盾構(gòu)隧道施工中的風險及規(guī)避對策研究

徐 麗 平

(中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009)

盾構(gòu)隧道施工中的風險及規(guī)避對策研究

徐 麗 平

(中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009)

通過對盾構(gòu)法施工中常見安全事故原因的分析，論述了盾構(gòu)隧道施工風險研究的必要性，并對盾構(gòu)進出洞施工風險、開挖面失穩(wěn)風險、洞內(nèi)塌方事故風險等規(guī)避措施進行了研究，以確保項目工程的順利實施。

盾構(gòu)法，風險，規(guī)避措施，事故

1 盾構(gòu)法施工常見的安全事故

地鐵隧道工程是地鐵建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，任何一種施工方法都會對其周邊環(huán)境形成一定的影響。在地鐵隧道的施工建設(shè)中，引發(fā)安全事故的各類事件，從影響對象的角度來進行劃分，可以將其分為五類：

1)工程結(jié)構(gòu)事故指的是地鐵建設(shè)的過程中，由于地鐵工程結(jié)構(gòu)原因?qū)е聦こ陶w結(jié)構(gòu)遭到破壞的情況。

2)人員安全事故指的是在施工的過程中，有第三方人為因素而導致的人員傷亡事故。

3)環(huán)境安全事故指的是工程施工導致的周圍環(huán)境發(fā)生變化，如地表下陷、建筑物沉降、建筑物傾斜等，并由此而引發(fā)的人員及財產(chǎn)損失；同時，地下管線的布置被破壞也屬于環(huán)境安全事故。

4)社會影響事故指的是工程施工中對社會所造成的負面影響，比如由于地鐵施工導致的交通不便、地下管線被破壞引起的群眾不滿等。

5)生態(tài)環(huán)境事故指的是在工程施工中對自然生態(tài)所產(chǎn)生的負面影響，比如地下水位變化、徑流改變、河道變化等。

2 地鐵施工安全事故頻發(fā)的原因分析

1)在進行具體施工的過程中，由于地質(zhì)、水文條件存在差異，工程所在區(qū)域擁有較大的異變性，并且由于地下水的作用，導致在地質(zhì)條件勘探的過程中，會使工程施工受到不同程度的制約，必須根據(jù)現(xiàn)場情況來有針對性的提出解決方案。

2)工程施工環(huán)境錯綜復雜，地鐵施工多建于城市中心區(qū)域，建筑周邊環(huán)境相對更為復雜。對于地下鋪設(shè)的管線必須要進行詳細的計算與測量，如果出現(xiàn)資料不全或者勘察不力的情況，將會極大的增強工程施工的不確定性。

3)項目工程準備不足，工序與工期沒有按照計劃實施，導致工期偏緊或者延遲。由于技術(shù)與條件的制約，很多地鐵項目的工期都較為緊張，通常要用將近4年時間才完成30 km的地鐵線路鋪設(shè)，同時也有部分施工隊為了保證工期而忽視質(zhì)量問題，反而造成更為嚴重的安全事故。

4)項目施工管理薄弱，技術(shù)專業(yè)水平低。我國專業(yè)地鐵建設(shè)人才數(shù)量有限，在全國大范圍進行地鐵施工的過程中明顯表現(xiàn)出人才緊張的局面，很多地鐵施工人員都是以外來務工人員為主要施工力量，只進行了簡單的崗前培訓即上崗，甚至直接將部分工程分包給資質(zhì)不全的承包商，這些都是在施工管理與專業(yè)水平方面所暴露出來的問題。

5)工程建設(shè)安全意識差，預警機制不健全。在地鐵干線的鋪設(shè)過程中，我國仍然處于起步階段，地鐵建設(shè)仍然具有一定的風險性，也正因如此，目前我國地鐵隧道工程事故屢見不鮮，使地鐵建設(shè)產(chǎn)生極為不良的負面影響。

3 盾構(gòu)隧道施工風險研究的必要性

隧道工程作為地下工程，相較于其他工程項目具有更高的隱蔽性，在施工技術(shù)方面更為復雜，存在的不確定性更大，這也使隧道工程具有較高的風險性。特別是我國城市地區(qū)，地下管網(wǎng)錯綜復雜，若要進行隧道建設(shè)，就必須要注重從設(shè)計到施工全方面進行考慮。如果在決策時沒有考慮周全，那么將會提高施工的難度，并引發(fā)極為嚴重的后果，對人們的生命和財產(chǎn)造成威脅。

風險評估研究主要就是針對工程項目建設(shè)而提供的決策依據(jù)，并且主要是針對領(lǐng)導層來推進的，具體表現(xiàn)在領(lǐng)導層決策的信息、對工程進度的掌控以及資金流向方面。工程風險研究所要完成的核心內(nèi)容是“工程精算”，也就是對各種可能存在風險的子項都是以費用作為標尺來進行衡量，而對工程項目風險實施量化，使決策更為專業(yè)和準確，將可能存在的風險進行合理規(guī)避與化解。對項目工程風險進行評估與控制，主要就是為了確保項目工程的順利實施，并在后續(xù)工作中增強其安全性，進而使項目的利潤實現(xiàn)最大化，這也是防控風險評估的主旨。

4 盾構(gòu)隧道施工常見事故的規(guī)避措施

4.1 盾構(gòu)進出洞施工風險的規(guī)避措施

國內(nèi)盾構(gòu)施工的實踐經(jīng)驗表明，盾構(gòu)進出洞這個階段中，其風險主要集中在洞口土體的穩(wěn)定性方面。如今國內(nèi)發(fā)生的多起盾構(gòu)施工事故也多發(fā)生于這個環(huán)節(jié)。端頭加固效果差，甚至存在洞口面流水，進而引發(fā)大規(guī)模的塌方事故，更嚴重的情況可能會導致地面沉降，牽涉到周邊建筑物的安全，因而必須要采取有效的方法來確保盾構(gòu)順利的進出口地段。1)要對施工地層的地質(zhì)條件進行認真研究，使進出洞端頭地層的加固長度要長于盾構(gòu)機的長度，同時對土體開挖面穩(wěn)定性較差的區(qū)域必須要構(gòu)建降水措施；2)洞口打開前要對地層加固效果進行測試，在測試合格后方才準確開啟；3)由于盾構(gòu)機推力小，同時地層比較柔軟，這時要注意盾構(gòu)機發(fā)生叩頭；4)采用盾構(gòu)法時，因為與地層之間沒有摩擦力，要防止盾構(gòu)側(cè)滾，在此階段適宜緩慢推進。

4.2 開挖面失穩(wěn)風險的規(guī)避措施

如果是存在微承壓水的區(qū)域，如果土壓力設(shè)置不當，則會導致開挖面失穩(wěn)，或者形成流砂，若沒有對其給予重視，則很可能會危及地面上的建筑物，因而需要對開挖面失穩(wěn)采取一定的措施。首先，在正式施工掘進前，對地層土質(zhì)進行采樣分析，取得合理參數(shù)，使挖掘的渣土具有流動性與止水性，并確保渣土能夠充滿壓力艙；其次，對土倉壓力進行控制，避免開挖面出現(xiàn)失穩(wěn)；最后，還要對推進速度以及渣土的排土量進行控制，確保開挖量維持在一個穩(wěn)定的均衡水平。

4.3 地表發(fā)生過大沉降風險的規(guī)避措施

地鐵隧道施工會對施工區(qū)域的地層土體產(chǎn)生擾動，進而引發(fā)隧道周圍地表土質(zhì)產(chǎn)生位移或其他變化，如果沉降過大，對周邊建筑物以及地下管線將會造成影響。對此，需要構(gòu)建地表監(jiān)測機制，并采取一定方法阻止沉降趨勢加重。首先，在盾構(gòu)掘進時，要對周邊建筑物及其管線進行考查，并對數(shù)據(jù)進行詳細的分析與處理，對盾構(gòu)推進參數(shù)不斷進行優(yōu)化和調(diào)整；其次，在盾構(gòu)掘進時，一旦發(fā)生沉降或者塌陷，要指派專人進行現(xiàn)場巡視，并對周邊建筑物的情況進行細致勘察；再則，在注漿或二次注漿過程中，需要對盾尾建筑空隙進行觀察，進而控制注漿量以及內(nèi)部壓力，使施工導致的土體變形所造成的影響降到最低；最后，一旦出現(xiàn)沉降過大的情況，在沉陷區(qū)域要采取地表注漿，以此來增強地基的牢固性，避免沉降范圍擴大。

4.4 洞內(nèi)塌方事故風險的規(guī)避措施

掘進過程中一旦出現(xiàn)塌方事故，要立刻對造成塌方的原因進行分析，并啟動應急機制，避免地面產(chǎn)生更大范圍的沉降，確保盾構(gòu)機能夠順利通過沉降處。首先，如果發(fā)生事故，要盡快切斷四周地表水，避免下水滲透導致更嚴重的塌方；其次，在加大注漿量的同時要對注漿質(zhì)量進行核審，避免沉降范圍擴大；再則，要對盾構(gòu)掘進速度與出土速度進行控制，進而控制好內(nèi)部土壓，平衡內(nèi)外部壓力，使地表沉降量有所降低；最后，技術(shù)人員要對周邊地質(zhì)水文條件進行監(jiān)測，并及時對掘進參數(shù)進行調(diào)整與優(yōu)化。

5 國內(nèi)盾構(gòu)隧道施工事故案例

5.1 上海地基土層概述

上海地處長江入?？冢L江三角洲腹地，其第四紀堆積物厚度約為300 m。在地表下75 m以上含有3個海相軟土層，其中土壤含水率高，土質(zhì)空隙明顯，壓縮性強。上海地區(qū)地下水在地表以下1 m范圍，微承壓含水層承壓水頭距離地表3 m～6 m；深層承壓水頭距離地表6 m～11 m，最深處在25 m左右。

5.2 地下工程施工

施工過程中，盾構(gòu)深度約為10 m～25 m，土層屬高塑性、高靈敏度飽和土，地質(zhì)疏松，蠕變量偏大，容易產(chǎn)生流砂、坍塌、管涌等情況。車站底板埋深在13 m～18 m之間，個別車站埋深達到30 m，因而基坑支護的牢固性尤其重要。

5.3 事故案例分析

1)事故情況。

2003年7月1日凌晨，上海軌道交通4號線，越江隧道段施工作業(yè)面中，由于涌入大量水以及流砂，導致隧道坍塌。周邊建筑物嚴重傾斜，黃浦江防汛墻圍堰出現(xiàn)管涌，由于發(fā)現(xiàn)及時處理得當，并未造成人員傷亡。不過，就此估算其直接經(jīng)濟損失達到1.5億元，原地修復造價約7億元。

2)事故原因分析。

a.設(shè)計因素。在設(shè)計方面對原有的凍結(jié)方案進行了調(diào)整，凍土平均溫度進行了下調(diào)，由原方案中的-10 ℃調(diào)整為-8 ℃；旁通道處垂直凍結(jié)管數(shù)量下調(diào)，原方案中設(shè)計為24根，具體工程施工中為22根；原方案中25 m深的7根凍結(jié)管中4根長度縮短到14.25 m，另外3根長度縮短至16 m，導致旁通道與下行線隧道腰線以下凍土層不實，無法承受相應的水土壓力。這份方案的調(diào)整為事故的發(fā)生埋下了隱患，整體施工方案程序?qū)彾ú灰?guī)范，在下達決策時不慎重，設(shè)計與施工存在不足，對施工條件下相關(guān)系數(shù)的確定不準。

b.施工因素。2003年6月28日上午，隧道下行小型制冷劑出現(xiàn)故障停止制冷達7.5 h。施工人員進行技術(shù)勘察時，在其內(nèi)部安裝水文觀測孔，發(fā)現(xiàn)存在壓力水并滲漏，用模板對掘進面進行封堵，但收效甚微。29日凌晨，水閥指示水壓與外部第七層承壓水水壓相近，險情初露端倪，但現(xiàn)場無人向相關(guān)上級匯報，并造成險情逐漸惡化。7月1日零時，中煤上海分公司某項目經(jīng)理在清楚通道凍土結(jié)構(gòu)有安全隱患的情況下，仍然指揮當班班長，執(zhí)意拆除凍土前掘進面封板，使用風鎬鑿出直徑0.2 m的孔洞，準備注入混凝土，但水和流砂從此孔洞不斷涌出，同時掘進面右下角以及側(cè)墻也不斷出現(xiàn)滲漏，最終封堵無效導致事故的發(fā)生。

c.管理因素。盡管新的凍結(jié)方案經(jīng)過總工程師批準，但在審批流程方面并沒有按照相關(guān)規(guī)定嚴格執(zhí)行，沒有交由總承包方以及監(jiān)理公司進行核定，而總承包方以及監(jiān)理公司在知悉施工方案改動后，沒有履行職責將施工方的要求向上級報送，也沒有對調(diào)整后的方案進行更為具體的考查與分析。其中，總承包方存在管理失控之責；現(xiàn)場監(jiān)理嚴重失職。

6 結(jié)語

施工安全與風險防范管理在工程項目建設(shè)中至關(guān)重要，是項目工程順利實施的基礎(chǔ)前提。盾構(gòu)隧道工程存在很高的隱蔽性，并且內(nèi)部環(huán)境復雜多變，各種不確定因素都使其存在施工風險。多數(shù)事故并不是由一種原因造成，而是受多種危險因素的影響而產(chǎn)生的。因此，在盾構(gòu)隧道施工項目中必須要對各個環(huán)節(jié)進行嚴格把關(guān)，事無巨細，只有這樣才能有效確保工程的質(zhì)量。本文著重對盾構(gòu)施工所存在的風險進行闡述，并且提出了可行性的方案與對策，對規(guī)避盾構(gòu)施工中的各種風險具有積極的理論與實踐意義。

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Study on shielding tunnel construction risks and preventive measures

Xu Liping

(ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd,Luoyang471009,China)

The paper analyzes common shielding tunnel construction safety accidents causes, discusses the necessity of studying shielding tunnel construction risks, and discusses preventive measures to shielding tunnel exit construction risks, excavation instability risks and internal tunnel collapse accidents and so on, with a view to guarantee smooth engineering implementation.

shield method, risk, preventive measures, accident

2015-01-10

徐麗平(1976- )，女，工程師

1009-6825(2015)08-0188-02

TU455.43

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