地鐵隧道盾構施工風險分析與控制措施

賴陽迅

北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司

1 引言

地鐵隧道施工具有非常高的施工標準，而盾構施工正是地鐵隧道施工的關鍵內容，也是目前科學技術發(fā)展下的重要施工技術。在該項技術的應用階段，由于多種因素的限制，施工過程中很容易產生安全風險，給施工人員的生命財產安全帶來巨大威脅，同時會影響地鐵隧道施工的整體質量。因此地鐵隧道盾構施工的風險分析受到越來越多企業(yè)的重視，該項內容的研究，將會更好地把控盾構法施工的風險問題，進而利用科學合理地方式，來優(yōu)化地鐵隧道施工的效率，給企業(yè)帶來更多的經濟效益。

2 地鐵隧道盾構施工概述

結合以往的地鐵隧道施工實踐經驗，通常來講盾構施工的具體施工流程有以下幾點：盾構設備的安裝調試作業(yè)；盾構的運作和掘進；水平作業(yè)盾構掘進；盾構使用方向的調整；掘進刀具的更換；盾構注漿；操作完成以后要進行盾構的拆卸。在整個施工階段，必須讓每個施工步驟之間互相協(xié)調，達到最好的施工效率。為保證地下地鐵隧道的安全施工，同時保證相應的施工質量，必須做好施工協(xié)調。以往的地鐵隧道施工主要是借助埋藏的方式，通常選擇離地表近的位置。但是這種施工方式容易引起地表的沉降，會給周圍的居住環(huán)境帶來很大的破壞作用。因此必須對施工過程中的排水、防護等內容高標準、嚴要求，這就給施工帶來了很大的難度。盾構法基于我國地鐵隧道施工的地形地貌特征，配合水文地質環(huán)境，在施工過程中利用多種輔助設備來對圍巖進行加固，在開挖工作完成以后，適當地防護給圍巖起到了不小的保護作用。

盾構法施工必須在隧道的起始位置和終止位置構建足夠大小的基坑或者豎井，用來完成盾構設備的拼接操作，如果隧道的長度超出一定范圍，就要設置相應的檢修井。檢修井的具體范圍必須配合盾構設備的大小來進行界定。通常井口的寬度范圍必須符合盾構設備的安裝需要，還要滿足設備出入井口的要求。盾構法的施工操作要有土層開挖工作的配合，盾構機的全面推進以及具體的拼接作業(yè)。在這些施工作業(yè)當中，必須保證施工操作的有效銜接，避免出現太大的時間間隔，因為長階段的作業(yè)停滯會給隧道施工帶來不必要的影響，甚至會引起地面的沉降。

3 盾構施工特點及流程

3.1 地鐵隧道盾構施工特點

地鐵隧道的盾構施工作業(yè)，通常是結合盾構設備在隧道施工中的堆砌，利用圍巖和地下結構的穩(wěn)定性來注入一定量的漿液材料，在這種施工技術的運用過程中，一般給環(huán)境帶來的影響不大。施工階段挖掘土層的范圍相對較小，不會造成周圍地層的沉降，也不會影響地面的正常交通。盾構施工作業(yè)具有非常強的實用性，工作人員只需要在工程預定的范圍內占據相應的面積，按照施工成本控制的要求來將成本限定在一定范圍。在地鐵隧道的施工當中盾構法具有非常廣泛的適用空間，因此對于地鐵隧道作業(yè)有著很強的抗震效果。這些內容都是盾構法施工獨特的優(yōu)勢。

3.2 地鐵隧道盾構施工流程

3.2.1 盾構掘進

盾構掘進工作不能直接深入，要根據施工環(huán)境的地形特征進行具體分析，通常要將盾構掘進的45m位置充當試挖掘階段。繼續(xù)推進以后就可以進行拆除工作，將周圍管道內的管片拆除，然后在試挖掘過程中挖成以下任務：采用短時間完成盾構設備的調試，做好工程建設的實地考察工作，通過地質環(huán)境的平衡盾構法來把控施工進度。利用收集的施工數據進行分層優(yōu)化。了解管片拼裝的具體操作。在試挖掘完成以后，需要按照對接的工作調整相應的挖掘參數，給今后的盾構掘進提供相應的準備。一般來講需要完成以下幾點內容：首先按照地質環(huán)境的條件和試挖掘狀態(tài)進行監(jiān)控，給今后的挖掘工作提供必要的參數。結合有效地施工監(jiān)測，不斷強化施工工藝，減少后續(xù)施工中的不足。在盾構挖掘不斷推進的過程中，應該及時把控具體的進度，不斷進行施工測算，讓施工數據能夠和對應的坐標參數進行對接，做好有效地調整。

3.2.2 盾構掘進方向的控制與調整

受到地層結構的影響，在盾構掘進過程中可能會遇到土層硬度不均、隧道坡度變化大等問題，這時盾構掘進就不能準確按照預定的施工計劃來推進地鐵隧道的挖掘工作，會帶來很大的偏移。如果這種偏移超過一定范圍，就會增大隧道施工的間隙，一些部位的受力會發(fā)生變化。所以盾構施工階段必須采用合理地技術方案進行掘進，避免過大的路線偏移。盾構掘進的方向控制可以采用隧道導向裝置來完成，或者是分區(qū)盾構遷移的方式來矯正偏差。假如偏離的位置與預定位置偏離過大，盾構設備就會報警，這時要選取盾構刀盤的方式來彌補偏差。

3.2.3 同步注漿與二次補強注漿

盾構施工可能會帶來地層結構的損失，甚至會造成隧道周圍受到波動的影響而發(fā)生變化，這時就可能產生地下水的滲透，容易造成建筑結構和管線的沉降。為了避免這種情況，在盾構掘進的階段，應該及時進行盾構管片的脫離，讓漿液材料能夠迅速填充到建筑的空隙內。同步注漿操作要和盾構掘進同步完成，利用同步注漿系統(tǒng)把漿液注入管片當中。注漿完成以后管道內部的縫隙就可以得到填充，大部分的地層變形都能夠改善。在部分漿液澆筑的階段，可能會產生漿液填充不均衡的現象，漿液的收縮就會造成整體成分被稀釋，為保證漿層的防水效果，要盡量利用管片進行漿液補注。

4 盾構法施工風險分析

4.1 地質條件復雜

由于我國的地形地貌復雜，城市建設的風貌風格不一，這就給盾構隧道施工帶來了不小的難度。并且在現場勘查過程中，會受到很多的限制，沒有經過地形的解析，勘察得出的數據很難給地鐵隧道盾構法施工提供幫助，這就可能會給盾構隧道施工帶來風險。

4.2 缺乏規(guī)范的安全風險管理體系

在當前的地鐵隧道施工當中，國家還沒有對應的安全風險防控標準，即使施工單位擁有一套獨立的風險防控措施，但風險管理方針的制訂，施工現場的風險評估，安全風險內容的辨識，以及風險防控工作的管理等內容都存在較大的偏差。所以在實際的地鐵隧道盾構施工階段，很多工作人員都沒有按照必要的施工流程來完成操作，在施工作業(yè)的推進過程中容易造成施工漏洞。并且在盾構隧道的施工階段，某些施工企業(yè)過于重視經濟效益，盲目節(jié)省成本，加快施工進度的推進，反而忽視了施工的整體質量，這就非常容易帶來安全風險。

4.3 施工人員專業(yè)素質不高

部分施工人員沒有足夠的專業(yè)素質，對于地鐵隧道盾構施工的認識不夠，文化水平不足，造成工作人員在具體的施工過程中，缺乏相應的安全意識，不能按照施工建設的需求來做好安全防護。在沒有安全防護的前提下開始隧道施工是非常危險的，如果發(fā)生安全事故將會給施工帶來巨大的威脅。

4.4 施工技術的使用管理問題

由于地鐵隧道施工的工作量非常龐大，經常會采用多個工種同時作業(yè)的方式，多種技術手段共同操作。在工程作業(yè)不同的施工同時進行時，必須制訂合適的施工安全管理方案，在協(xié)調工作的基礎上才能夠進行作業(yè)。采用全新的技術手段進行施工時，應該針對具體的技術要求進行方案調整。但對于目前的地鐵隧道施工而言，大部分施工單位仍然采用以往的管理辦法，即把施工的參數和施工管理辦法分開操作，這就有可能造成施工技術方案不能符合工程建設的需要，新型施工技術不能發(fā)揮出應有的作用。

5 盾構法施工機械風險及控制措施

5.1 盾構始發(fā)及始掘進階段

盾構的始發(fā)和初始掘進工作在地鐵隧道施工中有著非常重要的地位，并且在隧道挖掘逐漸加深，尺寸增加的狀態(tài)下，施工環(huán)境逐漸惡劣。這就給相應工程建設提出了更高的技術要求，必須結合相應的技術手段來對開挖地層工作進行穩(wěn)定性的控制，結合土層和水泥防護充當構建物來減少挖掘面受到不良低端的影響而坍塌，必須對土層結構改造確保挖掘面的穩(wěn)定以后，才能進行下一步的施工作業(yè)。為了保證施工的安全性，在洞口掘進完成以后要對掘進開始位置增加壓力，通過水泥風度的方式控制隧道口結構，保證洞口的穩(wěn)定。由于盾構阻力會對隧道造成影響，因此要提前對盾構設備的基座軌道涂抹潤滑油，減少刀盤對洞口挖掘帶來的傷害。此外必須對基座導軌的高度、中心線位置進行控制，減少盾構移動給掘進工作帶來的破壞。在盾構的掘進階段如果需要進行試驗挖掘，就要調整掘進的參數并結合地層位置變化的規(guī)律來控制掘進的方位。

5.2 盾構正常掘進階段

結合盾構始發(fā)操作和掘進位置的確定明確具體的施工參數，盾構設備就可以完成相應的掘進工作。為了保證掘進設備能夠達到更好地開掘效果，就要讓刀盤和土層的流動性保持一致，然后讓整體線路的推進維持在相平衡狀態(tài)下。還可以結合隧道線路上地質環(huán)境的不同選擇不同的掘進模式。在盾構設備在土層狀態(tài)下工作時，要通過設置參數保證設備在土層結構穩(wěn)定狀態(tài)下運轉，同時確保足夠的施工效率。在施工階段選擇合適的方案能夠實現土層地質環(huán)境的測試，以便盾構設備在掘進模式下能夠及時切換到不同狀態(tài)來調整。按照輸送設備排出土速度的要求，和地層變化的特點對地鐵隧道進行監(jiān)測。在坡面的施工作業(yè)中，要及時關注挖掘的土量，讓注漿操作符合排水作業(yè)的情況。

5.3 盾構到達掘進階段

盾構設備開始掘進工作主要是達到端頭以后，需要轉變以往的掘進操作，利用保護方案穩(wěn)定隧道的土層結構，讓路線能夠符合設備推進的要求。簡單的盾構挖掘顯然不足以滿足施工需求，主要有兩種方式來進行操作：第一是在設備到達相應位置后即可對土層進行拆除，第二是在設備到達土層防護之前進行拆除作業(yè)。第一種方式施工作業(yè)操作帶來的反饋非常良好，可以大范圍應用到地鐵隧道施工地層穩(wěn)定性的防護當中。而第二種方式則必須對地層進行加固操作，強化洞口的堅固程度，用以防止盾構姿態(tài)的變化，控制掘進動力。但在這個階段因為設備推理的降低可能會減小管片的作用力，使得管片的連接位置漏水，這就必須讓工作人員在管片安裝的過程中加裝固定裝置。

6 結束語

總的來講，對地鐵隧道盾構法施工進行風險分析，可以起到優(yōu)化施工效果的重要作用。所以在今后的地鐵隧道施工當中，有關企業(yè)必須加強對盾構法施工關鍵內容的重視，并結合新型技術的施工需求對盾構法施工進行調控，提高該項施工的整體效率，為企業(yè)經濟效益的提高打下堅實的基礎，推動城市化建設工作的全面發(fā)展。