地鐵盾構(gòu)施工過程及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

崔 紅 虎

(太原市市政公用工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030002)

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地鐵盾構(gòu)施工過程及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

崔 紅 虎

(太原市市政公用工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030002)

依據(jù)地鐵盾構(gòu)施工的特點(diǎn)和分類，將地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)與傳統(tǒng)的礦山法進(jìn)行了對(duì)比，介紹了地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和流程，并結(jié)合盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的定義，探討了地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的機(jī)理，為構(gòu)建地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供了依據(jù)。

地鐵工程，盾構(gòu)技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，礦山法

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大力發(fā)展，人們的生活水平大幅提高，我國(guó)人均汽車保有量實(shí)現(xiàn)大幅增加，汽車等現(xiàn)代化交通工具已經(jīng)成為每個(gè)家庭的日常用品，因此大中城市的交通擁堵問題也日益嚴(yán)重。如何解決城市公共交通問題成為擺在決策者和建設(shè)者面前的一道難題，解決交通問題首先要做好城市軌道交通的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其次是將軌道交通和傳統(tǒng)交通進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)與常規(guī)公交車站、出租車站、火車站的無縫對(duì)接，最后是加強(qiáng)對(duì)市民的交通行為的教育和懲戒力度。因此修建有軌交通成為解決城市擁堵的最重要的問題。地鐵作為一種先進(jìn)的交通方式，具有安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，因此備受各大城市的重視。

但是地鐵工程項(xiàng)目在施工過程中卻存在極大的風(fēng)險(xiǎn)：

第一，是由于地鐵項(xiàng)目自身的特性決定的，地鐵在各大工程中算是比較復(fù)雜的工程，資金投入力度大，建設(shè)周期長(zhǎng)，施工技術(shù)的復(fù)雜和施工環(huán)境的復(fù)雜都會(huì)影響地鐵工程的順利進(jìn)行。

第二，是因?yàn)榈罔F在我國(guó)的建設(shè)時(shí)間短，許多施工人員和管理人員對(duì)于地鐵施工過程中存在的問題估計(jì)不足、認(rèn)識(shí)不清、理論知識(shí)不夠豐富、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，這也是影響我國(guó)城市地鐵工程的因素。

第三，在施工過程中施工單位缺乏一套科學(xué)、完善且運(yùn)行非常順利的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系對(duì)地鐵施工過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)可以進(jìn)行科學(xué)的預(yù)判和檢測(cè)，通過風(fēng)險(xiǎn)反饋進(jìn)而制定詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)排查方案來實(shí)現(xiàn)科學(xué)的地鐵施工。

第四，對(duì)于地鐵施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)外對(duì)于中國(guó)的封鎖很嚴(yán)密，無法通過國(guó)際交流獲得，因此需要國(guó)家的地鐵工作者自力更生、自主創(chuàng)新，在這個(gè)過程勢(shì)必會(huì)走一些彎路，這在施工過程中也會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

以上幾個(gè)方面的原因?qū)е挛覀兂鞘械罔F項(xiàng)目在進(jìn)行的過程中會(huì)出現(xiàn)施工安全事故，有些事故是災(zāi)難性的，導(dǎo)致道路大面積塌方、生命財(cái)產(chǎn)的損失。例如2015年，在建的西安地鐵三號(hào)線在盾構(gòu)施工過程中發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。深圳地鐵三號(hào)線在2008年施工期間，對(duì)工地進(jìn)行橋墩澆筑混凝土施工時(shí)發(fā)生垮塌。2008年的杭州風(fēng)情大道地鐵施工事故中造成施工地段的大面積塌方和人員傷亡。2008年1月17日，廣州地鐵5號(hào)線大西盾構(gòu)區(qū)間發(fā)生涌水塌方事故，位于珠江大橋下的雙橋路的地面發(fā)生大面積塌陷，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千萬元。因此，眾多的地鐵塌方事故警示我們，對(duì)于地鐵盾構(gòu)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究是極其重要的。

本文根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的原則和依據(jù)對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入的研究?；诘罔F施工的特點(diǎn)和分類，本文首先將地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)與傳統(tǒng)的礦山法進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和流程進(jìn)行了介紹；然后根據(jù)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的定義，對(duì)地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了探討，這有利于盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)；最后總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的特點(diǎn)，歸納出影響地鐵盾構(gòu)事故的內(nèi)在因素和原因。由此通過以上分析研究，為將來在構(gòu)建地鐵盾構(gòu)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供必要的參考。

1 盾構(gòu)施工技術(shù)

對(duì)于地鐵施工來說，其施工方法一般有兩種，一種是礦山法，一種是盾構(gòu)法。礦山法主要是通過將錨桿和混凝土作為主要的支護(hù)手段進(jìn)行挖掘推進(jìn)的一種施工方法，但其使用條件主要針對(duì)堅(jiān)硬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于軟巖來說并不適用，且推進(jìn)速度慢。而盾構(gòu)法是世界上主要的地鐵施工手段，它適應(yīng)于各種地質(zhì)條件，且施工速度快，在一般地質(zhì)條件下，盾構(gòu)機(jī)每天正?？梢酝七M(jìn)10 m～20 m。盾構(gòu)施工法屬于暗挖法施工，不同于傳統(tǒng)的礦山法，它是一種全機(jī)械式的施工方法，它將開挖、掘進(jìn)、支護(hù)都集成在盾構(gòu)機(jī)上。它是將盾構(gòu)機(jī)械在地下有規(guī)律的推進(jìn)，它的工作原理是通過盾構(gòu)外殼和管片來支承四周的巖石，這樣可以防止巖石向內(nèi)崩塌，從而避免安全事故。在掘進(jìn)的過程中，位于盾構(gòu)機(jī)前面的刀片對(duì)巖石進(jìn)行切削，通過傳送裝置將開挖的巖體碎石送至洞外，同時(shí)靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，對(duì)隧道進(jìn)行襯砌。盾構(gòu)機(jī)從外形上看是一個(gè)大的鋼管機(jī)，較隧道部分略大，它是設(shè)計(jì)用來抵擋外向水壓和地層壓力的。它包括三部分：位于前端的切口環(huán)、中間部位的支撐環(huán)以及后端的盾尾。其主要優(yōu)點(diǎn)首先是機(jī)械化程度高，盾構(gòu)機(jī)集各種機(jī)械為一體，大量省去勞動(dòng)力，施工速度快，工作效率高。其次是隧道截面可以通過一次開挖就可以成型，在開挖過程中直接進(jìn)行襯砌、支護(hù)等后續(xù)工作，不需要人工重復(fù)施工，這跟礦山法具有很大不同點(diǎn)。再次就是其施工工程不需要很大的空間，盾構(gòu)機(jī)吊裝地下之后，除了端口井外，不需要占據(jù)很大的面積，隧道施工與地面交通不構(gòu)成沖突。最后就是對(duì)環(huán)境影響小，盾構(gòu)施工不會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，其噪聲和振動(dòng)也很小，對(duì)地上居民生活不會(huì)造成影響。盾構(gòu)施工的流程主要包括：第一，初期的施工準(zhǔn)備。施工前將盾構(gòu)所需要的材料、場(chǎng)地、渣土運(yùn)輸、混凝土攪拌站、初始掘進(jìn)點(diǎn)的設(shè)置都要準(zhǔn)備充分，考慮齊全。第二，修建始發(fā)井?？捎糜诙軜?gòu)機(jī)的組裝，將盾構(gòu)施工的其他機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、照明設(shè)備、攪拌設(shè)備、支護(hù)設(shè)備等運(yùn)至地下。第三，盾構(gòu)機(jī)吊裝。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙組裝，完成調(diào)試。第四，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)。盾構(gòu)機(jī)始發(fā)是盾構(gòu)施工核心工作，預(yù)示地下盾構(gòu)開始，盾構(gòu)機(jī)利用始發(fā)架的支撐力向前推進(jìn)，按照設(shè)計(jì)掘進(jìn)路線由始發(fā)口開始向地層掘進(jìn)。此過程中為下一步盾構(gòu)機(jī)的正式掘進(jìn)做準(zhǔn)備。第五，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入掘進(jìn)面時(shí)，地鐵施工的主要過程正式開始，在掘進(jìn)過程中，將挖出的巖石和土通過運(yùn)輸機(jī)械排出洞口，并在掘進(jìn)過程中配合進(jìn)行襯砌、支護(hù)等工作，以此來控制整體開挖后巖體的沉降和位移，通過支護(hù)來加強(qiáng)開挖后巖體的應(yīng)力強(qiáng)度。此過程耗時(shí)最長(zhǎng)，也是最危險(xiǎn)的作業(yè)。第六，盾構(gòu)機(jī)完成掘進(jìn)工作后的出洞。

2 盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理

由于地體盾構(gòu)施工是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，施工工序繁多、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、地質(zhì)條件多變。如果對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行估算是不可能完成的任務(wù)。因此需要將大工程按照施工區(qū)段和時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分，劃分成一系列子工程，而每個(gè)子工程的風(fēng)險(xiǎn)是可以進(jìn)行量化的，則整體工程的風(fēng)險(xiǎn)因素就是由一個(gè)個(gè)子工程的風(fēng)險(xiǎn)組成的，最后根據(jù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)模型得到整體工程的施工風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，針對(duì)不同問題所采取的分析模型也不同。但總的來說共分為兩種：一種是項(xiàng)目工程工作分解結(jié)構(gòu)，另一種就是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)，也可以采用兩種方法綜合起來的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估算。地鐵盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生機(jī)理主要是：整體的施工處于一個(gè)孕險(xiǎn)環(huán)境中，且此環(huán)境的狀況復(fù)雜、危險(xiǎn)系數(shù)大。當(dāng)外界通過不確定的致險(xiǎn)因子的誘導(dǎo)或者激勵(lì)，最后就可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，而事故發(fā)生的程度有時(shí)候是不可預(yù)知的，可能對(duì)整體和結(jié)構(gòu)造成災(zāi)難性的破壞和損失。這種損失指的是工程中的實(shí)際收益與預(yù)期收益的差值，因此結(jié)果可以為正，也可能為負(fù)。正值表示為工程中的絕對(duì)收益，負(fù)值則表示將損失情況維護(hù)和修復(fù)到預(yù)期情況所付出的金錢成本、人工成本和時(shí)間成本。

在地鐵盾構(gòu)施工中主要的孕險(xiǎn)環(huán)境包括掘進(jìn)環(huán)境、運(yùn)輸環(huán)境、維護(hù)環(huán)境、支護(hù)環(huán)境、輔助環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境等。而致險(xiǎn)因子主要包括供工人的違規(guī)操作、機(jī)械振動(dòng)人員、材料性能穩(wěn)定性、地下水的徒增、巖石的崩塌、地上外界環(huán)境的激勵(lì)和擾動(dòng)等。地鐵盾構(gòu)施工中的承險(xiǎn)體主要包括盾構(gòu)機(jī)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、地面建筑物、隧道等。最后得到的風(fēng)險(xiǎn)損失主要包括人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、工期延長(zhǎng)、社會(huì)影響等。

3 盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)

相對(duì)于一般建設(shè)工程而言，地鐵盾構(gòu)在施工過程中的施工程序繁雜，技術(shù)含量高，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、地質(zhì)條件多變，風(fēng)險(xiǎn)管理難度高。因此造就地鐵盾構(gòu)在施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)就具有一定的特點(diǎn)，其主要表現(xiàn)為：

第一，地鐵盾構(gòu)在施工過程中的客觀性和普遍性。

在地鐵施工過程中，風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的且不以人的意志為轉(zhuǎn)移。無論主體是否有意識(shí)，風(fēng)險(xiǎn)始終伴隨整個(gè)過程，這主要是由風(fēng)險(xiǎn)的普遍性決定的。由于此特點(diǎn)施工中的風(fēng)險(xiǎn)不可能憑空消失，也不能徹底解決，而是通過一定的技術(shù)手段加以抑制或控制，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，降到一個(gè)人可以接受的范圍之內(nèi)。

第二，地鐵盾構(gòu)在施工過程中的危險(xiǎn)性和機(jī)遇性。

由于地鐵盾構(gòu)在施工的致險(xiǎn)因子不確定，最終導(dǎo)致地鐵施工的危險(xiǎn)性。如果風(fēng)險(xiǎn)沒有按照預(yù)期的方向進(jìn)行發(fā)展，而是向相反的方向進(jìn)行時(shí)，將產(chǎn)生非?？膳碌暮蠊?。如果風(fēng)險(xiǎn)按照預(yù)期的方向進(jìn)行發(fā)展，那么風(fēng)險(xiǎn)就具有機(jī)遇性。危險(xiǎn)性和機(jī)遇性在一定的條件下是可以轉(zhuǎn)化的。

第三，地鐵盾構(gòu)在施工過程中的必然性和偶然性。

任何風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生都具有一定的激勵(lì)條件和事發(fā)原因且處于一定的孕險(xiǎn)環(huán)境中，風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生必須是幾項(xiàng)因素綜合作用的結(jié)果，且達(dá)到一定的閾值才能產(chǎn)生。因此風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生是必然的。但是這些條件中，有些因素的產(chǎn)生是偶然的，是服從一定的概率分布的，所以風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生也具有一定的偶然性。我們可以通過概率統(tǒng)計(jì)來得到相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率分布，以此來控制風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

第四，地鐵盾構(gòu)在施工過程中的動(dòng)態(tài)性和關(guān)聯(lián)性。

從地鐵盾構(gòu)的施工過程來看，地鐵工程項(xiàng)目的立項(xiàng)、地質(zhì)勘測(cè)、地鐵線路的選擇和設(shè)計(jì)、地鐵盾構(gòu)施工，往往處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的客觀環(huán)境中，因此，地鐵盾構(gòu)施工在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理時(shí)要從動(dòng)態(tài)管理的觀點(diǎn)來進(jìn)行。由于地鐵盾構(gòu)施工涉及面廣，包含許多子項(xiàng)目，因此需要各子項(xiàng)目的相互配合和關(guān)聯(lián)。因此在同步和關(guān)聯(lián)過程中會(huì)產(chǎn)生一定的風(fēng)險(xiǎn)。且可能一個(gè)方面出現(xiàn)問題會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)程度和范圍的成倍的擴(kuò)大，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目難以進(jìn)行。

4 結(jié)語

本文依據(jù)對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入的研究。基于地鐵施工的特點(diǎn)和分類，本文首先將地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)與傳統(tǒng)的礦山法進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和流程進(jìn)行了介紹；然后根據(jù)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的定義，對(duì)地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了探討，這有利于盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)；最后總結(jié)地鐵盾構(gòu)施工的特點(diǎn)。由此通過以上分析研究，為將來在構(gòu)建地鐵盾構(gòu)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供必要的參考。

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Onconstructionprocessofsubwayshieldanditsriskevaluation

CuiHonghu

(TaiyuanMunicipalPublicEngineeringQualityInspectionStation,Taiyuan030002,China)

According to the features and classification of the subway shield construction, compares the subway shield technique with the traditional mining method, introduces its advantages and procedure, and explores the risk occurrence principle for the subway construction combining with the definition of the shield construction risks, so as to provide some reference for the risk evaluation indexes of the subway shield construction.

subway project, shield technique, risk forecasting, mining method

1009-6825(2016)34-0170-03

2016-09-22

崔紅虎(1982- )，男，工程師

U455.43

A