地铁盾构隧道风险分析及施工技术研究

地铁盾构隧道风险分析及施工技术研究

王荣国

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510000

摘要：随着道路运输体系的不断发展，各类隧道的建设也愈来愈多。就当前的发展形势而言，盾构隧道的建设及投入使用正逐渐增多，日渐成为地下工程建设的重要施工方法之一。然而，历年的调查研究表明，盾构隧道的施工仍存在极大的风险问题，相关负责部门若规避不当，则往往会引发重大安全事故，造成不可挽回的损失。本文对盾构隧道的风险加以分析，然后对施工风险的控制对策进行了研究。

关键词：地铁；盾构施工；风险；对策

1、地铁隧道盾构施工技术概述

1.1地铁隧道盾构施工工艺分析

所谓盾构施工，即利用盾构机在地表下开挖隧道的一种施工方法，通过利用盾构机外壳对土体产生的抵抗作用，再利用千斤顶顶住既有管片，在活塞杆推力的作用下，促使盾构刀盘在土层中不断切削土地并不断前进。另外当其每掘一环便衬砌一环，并利用盾构机机尾的管片拼装机实现管片的定位安装，再运用水泥浆将管片和周围的岩土之间的间隙填充，如此便可以达到抵抗后续变形和逐渐变化的围岩产生的压力，整个工艺可以简述为：开挖—衬砌—再开挖—再衬砌，以此往复循环便建成隧道。

1.2地铁隧道盾构施工的施工特点

1.2.1盾构施工的优点

（1）将此施工方法运用于地铁施工位置周围建筑物密集的工程中，不仅可以有效减少地铁施工对道路和建筑物产生的影响，还可以减少对周围居民日常生活的影响；（2）盾构施工的机械化程度高，可以按照既定的操作程序开展，施工管理和控制更加容易；（3）利用该施工方法可以通过控制盾构的施工参数来减少对地层的干扰；（4）该施工方法不容易受到气候条件的影响。

1.2.2盾构施工的缺点

（1）若周围障碍物较多，会导致施工受阻；（2）若地层中含有沼气等有毒气体，或施工过程中遭遇流砂地层、地层空洞等均会对施工产生影响；（3）若施工隧道的曲线半径过小，隧道覆土过浅时采用该施工方法操作难度大；（4）盾构施工中的自动监控系统、液压系统、自动控制系统等操作难度大，对操作人员的要求较高；（5）运用盾构机价格昂贵。

2、地铁隧道盾构施工常见风险分析

2.1盾构进出洞存在的风险

所谓盾构进洞即在始发井中运用始发基座和反力架等设备，使盾构机能够在离开盾构基座后经过井壁上的洞口沿着既定的路线开展各种施工作业。而盾构机出洞则指盾构机沿着竖井外侧的方向逐渐掘进进入竖井内接受基座上的相关施工作业。

2.2开挖面失稳存在的风险

在地铁隧道盾构施工中导致开挖面失稳的主要原因为开挖中前方发生管涌或者遭遇流砂，引起盾构机出现磕头或者突沉，另外若开挖中前方存在地层空洞，也会导致盾构机的轴线发生偏移、沉陷、塌方等。此外在盾构机推进过程中，还会出现超浅覆土，进而引起冒顶，若盾构机在运行过程中突然遭遇涌水，便会引起盾构机的正面出现大范围的塌方。如果水泥浆的性能过低，不仅无法保证开挖土地的稳定性，还会导致地表发生较大的变形。

2.3盾构机穿越密集建筑群沉降存在的风险

当前，地铁隧道盾构掘进时容易引起地表发生变形，归纳起来主要包含以下五个阶段：早期沉降—开挖面前沉降—盾构通过时沉降—盾构空隙沉降—后期沉降。在盾构施工过程中，导致沉降的因素较多，并且各个因素彼此之间联系密切。

2.4盾构机掘进过程坍塌事故风险

在盾构机掘进过程中，常常会出现塌方等事故，如果不明白造成塌方的主要原因以及如何采取有效控制对策，则还可能会引起地表大范围的沉降，进而阻碍盾构机的顺利通过，最终拖延整个施工进度，影响地铁隧道的施工质量。

3、地铁隧道盾构施工中风险产生的原因分析

3.1地质和水文条件因素

相较其他工程，地铁隧道工程具有很强的隐蔽性，并且施工中存在很多不确定因素，因而施工风险较大。特别其施工容易受到地质和水文条件等因素制约。例如土质为土体还是岩体、土质的软硬程度、泥土为沙星还是粘性等均会对施工方案产生重要影响。另外，地下工程施工位置的地质和水文条件也具有很大的随机性，再加上还有大量的水参与，因而会威胁施工的安全性。

3.2地铁施工工程的周边环境

一些较为繁华的地区地铁施工现场周边建筑物和环境较为复杂，归纳起来主要表现在三个方面：（1）地面建筑物的使用时间、结构类型、基础类型以及文物价值等；（2）工程周边的道路、建筑物跟地铁空间位置的关系以及地下管线的年限、类别、材料、施工工艺等；（3）周边生态环境的现状以及社会群体等。若上述因素在施工前调查清楚，则能避免引发环境事故和造成严重后果。

（三）施工队伍水平、管理水平以及机械设备

由于地铁隧道盾构的施工技术和工艺流程非常复杂，再加上不同的施工条件需要不同的施工方法，因此如果盲目采取措施、方案、技术和设备，则可能带来较大的安全隐患。另外，地铁施工的周期较长，若施工队伍的综合素质不高，则可能引发各种人身安全事故。除此之外，如果缺乏完善的管理和科学的施工计划，也容易导致各种安全事故。

4、地铁隧道盾构施工风险规避对策

4.1地铁隧道盾构施工进出洞施工风险的规避对策

首先，施工部门要认真对盾构进出洞端头的地层条件进行分析，并学习借鉴类似工程盾构端头地层的加固办法和经验，保证盾构机进洞、出洞端头被加固的地层长度大于盾构机本身的长度，针对那些土体开挖面稳定性较低的地段，则应该采用降水的措施进行加固；其次，在洞口还未被打开之前，需要再次对地层的加固效果进行检验，只有检验结果达到相关规定后才能打开；第三，在始发阶段，因为这个阶段的盾构机推力较小，地层较为松软，要重点预防盾构机发生叩头的现象；最后，因为盾构机跟地层之间并无摩擦力，盾构机在工作中容易发生侧滚，因此应保证该阶段的掘进速度缓慢。

4.2地铁隧道盾构施工开挖面失稳的规避对策

在地铁隧道施工中，针对有微承压力的地段，若对土压力的设置不够科学和合理，便容易导致开挖面失稳和流砂等现象，更为严重的是还可能进一步对地面安全造成威胁，因此需要采取有效措施来防止开挖面的失稳。具体方法如下：一是应该采集区间地层的渣土进行改良实验，并取得第一手较为合理的参数，以保证接下来开挖的渣土具有流动性和止水性；二是要采取有效措施控制好土层的压力，以防开挖面失稳；三是要控制好掘进速度和渣土排土量，以保持排土量和开挖量二者的平衡。

4.3盾构机穿越密集建筑群沉降风险的规避对策

具体来说，主要可以采取以下规避措施：一是制定监控方案，并加强对周围道路、附近建筑物以及管线等的监测，并将监测的结果及时反馈回去，以便施工队伍根据所获取数据对施工技术的相关参数进行优化和调整，实现施工的信息化；二是针对经常发生沉降的位置和可能发生沉降的范围指定专人值班，并保证施工人员、交通以及建筑物的安全；三是采用同步注浆的方式及时填充盾尾建筑物的空隙，并注意把握好同步注浆的量、注浆的压力以及注浆的质量，以此减少施工时土体发生变形的概率，必要时可以考虑停止掘进，利用盾构上的超前注浆设备、注浆孔等对地层注浆进行加固；四是情况必要时，针对沉降的范围还可以利用钻机对地表注浆加固，以此来提高地基的强度。

结语

总之，在地铁隧道施工中盾构法施工技术起到了非常大的作用，可是盾构隧道施工非常容易引起地面的沉降以及地层的位移等很多问题。因此，我们就需要切实可行的控制措施，采取科学的施工方案，从而防止可能出现的安全风险，进一步确保地铁施工的安全。

参考文献

[1]李建成.盾构法隧道施工技术及应用[J].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]崔哲明.盾构隧道施工风险与规避对策[J].隧道建设，2013（6）.