試析城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險管理方案

丁如光 中鐵濟南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司

1 前言

由于地鐵區(qū)間隧道施工的地理位置較為特殊，且建設(shè)周期較長，導(dǎo)致了外部影響因素較多，因此應(yīng)加強對地鐵區(qū)間隧道施工中的風(fēng)險管理，使地鐵環(huán)線可以發(fā)揮其應(yīng)有功效，進而促進我國地鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為地鐵行業(yè)發(fā)展提供推動作用。

2 地鐵區(qū)間隧道工程概述

地鐵項目工程作為我國經(jīng)濟發(fā)展的主要工程，在通常情況下，建設(shè)工期普遍較長且資金需求較高，在施工的過程中還需要用到許多復(fù)雜的技術(shù)，且工程量巨大。通常情況下，地鐵工程的建設(shè)都地理位置都較為復(fù)雜，且材料運輸和建設(shè)過程較為繁瑣，因此增加了地鐵工程的施工難度，使施工風(fēng)險管理更加困難[1]。在進行地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工中，需要施工人員做好充分的施工準(zhǔn)備，根據(jù)實際情況制定施工計劃，并采取相應(yīng)措施。

3 盾構(gòu)法施工原理

盾構(gòu)法是地鐵區(qū)間隧道施工中的重要方式，通常采用盾構(gòu)作為施工機具，并對地層中修建隧道以及暗挖都有很大的幫助，使機械自動化程度較高的科學(xué)隧道挖掘方法。從二十世紀(jì)的六十年代開始，西方國家就采用這樣的方法在排水管道施工中進行應(yīng)用，并利用盾構(gòu)法替代了傳統(tǒng)開鑿明挖的方法，并改善了勞動施工密集的問題。由于盾構(gòu)法的地面施工較少，因此能夠在不影響地面交通的情況下完成施工，且盾構(gòu)法施工噪聲較小，并且在經(jīng)濟上也有著自身獨特的優(yōu)勢[2]。盾構(gòu)機械自動化程度高，工人勞動強度低，使得地鐵區(qū)間隧道施工工期大大減少，從而節(jié)約了施工成本，雖然盾構(gòu)法優(yōu)點較多，但在施工過程中仍然有缺點。由于盾構(gòu)機的設(shè)計以及安裝需要準(zhǔn)備的時間較長，且操作難度大，很難控制地鐵區(qū)間隧道施工中的沉降，因此使得盾構(gòu)法應(yīng)用在施工過程中需要對相關(guān)人員進行專業(yè)化的訓(xùn)練，因此在進行城市地鐵區(qū)間隧道施工前，需要有效利用風(fēng)險管理對施工中的風(fēng)險進行有效控制，從而保障施工人員的安全與工程的安全。

4 地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險識別

首先是分析盾構(gòu)法的風(fēng)險以及其特征，并將盾構(gòu)施工中風(fēng)險因素的類別進行具體劃分，從而找出風(fēng)險識別的目標(biāo)，將風(fēng)險識別目標(biāo)進行確認。隨后按照施工流程圖對工程施工中的各個施工工序，進行詳細分析，并請專業(yè)人員進行有效論證，將施工中可能存在的潛在風(fēng)險因素一一列出。盾構(gòu)機械設(shè)備在施工管理與地質(zhì)環(huán)境方面也應(yīng)進行風(fēng)險識別，在風(fēng)險識別的過程中應(yīng)當(dāng)遵循由粗及細的原則，先將風(fēng)險問題找出，在逐個進行排除，做到風(fēng)險確認與風(fēng)險排除同步進行，還需要對風(fēng)險內(nèi)涵進行嚴(yán)格區(qū)分界定，并將風(fēng)險因素的相關(guān)原則充分考慮，使風(fēng)險識別更為科學(xué)。

5 城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險管理措施

5.1 盾構(gòu)機風(fēng)險控制

由于盾構(gòu)機自身存在風(fēng)險問題，因此在盾構(gòu)機進行施工前應(yīng)利用“盾構(gòu)選型”來規(guī)避盾構(gòu)機自身的風(fēng)險問題。盾構(gòu)機選型應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧道斷面形狀、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障礙物、地下管線及構(gòu)筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等條件；采取科學(xué)的方法，經(jīng)過策劃、調(diào)查、可行性研究、綜合比選評價等步驟，按照可行的程序，對盾構(gòu)機的“適用性”、“技術(shù)性”、“經(jīng)濟合理性”進行遴選；保證盾構(gòu)的斷面形狀與外形尺寸適用于隧道斷面形狀與外形尺寸，種類與性能要適用工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧道埋深、地下障礙物、地下構(gòu)筑物與地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用條件。如果所選盾構(gòu)不能充分滿足施工現(xiàn)場使用條件，應(yīng)增加相應(yīng)的輔助工法，如壓氣工法、注漿工法等，以確保掌子面穩(wěn)定。

5.2 地表沉降風(fēng)險控制

地鐵區(qū)間隧道施工中，應(yīng)對地表沉降變形嚴(yán)格控制，通常情況下地表沉降變形監(jiān)測，一般應(yīng)控制在-30mm～+10mm范圍之內(nèi)，同時若地面變形接近-20mm～+6mm時，應(yīng)盡快找出原因并解決此類問題。若施工過程中數(shù)值超出了固定范圍，那么就需要停止地鐵區(qū)間隧道的施工（或優(yōu)化、調(diào)整盾構(gòu)機掘進參數(shù)等），同時立即組織預(yù)警分析、制定預(yù)警處置、跟蹤預(yù)警處置成果、直至消警；防止地面沉降量進一步擴大，導(dǎo)致地面及建筑物塌陷。因此，在施工過程中應(yīng)該對地面相應(yīng)的位置進行圍蔽，將問題進行具體分析，并采取相應(yīng)的措施對問題進行緊急處理，避免安全事故的發(fā)生。在盾構(gòu)機施工時，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前的施工環(huán)境，采取“洞內(nèi)二次注漿”，必要時地面應(yīng)進行注漿加固，有效控制地表沉降。

圖1 城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工圖

5.3 環(huán)境風(fēng)險控制

以“土壓平衡”盾構(gòu)機為例，應(yīng)對環(huán)境風(fēng)險措施簡介如下：

（1）通過隧道導(dǎo)向系統(tǒng)及鉸接油缸和推進油缸配合可很好的控制盾構(gòu)機的姿態(tài)。

（2）盾構(gòu)機可以采用完全的土壓平衡模式進行掘進。并且當(dāng)土艙壓力較大、地層水較多時，可以通過啟閉螺旋輸送機閘門達到保壓掘進的目的。另外還設(shè)置有防涌門和保壓泵碴系統(tǒng)接口。

（3）完備的注漿系統(tǒng)。掘進時保證同步注漿充分，并根據(jù)需要及時進行二次注漿，保證管片和圍巖之間的空隙填充飽滿，盡量減少地面沉降。

5.4 進出洞風(fēng)險控制

以“土壓平衡盾構(gòu)機”為例，在進出洞風(fēng)險控制上需要做好以下幾點把握。

（1）加強端頭地層加固質(zhì)量控制，端頭地層加固質(zhì)量直接影響盾構(gòu)始發(fā)到達掘進安全，如端頭加固采用混凝土素樁，嚴(yán)格控制混凝土素樁間距、垂直度、混凝土澆筑質(zhì)量等參數(shù)。端頭地基加固完成后，必須對加固質(zhì)量進行水平抽芯檢查，主要檢查加體固體完性。

（2）盾構(gòu)進、出洞之前，在洞圈范圍內(nèi)鉆水平觀測孔，觀察是否出現(xiàn)滲漏水，如有則根據(jù)滲漏水的具體情況，采取相應(yīng)處理措施。

（3）做好盾構(gòu)始發(fā)與到達時的姿態(tài)控制，保證盾構(gòu)以良好的姿態(tài)始發(fā)與到達。盾構(gòu)到達時，當(dāng)盾構(gòu)機頭部靠上洞門后，從盾尾后二到三環(huán)管片的注漿孔向外土層注入雙液漿，截斷地層中的水涌向洞門，形成第一道環(huán)箍擋水。當(dāng)盾構(gòu)機前體和中體步上接收托架后，盾尾留在加固體位置時，進行二次盾構(gòu)注漿，形成第二道環(huán)箍擋水。

（4）盾構(gòu)始發(fā)進洞后，及時封堵洞門并回填注漿，封堵洞門，確保洞口封閉完全，無地下水大量流出。

（5）高質(zhì)量安裝洞門防水裝置，保證防水裝置安裝前、安裝中、安裝后完好；安裝完后要進行驗收。

（6）科學(xué)、合理編制盾構(gòu)進出洞安全施工應(yīng)急預(yù)案，制定詳細的應(yīng)急組織和管理制度，儲備足量應(yīng)急物資和人力設(shè)備，做好各項工序的交底，確保能應(yīng)對各種突發(fā)事件，安全生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

地鐵區(qū)間隧道施工是一項較為復(fù)雜的工程，施工技術(shù)要求高，風(fēng)險因素較多。因此在施工過程中應(yīng)加強對盾構(gòu)施工風(fēng)險的管理，實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境的準(zhǔn)確勘測，確保施工質(zhì)量，面對問題應(yīng)及時以科學(xué)合理的方式對其有效處理，從而保證地鐵隧道施工的安全，從而使施工可以順利進行。