盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)和規(guī)避措施

劉立永

在現(xiàn)代的交通建設(shè)當(dāng)中，由于各地區(qū)地質(zhì)條件存在著較大的區(qū)別，所以適合的挖掘方式也十分多樣。比如，在坍塌風(fēng)險(xiǎn)較大的地區(qū)施工當(dāng)中，就需要拋棄傳統(tǒng)的挖掘結(jié)構(gòu)，從而選用盾構(gòu)法來進(jìn)行施工挖掘。不過雖然說盾構(gòu)法早在1974年就已經(jīng)被采用，但使我國對其技術(shù)并不了解，所以在使用過程當(dāng)中還存在著較大的問題。因此為了盡快促使我國的盾構(gòu)法挖掘技術(shù)能夠達(dá)到國際先列，本文分析了盾構(gòu)挖掘法的施工原理，并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。另外為了幫助一線施工團(tuán)隊(duì)能夠達(dá)到較好的施工效果，本文還舉出了盾構(gòu)法的應(yīng)用實(shí)例，希望能夠?yàn)槠浣窈蟮亩軜?gòu)施工提供一些幫助。

隧道挖掘由于提供的環(huán)境較為特殊，所以其受周圍環(huán)境以及地質(zhì)影響較大，比如，在一些地下水較為豐富的地區(qū)，其挖掘工程更是難以展開。相比較于其他類型的隧道挖掘，盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)辨識難度較低，所以也比較適合一些高危地區(qū)的隧道施工，比如在我國的西北地區(qū)，盾構(gòu)隧道施工就可以很好地適應(yīng)其獨(dú)特的巖溶地貌，從而降低施工中的風(fēng)險(xiǎn)。

一、隧道挖掘的大背景

在隧道挖掘中，由于受限于地形和設(shè)備的影響，所以大多數(shù)挖掘方式都很難對地下環(huán)境進(jìn)行有效處理。就拿水下隧道挖掘來講，其面對的危險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)要遠(yuǎn)超普通隧道挖掘，比如，當(dāng)水下管理處理不當(dāng)時(shí)，突發(fā)性的水流涌出以及塌方會導(dǎo)致較為嚴(yán)重的施工事故。這些事故會威脅施工人員的生命安全，并對建設(shè)設(shè)備造成一定程度的破壞，這種情況下還會引起泥石流。當(dāng)上升成區(qū)域性泥石流災(zāi)害時(shí)，就會給當(dāng)?shù)貛磔^為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)影響，從而形成嚴(yán)重的社會負(fù)面影響。隧道挖掘當(dāng)中所出現(xiàn)的事故數(shù)不勝數(shù)，比如，前些年的長江隧道冒漿、松花江隧道江水出現(xiàn)倒灌等事件，都給當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，如果不能及時(shí)對盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行升級，那么就很難保證施工當(dāng)中的建設(shè)安全。

二、盾構(gòu)施工的施工原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.運(yùn)行原理

在盾構(gòu)施工當(dāng)中，施工的主要器械是盾構(gòu)機(jī)。這種施工方式會在施工當(dāng)中運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)的刀盤和支撐結(jié)構(gòu)來對周圍墻體進(jìn)行有效固定，在完成襯砌后就進(jìn)行壁后注漿。

2.優(yōu)點(diǎn)

比起其他類型的挖掘，盾構(gòu)隧道挖掘的施工進(jìn)度相當(dāng)快，且安全度也相對較高。而在技術(shù)上，由于技術(shù)相對較為成熟，所以大部分的過程都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，也是因?yàn)檫@個(gè)原因，人員勞動(dòng)強(qiáng)度也能夠得到大幅度降低。而在其影響表現(xiàn)上，盾構(gòu)隧道挖掘的優(yōu)點(diǎn)也比較明顯，比如由于獨(dú)立施工性較強(qiáng)，所以對地面交通的影響也相對較小。另外，在一些含水量較大的隧道挖掘上，盾構(gòu)挖掘?qū)ζ涞奶幚硇Ч材軌蚝苋菀走_(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.缺點(diǎn)

但與此同時(shí)，盾構(gòu)法挖掘也存在著一定的缺點(diǎn)，比如，工程費(fèi)用較高，所以就需要花費(fèi)較多的項(xiàng)目預(yù)算。而在技術(shù)泛用度上，由于施工工程本身需要針對每條挖掘線路進(jìn)行詳細(xì)分析，所以大多數(shù)的項(xiàng)目方案都不能混用，這也導(dǎo)致了盾構(gòu)隧道挖掘成本再一次提升。由于盾構(gòu)器械具有較大的體積，所以對于一些隧道曲率較小的施工來講，其施工難度會大大增加。另外，雖然說盾構(gòu)法對地下水含量較高的施工有一定的適應(yīng)性，但在松軟泥土的處理上，其地表沉降較為明顯，所以對施工整體技術(shù)的要求也整體較高。而對于施工人員來講，盾構(gòu)法的施工環(huán)境也相對較差，所以也需要工程為施工人員配備相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)設(shè)備，以避免施工污染對人體健康造成巨大威脅。

三、盾構(gòu)隧道施工的具體風(fēng)險(xiǎn)

從結(jié)果上來看，盾構(gòu)隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)大多是由于其缺點(diǎn)延伸，所以其的措施處理也有一定的局限性。大多數(shù)情況下，通過隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)都難以解決，所以需要技術(shù)人員加大這方面的研究。

1.施工環(huán)境過差

在當(dāng)代的盾構(gòu)隧道施工當(dāng)中，因?yàn)槭艿郊夹g(shù)的限制，大多數(shù)都會使用到全氣壓法來對地層進(jìn)行穩(wěn)定和疏干。此過程當(dāng)中會大大壓縮施工人員的施工環(huán)境條件，從而使施工人員的生命安全遭到威脅。在以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)當(dāng)中，施工人員相關(guān)疾病的患病率高達(dá)13.1%，比起其他的隧道挖掘方式，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)是一個(gè)較高的數(shù)據(jù)。

2.易引發(fā)環(huán)境事故

在施工當(dāng)中，由于盾構(gòu)施工的性質(zhì)較為特殊，所以即使做好了相關(guān)的準(zhǔn)備，還是會引起一些負(fù)面效果。比如，工程會對周圍的環(huán)境造成一定的破壞，比如，最常見的地表下陷。如果是在城市建筑區(qū)，那還可能導(dǎo)致其出現(xiàn)沉降，從而引發(fā)建筑物出現(xiàn)傾斜，從而影響到建筑物壽命。而在水下隧道的挖掘當(dāng)中，則還會出現(xiàn)泥石流、塌方等惡性事故。由于是在地下施工，所以對其施工人員的安全施救難度也相對較大。從以往的事故報(bào)告中可以看出，大多數(shù)施工遇險(xiǎn)的獲救概率都達(dá)不到30%。

3.必要準(zhǔn)備時(shí)間過長導(dǎo)致工程延期

首先，盾構(gòu)隧道挖掘本身就需要針對具體地形來進(jìn)行相關(guān)的方案設(shè)計(jì)，所以工程前期需要花費(fèi)大量時(shí)間來進(jìn)行實(shí)地考察，以制定最完善的施工方案。也是這個(gè)原因，大多數(shù)盾構(gòu)隧道挖掘的周期范圍相差較大，這也使得社會無法為盾構(gòu)挖掘提供足夠的資源支撐。而對于施工團(tuán)隊(duì)來講，這種針對性的方案設(shè)計(jì)十分考驗(yàn)技術(shù)人員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。如果沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)作為支撐，那么幾乎很難在規(guī)定時(shí)間當(dāng)中完成隧道施工工作。另一方面，隧道挖掘并非是單一的工程結(jié)構(gòu)，其后期還有各種的后續(xù)工程。如果無法及時(shí)完成工程交付，那么后期的工程也難以展開，從而也將會造成大量的社會資源浪費(fèi)。

四、盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施

1.規(guī)避沉降的有效方法

從性質(zhì)上來看，盾構(gòu)隧道挖掘主要是擾動(dòng)了施工區(qū)域的土質(zhì)，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)了一定程度的沉降與位移。只要控制好地表區(qū)域的土質(zhì)狀況，就可以有效地降低沉降概率。首先，施工人員應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)情況來對最佳施工深度進(jìn)行測算，才對工程的整個(gè)模型受力情況進(jìn)行合理度分析。如果工程模型的合理度較差，則要及時(shí)向上進(jìn)行匯報(bào)申請，并換用其他的挖掘方案；其次，施工團(tuán)隊(duì)要全程對施工工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行全局監(jiān)控，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降情況并開展相關(guān)的補(bǔ)救措施。如果出現(xiàn)較為明顯的沉降，就需要加強(qiáng)此區(qū)域的管理，并做好相應(yīng)的防護(hù)手段，以免出現(xiàn)塌方或者是其他二次事故。最后，在注漿過程當(dāng)中，工作人員要根據(jù)工程作業(yè)位置來計(jì)算合適的注漿量，不要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行注漿量和壓力數(shù)值的設(shè)定，以免影響工程穩(wěn)定性。如果沉降較為嚴(yán)重，則還需要及時(shí)聯(lián)絡(luò)地表結(jié)構(gòu)，以通過合作的方式來對地基進(jìn)行穩(wěn)固，從而阻止事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.出入洞風(fēng)險(xiǎn)控制

在施工當(dāng)中，施工團(tuán)隊(duì)要提高對口的架構(gòu)等級，從而對洞口的周圍土體進(jìn)行一個(gè)有效控制。從調(diào)查數(shù)據(jù)上來看，大多數(shù)的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)都集中在此部分，所以對于洞口的管理也不能掉以輕心。首先，在洞口的處理上，施工人員要對周圍的地理結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，并保證出洞段的最低加固程度。對一些穩(wěn)定性較差的施工區(qū)域，則需要額外增加加護(hù)錯(cuò)失，以免其出現(xiàn)沉降；其次，在打開洞口前，施工人員要檢測洞口的穩(wěn)定效果。確認(rèn)數(shù)據(jù)合格之后，才可以進(jìn)行洞口開啟。如果數(shù)據(jù)不合格，則需要重新返工，以達(dá)到工程要求；最后，技術(shù)人員還要注意地層與施工機(jī)械的摩擦度，以免其出現(xiàn)側(cè)滾。所以在此階段當(dāng)中，器械的推進(jìn)過程要盡量放慢，不易過快。

3.人員健康風(fēng)險(xiǎn)控制

在施工過程當(dāng)中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要為施工人員配備相應(yīng)的保護(hù)裝置，以免作業(yè)隊(duì)施工人員的生命健康造成威脅。對于施工作業(yè)中的固體漂浮顆粒，則要進(jìn)行詳細(xì)檢測。當(dāng)其超過一定范圍時(shí)，就要及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)處理。而施工環(huán)境當(dāng)中也要安裝即時(shí)性的報(bào)警裝置，以便于第一時(shí)間提醒作業(yè)人員。當(dāng)然，人員健康問題也不至這些，比如，在塌方、嚴(yán)重沉降問題處理上，就要提前制定好相關(guān)的緊急逃生預(yù)案，避免出現(xiàn)惡性施工事故。施工團(tuán)隊(duì)要安排專門的現(xiàn)場資源來對逃生通道的情況進(jìn)行確認(rèn)，并提高施工人員的安全意識。當(dāng)出現(xiàn)情況時(shí)，要及時(shí)與地面以及外部團(tuán)隊(duì)聯(lián)系，以便于保證安全通道的暢通性。另外，盾構(gòu)施工部分流程已經(jīng)可以達(dá)到自動(dòng)化作業(yè)，所以也可以在此流程當(dāng)中適當(dāng)縮減作業(yè)人數(shù)，從而降低地底環(huán)境對施工人員的健康威脅。

五、結(jié)語

受限于篇幅原因，還有很多的施工風(fēng)險(xiǎn)以及防范措施沒有被一一列出，所以相關(guān)施工人員也要在工程當(dāng)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而加強(qiáng)施工中的風(fēng)險(xiǎn)控制能力。不過隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，盾構(gòu)法的自動(dòng)化技術(shù)也能夠得到進(jìn)一步提升。屆時(shí)，前期就只需要設(shè)定好相關(guān)的工程數(shù)據(jù)即可，而其他的資源就可以集中在風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對以及項(xiàng)目審查當(dāng)中。