地铁盾构工程安全施工重点和安全保障研究

袁红亮

中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 北京 101300

引言

随着城市化的加剧，地面交通系统面临的运输压力日益增大，建设地铁成为分流交通、改善城市运输状态的有效手段。地铁不仅提升了城市交通效率，还极大地改善了城市居民的生活品质。作为一种先进的隧道施工技术，盾构法在全球多个城市地铁建设中得到了广泛应用。盾构技术凭借其高度自动化和安全性能，以及较低的人力劳动强度，已经成为现代隧道施工的代表性技术。本文将详细讨论盾构技术在地铁工程中的应用及其对城市交通和居民生活质量的积极影响。

1 地铁盾构技术的工作原理和技术特点分析

地铁盾构技术是一种先进的地下工程施工方法，该技术使隧道施工机械化程度大幅提升，相比传统的矿山法有着诸多优越性。盾构法工作原理是利用一种特制的大型设备——盾构机，该设备在隧道的掘进端进行作业，通过旋转的刀盘切割土层，并借助盾构体自身的推进系统推进隧道。同时，盾构机后部将预制的管片组装成环形隧道衬砌，确保了隧道结构的稳定和防水性能。在掘进过程中，还需要对地表沉降、土压力等进行实时监测，以保障施工安全。

1.1 地铁盾构技术的工作原理

在地铁建设过程中，盾构技术是核心的机械化施工方法，其工作原理核心在于使用盾构机进行地下连续挖掘，并及时支撑挖掘面和环形管片组装。在具体操作中，盾构机通过旋转刀盘对土体进行切割，利用主推缸生成推进力推进油缸，推动盾构机体前行，确保挖掘作业的连续进行。盾构机的外壳提供临时的地面支撑，防止土壤塌陷，并通过液压系统中的千斤顶等设备，对新装配的管片进行推力支撑。挖掘作业随后进行，盾构机的尾部装有注浆系统，在盾构机推进过程中同步注浆，配合密封油脂达到管片不渗地表不沉降的目的。

1.2 地铁盾构施工的主要特点分析

地铁盾构施工技术，作为一种高效的隧道建设手段，拥有以下显著的施工特点：①对场地要求低：地铁盾构施工技术在施工期间对场地的占用极小，它仅需要挖掘用于盾构机启动和到达的基坑和竖井，不需其他辅助作业空间。施工影响范围有限，不会对地面交通和建筑物产生重大干扰，这意味着在繁忙的城市环境中尤为适用。②精确度要求高：在施工过程中，对精度控制的要求极高。例如，制作的管片必须达到机械制造的精度水平，任何偏差都必须严格控制在毫米级别（通常为5mm以内），以确保管片能够准确拼接，保障隧道的结构安全和密封性。③作业不可逆：盾构施工的不可逆性要求施工队伍必须一次性正确完成每个环节，因为一旦管片安装或者隧道推进出现问题，返工将会非常困难且成本高昂。因此，在施工前的准备工作需要非常细致，包括全面的风险评估和详尽的参数检查，确保设备的性能和安全性。④环境适应性设计：盾构机的操作参数需根据具体的地质条件、隧道埋深和断面大小进行调整。这就需要在施工前进行详细的地质勘查，以便盾构机可以针对性地适应不同的土质、水文条件和压力环境，从而保障施工质量和进度。

2 地铁盾构施工质量与安全控制保障措施

2.1 基坑围护结构的安全保障措施

在地铁盾构施工中，基坑围护结构的稳定性是保证整个工程安全的关键因素。围护结构需要承受土压力的作用，并通过合理的设计来分散这些力，避免对工程安全造成威胁。围护桩结构的轴力是其设计的核心，需要确保能够承受地面及周边建筑施加的荷载。通过适当的计算和设计，围护结构必须能够安全地传递这些力至基坑支撑体系。

土压力通常通过挡土墙侧向传递，而一个有效的侧向支撑体系能够有效分散这些压力，确保它们不会直接影响围护结构的稳定性。这通常涉及环向横撑和斜撑结构的使用，这些结构可以大大增强围护体系的整体稳定性[1]。

2.2 盾构掘进作业的质量与安全控制措施

2.2.1 详细记录与监控。施工团队必须严格按照设计方案执行，并对所有掘进参数进行详细的记录和监控。这包括对每个环节的土压力、挖掘量、盾构机的速度和姿态等信息进行准确记录，以便进行数据分析和风险评估。

2.2.2 实时数据分析。掘进作业需要动态的监控和调整。技术人员应该利用实时数据分析来调整操作参数，确保土压力平衡和掘进效率。同时，还要实时监控隧道的形状和轴线偏差，以及检测周边建筑和地面的沉降情况。

2.2.3 风险评估与管理。对于每一环节的施工掘进参数和具体情况进行详尽的记录和分析，基于这些数据判断当前施工所面临的风险类型，并采取相应的控制措施。风险管理团队应评估并预测潜在的问题，及时调整施工策略以防止事故发生。

2.2.4 掘进设备的维护。定期对盾构机及其相关设备进行维护和检查，确保设备处于最佳状态，减少由于设备故障导致的风险。

2.3 浇筑作业质量实时监测及位移问题处理

2.3.1 监测桩顶位移的重要性和措施。水下浇筑作业的不精确性容易导致泥浆沉积，进而影响混凝土质量。特别是桩顶的夹泥现象，可能会严重影响混凝土的结构完整性和功能性能。在预埋钢护筒移除和混凝土固化的过程中，不均匀的施工力度可能会对混凝土造成损伤。此外，施工人员在移除混凝土桩顶时，如果使用高功率的风镐等工具，可能会破坏桩周围的混凝土结构，这对工程的质量和稳定性构成威胁。

针对上述问题，实施实时监测至关重要。监测团队需配置专业技术人员，利用精确的测量设备如位移传感器、倾角计、应变计等，对桩顶位移进行持续监控。一旦监测到异常位移，技术人员需迅速分析原因，并立即实施相应的处理措施，如调整浇筑技术、重新进行泥浆处理或加强施工质量管理，以确保整个施工过程的安全性和混凝土结构的质量。通过这样的实时监测和快速响应，可以有效防止潜在的工程问题，保障施工作业的安全和质量。

2.3.2 监控膨胀型防水剂的应用。在建筑工程中，膨胀型防水剂通过其补偿混凝土收缩的特性，增强了防水性能和建筑的结构强度。然而，这种添加剂的准确配比和补偿收缩率对最终的工程质量有直接的影响。因此，监控膨胀型防水剂的用量和效果对确保工程成功至关重要。

实施施工前，监测团队须对膨胀型防水剂进行详细的检测。这包括验证其材料性质，确保其补偿收缩率在规定范围内，通常介于1.4×104至2.9×104。只有在这些参数得到满足并确认其科学配比后，技术人员才能将膨胀型防水剂加入到混凝土中，以优化混凝土的防渗性能。在此过程中，检测工作应详尽严谨，以确保膨胀型防水剂的用量和效果达到预期，从而不会对后续的施工流程或工程质量造成负面影响。通过这样精确的监测和调控，能够有效提升工程结构的耐久性和安全性[2]。

2.4 地铁盾构施工的结构完整性与防水性能确保

在地铁盾构施工中，保障结构的强度和防水性是至关重要的。为了准确评估结构完整性，技术团队需部署先进的监测设备于站点内部。这些设备的核心任务是详细监测潜在的裂缝和渗漏点，评估结构沉降的范围、位置以及应力分布状况，从而及时识别和处理任何结构问题。

保证预制管片的质量是实现结构完整性和防水性的关键一环。每个管片都必须在出厂前经过严格的质量控制，以确保其满足施工标准。此外，在现场的安装过程中也需细致监督每个步骤，确保各个环节的工作质量，以强化最终结构的防水效能。施工期间，技术人员要发挥监督作用，确保防水措施正确实施，以及施工质量的持续保障。此外，技术人员还需要利用高效的止水螺栓设施来加强模板的固定工作。在施工过程中，如止水环等装置的广泛应用对于提升结构的防水性能非常关键。通过这些措施，可以有效地提高地铁结构的安全性和耐久性。

3 地铁盾构施工安全技术保障措施分析

3.1 项目概述

宁波市轨道交通7号线项目是连接市中心南北向交通的关键工程，它在促进区域交通流动性方面扮演着重要角色。此项目的安全施工的关键是在盾构施工阶段采用合理的技术设计方案，以及对施工设备的精准操控和使用。这要求每个安全措施都必须有效实施，以确保施工过程中的安全性。工程的安全分析基于盾构施工的主要特征、地下水文地质状况，以及工地上方地表的环境状况来展开。通过这样的系统分析，能够识别出工程潜在的主要风险点，进而采取适当的预防措施[3]。

3.2 安全控制措施

在盾构隧道施工现场，操作人员必须保持高度专注，对盾构机的掘进方向进行精确控制，避免出现盾构机偏轨或“蛇形行进”的情况。应当遵循“及时纠正、微量调整”的原则，以便在盾构机出现轴线偏移迹象时能迅速作出调整。在每掘进9环节管片后，需对新安装的管片和盾构机的姿态进行复核和调整，确保管片的预设位置和周围间隙的均匀性，以及管片姿态与盾构机的同步。如果在掘进过程中盾构机的姿态偏离预定轨道，应立即暂停作业，并向项目管理层报告，依据专家意见制定合理的纠偏方案，并采用千斤顶等设备对盾构机进行精细调整。混凝土结构的收缩功能会受到多种因素的影响，自然风力对此影响尤为显著。施工完成后，混凝土结构内的水分会逐渐蒸发，这一过程主要受外部自然风的影响。此外，若过早拆除混凝土模板，也会促进裂缝的产生，进而在应力作用下裂缝可能扩展，形成更深、更长的结构性裂缝。因此，对混凝土结构施工质量的全面检测不容忽视，以确保结构符合质量合格标准[4]。

3.3 补充措施

在盾构隧道施工过程中，土体改良是一个关键环节。常见的土体改良方法包括使用膨润土材料和聚合物添加剂。这些材料的正确使用可以有效改善渣土的稳定性和防水性能，为盾构掘进作业提供坚实的安全保障。

对于本次地铁车站工程而言，混凝土结构是施工的核心环节。这要求将自防水能力的混凝土工程结构作为重点，并注重接缝防水处理技术的运用，确保地铁工程最终的完工效果符合预期标准。施工人员必须充分理解所使用混凝土材料的特性，并确保材料的合理运用，以实现混凝土结构的良好建成效果，即使在潮湿条件下也能保持正常运行。

为了进一步提高混凝土结构的密实度和控制裂缝发生，技术人员必须精准控制材料的配比，以减少混凝土结构的收缩可能性。控制混凝土收缩的有效手段之一是加入适量的膨胀型防水剂。在盾构掘进的同步注浆和二次注浆作业中，必须确保注浆材料不会进入土舱空间，并且要对管片后方的空隙进行及时填充处理，以保证密封性达到设计标准，防止地面沉降问题的加剧。在注浆作业期间，实时监控注浆压力和注浆量是至关重要的，监控数据将作为判断实际注浆效果的基础。通过这种动态化的控制方式，可以确保注浆结果达到预期的效果[5]。

4 结束语

地铁工程施工面临的环境因素多变且复杂，使得盾构施工作业的难度加剧，并伴随着一系列的施工安全问题。因此，在施工过程中必须采取科学的预判措施，保证潜在危害的识别和风险评估的准确性，从而确保施工的安全与高效。实时严格监控盾构机的运行参数和施工的进度，以及在检测到问题时立即进行参数调整和策略改进，是保障地铁施工安全和工程质量的关键。只有这样，才能为地铁工程的顺利进行提供更加坚实和可信的保障。