾构隧道挖掘的施工进度相当快，且安全度也相对较高。而在技术上，由于技术相对较为成熟，所以大部分的过程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得到大幅度降低。而在其影响表现上，盾构隧道挖掘的优点也比较明显，比如由于独立施工性较强，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上，盾构挖掘对其的处理效果也能够很容易达到国家的标准要求。

3.缺点

但与此同时，盾构法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上，其地表沉降较为明显，所以对施工整体技术的要求也整体较高。而对于施工人员来讲，盾构法的施工环境也相对较差，所以也需要工程为施工人员配备相应的劳动保护设备，以避免施工污染对人体健康造成巨大威胁。

三、盾构隧道施工的具体风险

从结果上来看，盾构隧道施工的风险大多是由于其缺点延伸，所以其的措施处理也有一定的局限性。大多数情况下，通过隧道施工的风险都难以解决，所以需要技术人员加大这方面的研究。

1.施工环境过差

在当代的盾构隧道施工当中，因为受到技术的限制，大多数都会使用到全气压法来对地层进行稳定和疏干。此过程当中会大大压缩施工人员的施工环境条件，从而使施工人员的生命安全遭到威胁。在以往的统计数据当中，施工人员相关疾病的患病率高达13.1%，比起其他的隧道挖掘方式，这个数字已经是一个较高的数据。

2.易引发环境事故

在施工当中，由于盾构施工的性质较为特殊，所以即使做好了相关的准备，还是会引起一些负面效果。比如，工程会对周围的环境造成一定的破坏，比如，最常见的地表下陷。如果是在城市建筑区，那还可能导致其出现沉降，从而引发建筑物出现倾斜，从而影响到建筑物寿命。而在水下隧道的挖掘当中，则还会出现泥石流、塌方等恶性事故。由于是在地下施工，所以对其施工人员的安全施救难度也相对较大。从以往的事故报告中可以看出，大多数施工遇险的获救概率都达不到30%。

3.必要准备时间过长导致工程延期

首先，盾构隧道挖掘本身就需要针对具体地形来进行相关的方案设计，所以工程前期需要花费大量时间来进行实地考察，以制定最完善的施工方案。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，这种针对性的方案设计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当中完成隧道施工工作。另一方面，隧道挖掘并非是单一的工程结构，其后期还有各种的后续工程。如果无法及时完成工程交付，那么后期的工程也难以展开，从而也将会造成大量的社会资源浪费。

四、盾构隧道施工风险的规避措施

1.规避沉降的有效方法

从性质上来看，盾构隧道挖掘主要是扰动了施工区域的土质，从而导致其出现了一定程度的沉降与位移。只要控制好地表区域的土质状况，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，才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。如果出现较为明显的沉降，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其他二次事故。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结构，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。

2.出入洞风险控制

在施工当中，施工团队要提高对口的架构等级，从而对洞口的周围土体进行一个有效控制。从调查数据上来看，大多数的盾构施工风险都集中在此部分，所以对于洞口的管理也不能掉以轻心。首先，在洞口的处理上，施工人员要对周围的地理结构进行详细分析，并保证出洞段的最低加固程度。对一些稳定性较差的施工区域，则需要额外增加加护错失，以免其出现沉降；其次，在打开洞口前，施工人员要检测洞口的稳定效果。确认数据合格之后，才可以进行洞口开启。如果数据不合格，则需要重新返工，以达到工程要求；最后，技术人员还要注意地层与施工机械的摩擦度，以免其出现侧滚。所以在此阶段当中，器械的推进过程要尽量放慢，不易过快。

3.人员健康风险控制

在施工过程当中，项目负责人需要为施工人员配备相应的保护装置，以免作业队施工人员的生命健康造成威胁。对于施工作业中的固体漂浮颗粒，则要进行详细检测。当其超过一定范围时，就要及时进行通风处理。而施工环境当中也要安装即时性的报警装置，以便于第一时间提醒作业人员。当然，人员健康问题也不至这些，比如，在塌方、严重沉降问题处理上，就要提前制定好相关的紧急逃生预案，避免出现恶性施工事故。施工团队要安排专门的现场资源来对逃生通道的情况进行确认，并提高施工人员的安全意识。当出现情况时，要及时与地面以及外部团队联系，以便于保证安全通道的畅通性。另外，盾构施工部分流程已经可以达到自动化作业，所以也可以在此流程当中适当缩减作业人数，从而降低地底环境对施工人员的健康威胁。

五、结语

受限于篇幅原因，还有很多的施工风险以及防范措施没有被一一列出，所以相关施工人员也要在工程当中总结经验，从而加强施工中的风险控制能力。不过随着科技的进一步发展，盾构法的自动化技术也能够得到进一步提升。届时，前期就只需要设定好相关的工程数据即可，而其他的资源就可以集中在风险应对以及项目审查当中。