地鐵盾構(gòu)施工安全風險及預防措施

文/田立

1 前言

地鐵施工多位于繁華市區(qū)，周邊建筑密集、地面交通繁重、地下管線眾多。盾構(gòu)法施工對地面影響小、投入小、效率高，是軌道交通最常用的一種施工方式。盾構(gòu)施工為全地下作業(yè)，受水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等因素影響大，專業(yè)性較強，施工過程中存在較大安全風險，可能會對施工人員和社會造成重大損失。因此，在地鐵盾構(gòu)施工前，要對可能存在的安全風險進行預判，制定針對性的措施進行有效預防，方能確保地鐵盾構(gòu)施工安全平穩(wěn)可控。

2 地鐵盾構(gòu)施工中存在的安全風險

2.1 盾構(gòu)始發(fā)與到達安全風險

盾構(gòu)始發(fā)存在反力架剛度、強度、穩(wěn)定性不滿足設計要求，致使反力架不穩(wěn)定或者被毀壞。盾構(gòu)始發(fā)井、接收井端頭在基坑施工期間，受長期降水影響，細顆粒流失。在盾構(gòu)始發(fā)接收時，地層受到擾動，存在端頭地表沉陷風險。盾構(gòu)始發(fā)接收時，未對端頭地層實施有效加固和降水，土體松散富水，在盾構(gòu)始發(fā)時土倉為空倉，盾構(gòu)到達時為了減少對接收工作井的影響，通常會降低土倉壓力，不能實現(xiàn)土壓平衡，易出現(xiàn)超挖，地面易急速沉陷。始發(fā)接收時，地下水位高于盾體底部，如洞口墊圈密封失效，始發(fā)接收時洞口滲漏水，端頭土體被水帶入車站或始發(fā)井內(nèi)，易出現(xiàn)端頭塌陷。

2.2 掘進中地表沉陷安全風險

在地鐵盾構(gòu)施工過程當中，最容易發(fā)生且會造成重大損失的是地表沉陷。對于造成地表沉陷的原因，其主要為以下方面：第一，盾構(gòu)隧道頂部覆不良地層，未提前實施加固，受盾構(gòu)作業(yè)影響，較易失去穩(wěn)定性。第二，盾構(gòu)掘進過程中土壓不均衡，產(chǎn)生超挖、回填不充分等問題，誘發(fā)地面下陷問題；第三，施工中未嚴格對出渣量進行管理，造成出土量超方未及時處置，造成地表沉陷；第四，給排水管線滲漏，盾構(gòu)施工中地層受到擾動，滲漏進一步加劇，進而沖刷地層，造成地面沉陷。

2.3 盾構(gòu)機沿線建構(gòu)筑物的安全風險

盾構(gòu)施工多位于繁華市區(qū)，掘進過程中會下穿各種建構(gòu)筑物，如下穿房屋、電力通信管、給排水管、燃氣管、河流、橋梁等各類建構(gòu)筑物。盾構(gòu)施工地層擾動、超挖均可能造成建構(gòu)筑物等變形沉降，管線破裂等現(xiàn)象。會給周圍的建構(gòu)筑物以及人們的生活環(huán)境帶來不利影響。情況嚴重時還可能會出現(xiàn)建筑物開裂、倒塌的情況。

2.4 盾構(gòu)施工完成后地表滯后沉降的安全風險

受盾構(gòu)掘進超挖、回填注漿不飽滿等因素影響，盾構(gòu)掘進后均有可能在地層中留下空腔。由于現(xiàn)有監(jiān)測手段難以及時發(fā)現(xiàn)地層中存在的空腔，有時需要幾個月甚至幾年空腔才反映到地面，滯后沉降可能導致地表塌陷，地面交通中斷、地下管線破壞等后果。

針對以上事故而言，其都有可能造成道路阻斷、管線破壞、建筑物變形沉降等不良后果，嚴重的可能造成建筑物垮塌，造成人身財產(chǎn)重大損失。只有對發(fā)生上述安全風險的原因進行綜合分析，在分析的基礎上制定針對性措施，才能有效控制上述風險，確保盾構(gòu)作業(yè)處于可管控的水平。

3 對于地鐵盾構(gòu)施工的安全風險管控舉措

3.1 做好盾構(gòu)機的選型

工欲善其事，必先利其器。盾構(gòu)機對地質(zhì)的適應性和可靠性是盾構(gòu)施工最重要的保障。應當依照經(jīng)濟性、科學性、穩(wěn)定性、可適性相統(tǒng)一的準則選擇盾構(gòu)機。盾構(gòu)機選型需聘請有經(jīng)驗的專家與生產(chǎn)廠家一道，制定科學合理的盾構(gòu)生產(chǎn)改造方案，使盾構(gòu)機技術(shù)性能更適應本標段的工程地質(zhì)情況。盾構(gòu)機主軸承應具備良好的耐久性和較大的脫困扭矩；刀盤和刀具要有良好的耐磨性，刀盤的開口尺寸和開口率、刀具的配置應同地質(zhì)相適應。螺旋輸送機應具有良好的耐磨性，直徑應同地層相適應；盾構(gòu)機的主軸承密封和盾尾密封要有良好的密封性、能適應長距離的掘進；要有高精度的導向系統(tǒng)、良好的渣土改良系統(tǒng)、排碴能力和帶壓進倉的裝置。

3.2 做好盾構(gòu)始發(fā)到達風險管控

盾構(gòu)始發(fā)和到達是盾構(gòu)施工常出問題的地方，要有效控制盾構(gòu)始發(fā)到達的安全風險，重點需做好以下事項。第一，嚴格按設計文件對盾構(gòu)始發(fā)接收端頭土體進行加固，保證土體的穩(wěn)定性，始發(fā)到達前采用有效的檢測手段進行驗證。第二，具備降水條件的，將地下水降至盾體以下；降水和加固受限的，可采用鋼套筒始發(fā)、接收。第三，盾構(gòu)托架和反力架應具有足夠的剛度和強度；托架定好位后必須加支撐，防止其移動；反力架必須牢固的支撐在始發(fā)井結(jié)構(gòu)上，避免托架和反力架失穩(wěn)而造成盾構(gòu)軸線偏差。第四，在洞口裝設扇形板、螺栓、簾布橡膠板、墊圈等，使盾體和土體間有較好的密封。待盾尾完全進入土體后，立即封堵洞圈，并預留注漿管，對盾體背后土體進行加固。第五，盾構(gòu)機始發(fā)切口進入簾布前，在密封倉內(nèi)填充粘土或惰性砂漿，以便開始掘進后能較快達到平衡。第六，始發(fā)之前將恰當數(shù)量的油脂涂刷到基座軌道處，減小掘進的摩擦力。盾構(gòu)各組千斤頂應當勻稱前進，上下、左右千斤頂應對稱加力，防止反力架受力不均發(fā)生上浮或側(cè)傾。

3.3 優(yōu)化各項掘進參數(shù)

在盾構(gòu)掘進中設置試驗段，詳細記錄掘進速度、扭矩、推力、刀盤轉(zhuǎn)速、土倉壓力、螺旋機轉(zhuǎn)速、出土量、掘進時間、膨潤土用量及泡沫用量、同步注漿壓力、注漿量、漿液的初凝時間及配比等各項掘進參數(shù)。根據(jù)地表沉降、出土情況、施工進度等及時分析總結(jié)，優(yōu)化調(diào)整掘進參數(shù)，最終形成同盾構(gòu)機型號、水穩(wěn)地質(zhì)條件相適應得最佳掘進參數(shù)。

3.4 做好沿線建構(gòu)筑物的調(diào)查、辨識及保護

在盾構(gòu)施工前提前對沿線周邊構(gòu)筑物、管線情況進行調(diào)查。一是查明盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)各類地下管線的種類、管徑、同盾構(gòu)隧道的相對位置關(guān)系、管線的材質(zhì)和接頭形式等要素，加強同產(chǎn)權(quán)單位對接，對隧道影響范圍內(nèi)的管線做到全面、系統(tǒng)的了解。二是對盾構(gòu)區(qū)間影響的房屋提前與監(jiān)理、房屋鑒定機構(gòu)、社區(qū)代表做好入戶調(diào)查工作，詳細調(diào)查每間房屋的現(xiàn)狀情況，并對調(diào)查的情況讓監(jiān)理、戶主、社區(qū)代表現(xiàn)場簽字確認，由房屋鑒定機構(gòu)出具房屋的現(xiàn)狀鑒定報告。

結(jié)合隧道同建構(gòu)筑物、管線的距離，建筑物和管線現(xiàn)狀進行詳細分析、評價，并制定相應有針對性的措施。在盾構(gòu)到達前對部分需要預加固的建（構(gòu)）筑物及管線提前做好加固措施。認真總結(jié)試驗段掘進經(jīng)驗，選擇最佳掘進參數(shù)通過建（構(gòu)）筑物及管線。在穿越建筑物及管線應選擇有豐富經(jīng)驗的盾構(gòu)司機掘進操作。掘進前備足各類材料、物資、配套機械設備及各類應急物資。在掘進前應由監(jiān)理組織參建各方對建筑物及管線的加固情況，監(jiān)測點布置及初始值提取情況、物資設備儲備情況、應急物資及人員準備情況、技術(shù)準備情況等進行核查，條件均具備后方可進行掘進。掘進中抓好各項工序銜接，減少盾構(gòu)在該段的停留時間。盾構(gòu)通過后對建（構(gòu)）筑物及管線進行跟蹤監(jiān)測，并及時反饋，視反饋情況對建（構(gòu)）筑物及管線進行補充注漿。

3.5 做好監(jiān)控量測

應當依據(jù)設計標準與有關(guān)規(guī)定，制定監(jiān)控測量計劃，確定監(jiān)測位置，運用施工監(jiān)測和業(yè)主委托三方監(jiān)測同步進行監(jiān)測，確保如實掌握沉降情況。及時分析監(jiān)控數(shù)據(jù)，對監(jiān)控量測中發(fā)現(xiàn)的異常情況要及時采取措施。在重要區(qū)段或穿越重要建構(gòu)筑物前要加大監(jiān)測頻率。在掘進完成后應根據(jù)地質(zhì)情況及相關(guān)規(guī)范繼續(xù)進行地表及建筑物沉降等進行監(jiān)測，在掘進完成后對重要地段通過地質(zhì)雷達掃描等方式對地層空洞進行探測并及時處置，最大程度避免滯后沉降。

4 結(jié)語

綜上所述，對地鐵盾構(gòu)施工過程存在的安全風險進行有效的預防能夠提高施工的質(zhì)量和效率。因此，在地鐵盾構(gòu)施工工作開展之前，建筑企業(yè)要對施工現(xiàn)場存在的安全隱患因素進行綜合分析，充分考慮施工現(xiàn)場的環(huán)境狀況和地質(zhì)條件，制定科學合理的風險規(guī)避方案，在建設過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗與方法，促進地鐵盾構(gòu)建造行業(yè)的快速發(fā)展，進而創(chuàng)造巨大的社會價值。