鐵路大直徑盾構(gòu)隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)控制策略

刁目松

一、工程概況

新建南寧至崇左鐵路留村隧道工程，進(jìn)出口里程DK4+120～DK9+845，總長5725m，線間距4.2m，為單洞雙線隧道。最小曲線半徑R為1200m，最大縱坡24.1‰，隧道直徑11.3m，項(xiàng)目采用“明挖法+盾構(gòu)法”相綜合的施工模式。洞身通過段的地質(zhì)條件特殊，包含中風(fēng)化泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等。

二、鐵路大直徑盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)直徑與施工風(fēng)險(xiǎn)具有緊密的關(guān)聯(lián)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隨著直徑的增加，施工風(fēng)險(xiǎn)也隨之升高。從直徑的角度來看，盾構(gòu)機(jī)可根據(jù)直徑的不同分為四大類型，具體如表1所示。對(duì)于大直徑的盾構(gòu)機(jī)，其在運(yùn)行期間對(duì)土層的破壞作用較明顯，遇平行隧道小凈距、江河等特殊的施工場(chǎng)景時(shí)，更易出現(xiàn)地層沉降、擾動(dòng)變形等問題，而在軟弱地層掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)易由于前重后輕而出現(xiàn)“栽頭”的情況，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)施工進(jìn)程難以順利推進(jìn)，也容易因?yàn)槎軜?gòu)姿態(tài)控制不到位而出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

表1 盾構(gòu)機(jī)直徑分類

三、鐵路大直徑盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)

1.關(guān)鍵影響因素

（1）客觀層面。水文、地質(zhì)條件是主要的客觀影響因素。隧道施工易受到水文、地質(zhì)條件的干擾，而此類因素存在諸多不確定性，因此在前期勘察工作中難以準(zhǔn)確把握水文和地質(zhì)方面的情況，隧道施工面臨諸多挑戰(zhàn)，施工期間存在大量的風(fēng)險(xiǎn)。在水文方面，巖土的滲透性、水的沖刷力、水的腐蝕性等均會(huì)對(duì)大直徑盾構(gòu)隧道施工帶來不良影響；在地質(zhì)方面，地層空間流動(dòng)性與變形的特性，導(dǎo)致隧址區(qū)存在瓦斯有害氣體、孔洞等。

（2）主觀層面。施工技術(shù)、施工物資的質(zhì)量或性能、工作人員的操作水平均是重要的主觀影響因素。隧道施工技術(shù)方案相對(duì)復(fù)雜，各工法的適用場(chǎng)景以及應(yīng)用效果不盡相同，加之對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)信息掌握不充分，易出現(xiàn)技術(shù)不匹配或是誤操作的情況，由此增加施工風(fēng)險(xiǎn)。此外，在機(jī)械設(shè)備異常運(yùn)行、施工人員工作水平偏低的條件下，也勢(shì)必會(huì)增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.具體風(fēng)險(xiǎn)描述

（1）盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)，需適時(shí)鑿除布設(shè)在預(yù)留孔口處的擋土墻，再啟用盾構(gòu)刀盤，利用該裝置切削洞口加固土體，以便順利進(jìn)入洞門密封裝置，期間破壞性較強(qiáng)，洞口土體以及加固土體需長時(shí)間暴露于外部，易破壞土體的穩(wěn)定性，同時(shí)洞門環(huán)密封裝置也易受損，進(jìn)而發(fā)生洞口水土流失乃至坍方事故。

以飽和含水砂性土層為例，施工期間易出現(xiàn)向井內(nèi)大規(guī)模涌水涌砂的現(xiàn)象，其嚴(yán)重干擾盾構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，輕則伴有盾構(gòu)出洞磕頭以及盾構(gòu)進(jìn)洞突沉問題，重則垮塌，施工進(jìn)程受阻，施工質(zhì)量受到影響?？梢?，盾構(gòu)進(jìn)出洞的安全隱患較多，需從實(shí)際情況出發(fā)，采取行之有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以確保盾構(gòu)機(jī)可在安全的前提下順利進(jìn)出洞。

（2）施工量較大

大直徑盾構(gòu)隧道的施工量較大，難以避免穿越現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的情況。針對(duì)此，除了保證隧道主體施工質(zhì)量外，還需盡可能減小其它各類建（構(gòu)）筑物的受擾程度，從而使其在施工全程均維持穩(wěn)定的狀態(tài)。但是，隧道盾構(gòu)施工的破壞性較強(qiáng)，易出現(xiàn)地層大范圍沉降的情況，這導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物難以正常使用。此外，管線對(duì)盾構(gòu)穿越的干擾也較為突出，例如電力管線、燃?xì)夤芫€等，若盾構(gòu)穿越時(shí)未采取有效的控制措施和防護(hù)措施，則容易出現(xiàn)斷觸電、燃?xì)庑孤┑葐栴}。

（3）穿越地下障礙時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)

大直徑盾構(gòu)隧道施工中，易遇到深長基礎(chǔ)或其它類型的障礙物，需有效地規(guī)避：一方面，應(yīng)減小盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)變更問題；另一方面，需考慮既有障礙物的穩(wěn)定性，在兼顧多重要求的前提下高效施工。

（4）隧道整體上浮

以越江盾構(gòu)隧道在江中段時(shí)為例，此時(shí)覆土較淺、水壓較大，隧道整體上浮的可能性較大，因此要防止上浮量過大。影響管片上浮的因素主要有盾構(gòu)與管片姿態(tài)、推進(jìn)油缸推力、同步注漿壓力及性質(zhì)、管片接頭特征等。

盾構(gòu)姿態(tài)：盾構(gòu)軸線相對(duì)隧道軸線下傾，管片承受較大的偏心荷載及盾尾向上的作用力，主要受地層性質(zhì)、盾構(gòu)操作水平、隧道縱向坡度等影響。

隧道縱向剛度：管片縱向剛度與管片接頭形式、管片拼裝方式等有關(guān)。

漿液未凝固段長度及漿液對(duì)管片的浮力：漿液凝固時(shí)間、施工速度均是決定漿液未凝固段長度的關(guān)鍵因素；而對(duì)于漿液對(duì)管片的浮力，其主要取決于漿液工程性能（例如黏度、坍落度）、施工現(xiàn)場(chǎng)的水文條件（地下水）。但現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，難以精準(zhǔn)地確定漿液凝固時(shí)間及漿液對(duì)管片浮力的大小。

地層性質(zhì)與地下水狀況：普遍具有地層越軟弱、地層抗力系數(shù)越小、管片越易變形的規(guī)律；此外，若存在透水性較差的軟弱地層，則容易形成超空隙水壓力，其直接作用于管片，導(dǎo)致其承受較大的浮力。若富水地層的透水性較強(qiáng)，易在地下水的作用下稀釋漿液，改變其性能，漿液的膠凝時(shí)間以及應(yīng)用效果均會(huì)受到影響。

四、鐵路大直徑盾構(gòu)隧道的風(fēng)險(xiǎn)控制策略

1.管理措施

編制行之有效的方案。以大直徑盾構(gòu)隧道的實(shí)際建設(shè)條件為立足點(diǎn)，編制施工組織設(shè)計(jì)方案、安全方案等來作為后續(xù)工作的引導(dǎo)；對(duì)于危險(xiǎn)系數(shù)較高的施工內(nèi)容，需加強(qiáng)技術(shù)論證，制定專項(xiàng)施工方案，保證其具有可行性。

職能部署。在合同簽訂前，需明確各參與方所需承擔(dān)的責(zé)任，增強(qiáng)員工的使命感；深度優(yōu)化施工管理制度，包含但不限于安全交底制度、技術(shù)交底制度、原材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)制度等，同時(shí)將關(guān)鍵的施工程序作為重點(diǎn)控制對(duì)象，確保其能夠滿足安全層面和質(zhì)量層面的要求；強(qiáng)化安全措施管理，具體應(yīng)包含臨時(shí)用電、防火、冬季嚴(yán)寒及夏季酷暑的安全防護(hù)措施等，保證

材料、機(jī)械設(shè)備均可正常使用。

2.技術(shù)措施

洞外風(fēng)險(xiǎn)控制。根據(jù)地面實(shí)際情況采取加固措施，如設(shè)置隔離樁、超前預(yù)注漿等；全面清理施工現(xiàn)場(chǎng)的障礙物，并將廢樁拔出；在施工全流程中，由專員加強(qiáng)測(cè)量監(jiān)控，具體需考慮地面建（構(gòu)）筑物的變形、地面的沉降等，保證各項(xiàng)指標(biāo)均被控制在許可范圍內(nèi)。

洞內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)控制。管片背后的二次深孔注漿、洞內(nèi)測(cè)量監(jiān)控等均是關(guān)鍵的工作內(nèi)容，需要深度優(yōu)化工藝參數(shù)，合理發(fā)揮出盾構(gòu)施工工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如采用管片背后同步注漿（可以充分發(fā)揮出漿液的固結(jié)作用）、激光導(dǎo)向系統(tǒng)（可以提高施工定位的精確性）等。

3.經(jīng)濟(jì)措施

鐵路大直徑盾構(gòu)隧道對(duì)物資和人員的需求量較大，需在各方面投入較多的成本，因此需在不影響項(xiàng)目整體質(zhì)量的前提下有效降低成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)大直徑盾構(gòu)隧道的施工特點(diǎn)，推薦采用如下幾項(xiàng)經(jīng)濟(jì)措施：

保證資金供應(yīng)。切實(shí)發(fā)揮出監(jiān)理作用，根據(jù)施工進(jìn)度合理匹配資金，既要保證資金供應(yīng)充足，又要避免資金投入超預(yù)期的情況。

正確應(yīng)用支付手段。監(jiān)理方應(yīng)高度重視支付手段的選擇與應(yīng)用，如落實(shí)安全生產(chǎn)費(fèi)、風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)的驗(yàn)工計(jì)價(jià)方法等，從源頭上把控資金風(fēng)險(xiǎn)。

建立獎(jiǎng)罰機(jī)制。在風(fēng)險(xiǎn)管理工作中，要科學(xué)合理地應(yīng)用獎(jiǎng)罰制度，在給予表現(xiàn)優(yōu)異者表揚(yáng)的同時(shí)，對(duì)不良行為的相應(yīng)責(zé)任主體做出懲罰。為更好地發(fā)揮出獎(jiǎng)懲機(jī)制的刺激作用，需配套考核制度，量化分析員工的工作成效，從而做出準(zhǔn)確的判斷。

五、結(jié)語

綜上所述，在鐵路隧道建設(shè)領(lǐng)域，大直徑盾構(gòu)隧道為重點(diǎn)內(nèi)容，且對(duì)施工技術(shù)提出較高的要求。在工程施工中，管理者應(yīng)起到引導(dǎo)作用，帶動(dòng)全體員工關(guān)注施工風(fēng)險(xiǎn)問題，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工狀況以及現(xiàn)有技術(shù)水平，采取針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制策略，給工程建設(shè)工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，從而有序地完成鐵路大直徑盾構(gòu)隧道的建設(shè)工作。