盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)分析

顧其波　章維維　范高飛

(1.杭州市公路管理局，浙江 杭州　310004；2.杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 杭州　310007；　3.杭州余杭苕溪城市建設(shè)有限公司,浙江 杭州　311115)

0　引言

所謂盾構(gòu)法[1]就是在成為盾構(gòu)的鋼殼之內(nèi)保持開挖面穩(wěn)定的同時(shí)，安全向前掘進(jìn)，在其尾部拼裝稱其為管片的襯砌構(gòu)件，然后用千斤頂頂住已拼裝好的襯砌，利用其反力將盾構(gòu)推進(jìn)。

上海的延安東路南線隧道洞門加固措施不當(dāng)，盾構(gòu)出洞后導(dǎo)致嚴(yán)重的泥水冒漿，引起掘進(jìn)困難，土體坍方嚴(yán)重，延誤工期。深圳地鐵一期工程、南京地鐵一期工程和廣州地鐵四號(hào)線大學(xué)城專線等均發(fā)生過類似的盾構(gòu)進(jìn)出洞事故[2]。

盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)表明：盾構(gòu)進(jìn)、出洞是盾構(gòu)施工中風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié)之一，稍有不慎就會(huì)發(fā)生工程事故。通過對盾構(gòu)進(jìn)、出洞的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并制訂詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)對策和應(yīng)急預(yù)案，能有效把控風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究盾構(gòu)進(jìn)、出洞風(fēng)險(xiǎn)分析極有必要。

1　盾構(gòu)進(jìn)、出洞關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)的進(jìn)、出洞工序是盾構(gòu)法建造隧道的關(guān)鍵工序。而地基加固和基座設(shè)置是盾構(gòu)進(jìn)、出洞的重中之重。為了更好的控制盾構(gòu)進(jìn)、出洞的風(fēng)險(xiǎn)。必須重點(diǎn)把握地基加固和基座設(shè)置這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

1.1　地基加固

地基加固是盾構(gòu)進(jìn)、出洞中相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分，由于天然地層土沒辦法符合施工要求，為確保工程安全，必須采取合適的加固措施，來提高地基的抗剪切強(qiáng)度，降低地基的壓縮性，改善地基的透水特性，地基的動(dòng)力特性以及特殊土的不良地基特性。

1.1.1地基加固方法選擇

正確選擇合適的加固方法是地基加固的核心問題。地基加固應(yīng)該考慮地基土的類別、周圍環(huán)境條件、施工隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)與施工技術(shù)條件、加固深度、施工工期、設(shè)備狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。

目前地基加固普遍采用旋噴、攪拌+旋噴、SMW工法及凍結(jié)法等，必須選擇合理的地基加固方式，確保在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)土體有一定時(shí)間的隔水性和自立性。但在風(fēng)險(xiǎn)較高或特殊工況條件下需要采用多種地基加固工藝組合使用。

1.1.2地基加固質(zhì)量異常的補(bǔ)救措施

當(dāng)發(fā)現(xiàn)地基存在強(qiáng)度不足，樣洞有異常或者抗?jié)B指標(biāo)不符合要求的時(shí)候，必須采取補(bǔ)救措施，常用的補(bǔ)救措施有凍結(jié)加固、地面垂直加固(單液、雙液)、降壓井和水平注漿加固(單液、雙液)。采取補(bǔ)救措施后應(yīng)重新開樣洞，待確認(rèn)補(bǔ)救后地基質(zhì)量符合相關(guān)要求后才可鑿除洞門混凝土。

1.2　基座設(shè)置

1.2.1基座設(shè)置前的準(zhǔn)備

基座設(shè)置前必須結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，詳細(xì)測算實(shí)際預(yù)留洞口的尺寸大小和位置，核對基座是否符合盾構(gòu)進(jìn)、出洞要求。若不能滿足要求，則需要對基座進(jìn)行調(diào)整，直至滿足要求為止。

1.2.2基座軸線測定

根據(jù)基座設(shè)計(jì)的位置，來標(biāo)定基座安裝所需要的軸線。第一步，使用全站儀在固定物體或者井壁上測設(shè)出基座中心軸線。第二步，根據(jù)基座設(shè)計(jì)的里程，在其前、中、后端三個(gè)位置，分別把垂直于基座中心軸線的法線測設(shè)在固定的物體或者井壁上。第三步，在基座前、中、后端三個(gè)部位，沿基座中心軸線兩側(cè)的井壁或者固定物體上標(biāo)定同一高程的水平線，并注明實(shí)際高程值。

1.2.3基座型式

基座有多種型式，目前常用的有以下幾種型式：現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等?；粌H要有足夠的剛度和強(qiáng)度外，還應(yīng)具備整體與局部穩(wěn)定性，防止施工時(shí)發(fā)生事故。

2　盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)分析及防治

盾構(gòu)的進(jìn)、出洞工序是盾構(gòu)法施工的重要工序之一，涉及多種工種交叉施工，風(fēng)險(xiǎn)大，稍有不慎極易引起工程事故。因此，研究盾構(gòu)進(jìn)、出洞的風(fēng)險(xiǎn)分析和防治特別有意義。

2.1　盾構(gòu)基座變形

2.1.1現(xiàn)象

在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)，需要在洞口布置基座，由于多種因素，可能會(huì)引起盾構(gòu)基座變形，從而影響盾構(gòu)推進(jìn)。盾構(gòu)基座布置示意圖如圖1所示。

2.1.2原因分析

1)未經(jīng)過專項(xiàng)驗(yàn)算，盾構(gòu)基座框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體剛度和局部構(gòu)件的強(qiáng)度不能滿足要求。

2)盾構(gòu)基座使用多次，鋼材發(fā)生疲勞或生銹等原因。

3)盾構(gòu)基座加工人員責(zé)任心不強(qiáng)，私自改變結(jié)構(gòu)型式，焊接工人漏焊等。

4)專項(xiàng)檢查中，未發(fā)現(xiàn)存在的問題。

2.1.3預(yù)防措施

1)在選擇盾構(gòu)基座時(shí)，應(yīng)該通過驗(yàn)算，確保盾構(gòu)基座框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體剛度和局部構(gòu)件的強(qiáng)度能夠滿足盾構(gòu)進(jìn)、出洞要求，特別要考慮在盾構(gòu)過土體加固區(qū)所形成的推力大小。

2)盾構(gòu)基座如需重復(fù)利用，保養(yǎng)和修理工作應(yīng)該及時(shí)跟上。每次使用前，應(yīng)該有專門的檢測報(bào)告，確保重復(fù)利用的盾構(gòu)基座能符合強(qiáng)度和剛度的要求。

2.1.4治理方法

發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)基座變形損壞的構(gòu)件，應(yīng)該及時(shí)加固或者更換，在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)觀測，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)基座變形，應(yīng)該停止推進(jìn)，召開專家會(huì)，查找問題，確定措施后方可繼續(xù)推進(jìn)。

2.2　盾構(gòu)后靠支撐位移及變形

2.2.1現(xiàn)象

在盾構(gòu)出洞過程中，需要用后靠支撐系統(tǒng)來支撐盾構(gòu)前進(jìn)，后靠支撐系統(tǒng)獲得過大的力作用后，可能發(fā)生后靠支撐的偏移、斷裂和局部變形等情況。

2.2.2原因分析

1)后靠系統(tǒng)受力分布不均衡、不對稱，產(chǎn)生應(yīng)力集中。

2)沒有對盾構(gòu)后靠系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，盾構(gòu)支撐受力作用面強(qiáng)度不足、混凝土強(qiáng)度不夠或結(jié)合面不平整等因素。

3)施工工人責(zé)任心不強(qiáng)，焊接技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致鋼構(gòu)件焊縫強(qiáng)度不符合要求。

2.2.3預(yù)防措施

1)對盾構(gòu)操作工人進(jìn)行上崗培訓(xùn)，經(jīng)過考核后方可上崗，盾構(gòu)操作工人在盾構(gòu)推進(jìn)過程中要均衡推進(jìn)，禁止大角度糾偏。

2)開展科學(xué)嚴(yán)格的驗(yàn)算，確保各構(gòu)件強(qiáng)度符合要求，且用素混凝土或水泥砂漿填充密實(shí)各個(gè)縫隙。

3)建立工人培訓(xùn)上崗制度，制定獎(jiǎng)懲制度，對責(zé)任心強(qiáng)的工人進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對責(zé)任心不強(qiáng)的工人進(jìn)行教育。

2.2.4治理方法

對變形過大的構(gòu)件，進(jìn)行重新加固或者用新構(gòu)件來替換，并做好監(jiān)測工作。

2.3　盾構(gòu)出洞段推進(jìn)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線

2.3.1現(xiàn)象

因多種原因?qū)е露軜?gòu)在推進(jìn)過程中，與設(shè)計(jì)軸線偏離，此時(shí)需要對盾構(gòu)進(jìn)行糾偏。

2.3.2原因分析

1)過高的盾構(gòu)正面平衡土壓力，帶動(dòng)土體隆起，導(dǎo)致盾構(gòu)上浮。

2)盾構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)故障等多種原因?qū)е律喜壳Ы镯數(shù)耐屏Σ蛔悖瑢?dǎo)致盾構(gòu)沿著向上的趨勢偏離軸線。

2.3.3預(yù)防措施

1)確?？茖W(xué)合理設(shè)定盾構(gòu)正面平衡土壓力。

2)對盾構(gòu)操作工人進(jìn)行培訓(xùn)，確保盾構(gòu)操作工人正確操作盾構(gòu)，按照保養(yǎng)設(shè)備定時(shí)保養(yǎng)設(shè)備。

2.3.4治理方法

如果是通用環(huán)管片，可以通過對封頂塊的合理選擇來進(jìn)行糾偏，同時(shí)把握注漿量，加強(qiáng)監(jiān)測，確保盾構(gòu)軸線往設(shè)計(jì)軸線靠。

3　結(jié)語

1)盾構(gòu)進(jìn)、出洞是盾構(gòu)法施工中重要工序之一，也是風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。施工過程中，應(yīng)該合理安排工序，各工種施工人員應(yīng)該密切配合，方能順利完成盾構(gòu)進(jìn)、出洞，并將風(fēng)險(xiǎn)降低到最低。

2)盾構(gòu)施工具有復(fù)雜性、隱蔽性、不穩(wěn)定性和施工風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。必須認(rèn)真對待科學(xué)分析，提前做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，注意細(xì)節(jié)，事故是可以避免的。