盾構(gòu)施工過程風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

曹 越 楊紅軍

盾構(gòu)施工過程風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

曹 越 楊紅軍

通過對(duì)盾構(gòu)隧道施工的概述,就地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中每個(gè)環(huán)節(jié)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析,并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施,從而將盾構(gòu)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

盾構(gòu)施工,風(fēng)險(xiǎn),控制

1 概述

在現(xiàn)代城市建設(shè)中,地下空間的開發(fā)利用已成為一個(gè)重要的組成部分,而盾構(gòu)法隧道,由于其先進(jìn)的施工工藝和不斷完善的施工技術(shù),被越來越多地應(yīng)用于城市地鐵、上下水道以及地下共同溝等隧道工程建設(shè)中。盾構(gòu)法隧道施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法,利用盾構(gòu)作為開挖地下土體及支護(hù)土體和拼裝隧道襯砌的機(jī)具,掘進(jìn)1環(huán),拼裝1環(huán),循環(huán)工作,直至完成整條隧道。然而在盾構(gòu)施工過程中,由于盾構(gòu)施工的特點(diǎn)決定了盾構(gòu)施工在不同的地方有不同的特點(diǎn);同時(shí)由于盾構(gòu)施工對(duì)技術(shù)管理等方面的要求比較高,而各個(gè)施工單位施工量大,造成技術(shù)力量薄弱、管理出現(xiàn)漏洞;還有部分城市是首次采用盾構(gòu)施工,對(duì)該處地層、盾構(gòu)的適用性還在探索階段等原因,造成盾構(gòu)施工出現(xiàn)了越來越多的事故。因此,本文從盾構(gòu)施工的每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)盾構(gòu)施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行再次分析,并提出部分控制措施。

2 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)分析及控制

2.1 盾構(gòu)運(yùn)輸、吊裝

1)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)輸。由于一般用于地鐵施工的盾構(gòu)機(jī)的直徑在6m左右,部分生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)為了減少盾構(gòu)運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地后組裝工作量,盾構(gòu)機(jī)的刀盤(羅瓦特盾構(gòu)機(jī)刀盤需要到工地分塊組裝)、中前體、盾尾(小松盾構(gòu)需要到工地二次組裝)等都沒有進(jìn)行二次分割,盾構(gòu)運(yùn)輸過程中,公路運(yùn)輸超寬,而地鐵施工一般都在城市的繁華地段,運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)比較大,一般都需要與當(dāng)?shù)胤浅I(yè)運(yùn)輸公司合作完成。

2)盾構(gòu)機(jī)吊裝。盾構(gòu)機(jī)一般的部件相對(duì)較重,部分盾構(gòu)機(jī)的最重部件在 60 t左右,且為圓形結(jié)構(gòu),吊裝下井后還需要螺栓孔對(duì)位,對(duì)吊耳的焊接對(duì)位等要求非常高;一般吊裝的盾構(gòu)機(jī)采用250 t履帶吊,其自重在 200 t左右,對(duì)地面承載能力要求也比較高,因此需要有資質(zhì)的專業(yè)吊裝公司吊裝,專業(yè)技術(shù)人員焊接吊耳,專業(yè)人員對(duì)吊裝區(qū)域的地基承載力進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。

2.2 盾構(gòu)始發(fā)

1)始發(fā)臺(tái)定位。盾構(gòu)機(jī)施工是在一個(gè)三維空間內(nèi)完成;盾構(gòu)機(jī)在離開始發(fā)臺(tái)之前不能調(diào)向;同時(shí)車站預(yù)埋的鋼環(huán)位置一般情況都有所偏差;一般盾構(gòu)機(jī)都為錐形(為了便于盾構(gòu)掘進(jìn)),前后直徑相差約 50mm,這些因素在盾構(gòu)始發(fā)臺(tái)定位時(shí)均需要綜合考慮,如果有一點(diǎn)考慮不充分,就可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)始發(fā)后出現(xiàn)偏差和進(jìn)洞后無(wú)法調(diào)向?qū)е鲁薜取?)反力架加固。由于盾構(gòu)始發(fā)時(shí)需要借助反力架提供的支撐力向前掘進(jìn),一般這個(gè)力到達(dá) 800 t以上,而一般情況反力架一半支撐在施工完成的車站內(nèi),一半要用斜撐通過底板上的預(yù)埋鋼板來提供反力,很多時(shí)候由于車站施工和盾構(gòu)區(qū)間施工的不是同一個(gè)單位,或者由于預(yù)埋件的位置不準(zhǔn)確以及支撐不牢固,導(dǎo)致反力架局部受力,反力架被擠壓變形,影響盾構(gòu)施工。3)洞門破除。洞門破除的過程中,常常會(huì)由于加固體的均一性、強(qiáng)度不好,出現(xiàn)突泥涌水等問題,影響盾構(gòu)施工的安全,甚至于出現(xiàn)施工人員人身安全事故。因此需要在洞門破除前對(duì)加固效果進(jìn)行嚴(yán)格的檢查(取芯、水平探孔),并且做好充足的預(yù)案,確保洞門破除過程中的安全。4)始發(fā)推進(jìn)。在盾構(gòu)始發(fā)推進(jìn)過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)始發(fā)臺(tái)定位不準(zhǔn)偏離軸線,折葉板翻轉(zhuǎn),簾布橡膠板破損,推力過大反力架變形,推力小負(fù)環(huán)管片掉落,反力架加固不牢固,盾構(gòu)機(jī)刀盤離開始發(fā)臺(tái)后叩頭,刀具貫入度過大刀具損傷、卡刀盤,盾尾離開簾布橡膠板后因密封問題導(dǎo)致突泥、涌水,加固土體強(qiáng)度過大掘進(jìn)困難等問題;以上的種種問題都需要在盾構(gòu)始發(fā)推進(jìn)前就要充分的考慮(地層不同,盾構(gòu)機(jī)的類型等不同,遇到的問題就不同),嚴(yán)格按照程序進(jìn)行始發(fā)前的驗(yàn)收工作,逐條確認(rèn),并做好預(yù)案,確保始發(fā)推進(jìn)。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)

1)不明障礙物。由于地鐵施工地段大多都位于城市繁華地段,城市在新舊交替改造的過程中,很容易出現(xiàn)一些不明障礙物,影響盾構(gòu)施工,甚至給盾構(gòu)施工造成巨大損失,如老樓的樁基、地質(zhì)勘查時(shí)不小心掉下的鉆桿、條石、原來格構(gòu)柱等等。施工前需要對(duì)盾構(gòu)通過區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的、地毯式的普查(詳細(xì)走訪調(diào)查和輔助設(shè)備檢查),檢查出的提前處理,沒有檢查出來也要做好相應(yīng)的預(yù)案。2)地層沉降超限。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,由于地層的不確定性,常常會(huì)出現(xiàn)如下特殊情況：上軟下硬地層,孤石,厚砂層,塑性粘土,溶、土洞,地面特殊狀況(地面上有建(構(gòu))筑物或?qū)Τ两狄髧?yán)格的地段);在這些地層中掘進(jìn)常常會(huì)因?yàn)榫蜻M(jìn)控制難而造成地面沉降超限,給人和社會(huì)等造成很大的影響。因此在施工前,首先要根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查,一般區(qū)間的詳勘間距在 50m左右,補(bǔ)勘的間距根據(jù)地層不同,一般在 20m左右,特殊地段甚至可以加密到 5m;同時(shí)有條件的地段根據(jù)地質(zhì)情況采用物探的方法再次普查,對(duì)特殊地段的地層進(jìn)行盡可能詳細(xì)的了解,將施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低,同時(shí)針對(duì)各種特殊地層做好應(yīng)急預(yù)案,以備不時(shí)之需。3)垂直、水平運(yùn)輸。盾構(gòu)施工一般是從豎井中開始,所有的材料、碴土等需要通過門吊系統(tǒng)進(jìn)行垂直運(yùn)輸,在垂直運(yùn)輸?shù)倪^程中常會(huì)有很多風(fēng)險(xiǎn);盾構(gòu)施工的水平運(yùn)輸一般采用有軌的電瓶編組列車,會(huì)出現(xiàn)溜車等風(fēng)險(xiǎn);這些風(fēng)向造成的損失非常的大。因此運(yùn)輸(垂直、水平)過程中,嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)章制度操作、保養(yǎng)、檢查、維修運(yùn)輸設(shè)備,確保施工安全。4)管片安裝。管片安裝過程中由于單塊管片重量大,機(jī)械手安裝,很容易造成機(jī)械傷害、管片擠傷、砸傷;管片內(nèi)弧面光滑,施工時(shí)有水、泥等,濕滑,容易造成現(xiàn)場(chǎng)施工人員滑倒、摔傷;在安裝管片螺栓時(shí)風(fēng)動(dòng)扳手同樣容易造成機(jī)械傷害。因此在管片安裝過程中要嚴(yán)格,要正確的使用勞保用品,嚴(yán)格按照規(guī)范操作管片安裝機(jī),在管片安裝過程中禁止不相關(guān)人員進(jìn)入安裝區(qū)域。5)開倉(cāng)。盾構(gòu)機(jī)在施工過程中,為了檢查、更換刀具,需要進(jìn)行開倉(cāng),一般開倉(cāng)分兩種情況：一種是掌子面穩(wěn)定,常壓開倉(cāng);另一種是掌子面不穩(wěn)定時(shí)的帶壓進(jìn)倉(cāng)。常壓開倉(cāng)首先是要對(duì)倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)降溫和置換新鮮空氣,同時(shí)檢查掌子面的穩(wěn)定,在確保倉(cāng)內(nèi)氣體對(duì)人體無(wú)害和掌子面穩(wěn)定的前提下進(jìn)行;帶壓進(jìn)倉(cāng)要嚴(yán)格按照程序執(zhí)行：對(duì)進(jìn)倉(cāng)人員提前體檢和培訓(xùn),嚴(yán)格按照帶壓進(jìn)倉(cāng)程序升、降壓,并做好應(yīng)急預(yù)案,防止壓力突變。6)特殊氣體。由于盾構(gòu)施工過程,地層中可能出現(xiàn)不明氣體(甲烷等)、煤層瓦斯等,或者由于隧道內(nèi)通風(fēng)不好、溫度上升,導(dǎo)致隧道內(nèi)空氣污濁、人員缺氧等,一般要在盾構(gòu)機(jī)上安裝特殊的氣體檢測(cè)儀器定期檢測(cè),嚴(yán)格控制隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量。7)電。盾構(gòu)施工采用 10 kV高壓電,在盾構(gòu)機(jī)上經(jīng)過變壓器后變成需要的各種電壓：36 V,280 V,360 V等;隧道內(nèi)照明用 380V;無(wú)論高壓、低壓電,用電都要嚴(yán)格按照用電規(guī)程,執(zhí)行三相五線制、“一機(jī)、一箱、一閘、一漏?！?確保用電安全。8)高壓液體。部分盾構(gòu)是采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng);同時(shí)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用的液壓,有高壓到數(shù)十兆帕的高壓油;高壓水、高壓泡沫劑,同步注漿的砂漿等,均有可能造成高壓液體傷人;需要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)章制度和操作規(guī)程。9)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。盾構(gòu)施工的過程中,管片安裝機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、管片運(yùn)輸小車、砂漿車、螺旋輸送機(jī)艙門等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu),均需要嚴(yán)格按照相關(guān)的操作規(guī)范執(zhí)行,避免機(jī)械傷害。10)其他。在施工的過程中還存在一定電焊、氧割、切割、打磨、注雙液漿等施工,需要按照相關(guān)的操作規(guī)范進(jìn)行以預(yù)防施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 盾構(gòu)到達(dá)

1)方向偏差。盾構(gòu)到達(dá)端時(shí)由于區(qū)間施工完成,對(duì)隧道的測(cè)量要求比較高,需要從洞內(nèi)、外分別獨(dú)立測(cè)量,并聯(lián)測(cè),必要的時(shí)候采用陀螺儀,甚至區(qū)間長(zhǎng)時(shí)采用隧道內(nèi)打孔吊鋼絲的形式,確保盾構(gòu)機(jī)能夠在三維的空間中準(zhǔn)確出洞。2)到達(dá)端推進(jìn)。盾構(gòu)到達(dá)時(shí),為了確保洞門盡量晚破壞,盡量的多出土,確保盾構(gòu)掘進(jìn)的方向,一般都減小推力、減慢推進(jìn)速度,這些有可能導(dǎo)致最后幾環(huán)管片由于推力不足對(duì)止水條擠壓不足產(chǎn)生漏水、隧道失圓、盾構(gòu)方向不好控制等問題;同時(shí)盾構(gòu)推出洞后簾布橡膠板和盾構(gòu)機(jī)、管片之間漏水、漏漿等;或端頭加固不好,導(dǎo)致洞門破除的瞬間出現(xiàn)突泥涌水。在盾構(gòu)到達(dá)段推進(jìn)的過程中,與盾構(gòu)始發(fā)要求相同的進(jìn)行加固地層的垂直取芯、水平探孔檢查,并對(duì)最后 15環(huán)左右的管片用 18號(hào)“C”型鋼連接,對(duì)管片螺栓進(jìn)行二次、三次復(fù)緊;在到達(dá)端10環(huán)左右向管片壁后注雙液漿,將隧道后部的水封堵等方式將盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的施工風(fēng)險(xiǎn)控制在一定范圍內(nèi)。

3 綜述

盾構(gòu)施工過程是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、反復(fù)循環(huán)的施工過程,前期的施工規(guī)劃、籌備至關(guān)重要,直接決定著項(xiàng)目的成敗;同時(shí)由于地下工程的特殊性,項(xiàng)目的唯一性、不可復(fù)制性,加上人認(rèn)知的局限性、責(zé)任性、方案和措施的不合理性以及現(xiàn)場(chǎng)管理的缺失,對(duì)盾構(gòu)施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)深度、寬度不夠,而盾構(gòu)施工過程中涉及的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、面廣、跨度大,有時(shí)候由于部分小的風(fēng)險(xiǎn)的疊加,可能會(huì)給項(xiàng)目造成很大的損失,因此需要對(duì)盾構(gòu)施工過程中的每個(gè)施工工序中存在的風(fēng)險(xiǎn)有個(gè)全面、清晰的了解,才能夠做到有的放矢,制定嚴(yán)格制度、詳實(shí)的操作規(guī)程,做好現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)、控制工作,并總結(jié)歸納經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn),將盾構(gòu)施工過程的風(fēng)險(xiǎn)控制在一定范圍內(nèi)。

[1] GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 張鳳詳,朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3] 周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[4] 竺維彬,鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[5] 項(xiàng)兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構(gòu)技術(shù)[Z].上海：上海隧道股份施工技術(shù)研究所科技情報(bào)室,2009.

On risk analysis in shielding construction and its control

CAO Yue YANG Hong-jun

According to the survey of the shielding tunnel construction,the paper analyzes the risks in every step in the construction process of the subway shielding tunnel,and points out respective controlmeasures,so as to reduce the risks to them inimum in the shielding construction process.

shielding construction,risks,control

U 445.4

A

1009-6825(2011)09-0185-02

2010-12-06

曹 越(1968-),男,工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450000

楊紅軍(1979-),男,工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450000