地鐵盾構(gòu)工程安全施工重點和安全保障措施

摘要：在介紹南昌市軌道交通3號線工程概況的基礎(chǔ)上，分析該工程的重大風(fēng)險源，從深基坑、穿越建筑物、隧道小間距施工、在富水砂礫層掘進、盾構(gòu)區(qū)間與出入場隧道交叉作業(yè)和隧道洞門破除等6個方面，闡述地鐵盾構(gòu)工程安全施工重點和安全保障措施，可供從事地鐵盾構(gòu)工程施工技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;盾構(gòu)施工;安全重點;保障措施

1" "工程概況

南昌市軌道交通3號線為南北向的基本骨架，對聯(lián)絡(luò)該市南北區(qū)域具有重要作用。該線路起于蓮塘站，止于京東大道站，全長約28.5km，設(shè)站22座，全線采用地下盾構(gòu)施工方法。

在該工程建設(shè)中，安全施工重點必須把握，安全保障措施必須落實。根據(jù)該工程盾構(gòu)施工特點、水文地質(zhì)條件以及地表環(huán)境因素，分析出該工程存在的重大風(fēng)險源，如表1所示。

2" "深基坑施工

2.1" "安全施工重點

2.1.1" "基坑圍護

該地鐵工程的基坑開挖深度為17.5～22m，最深處分布在兩端。深基坑安全施工必須以基坑維護為重點，從圍護樁的樁徑尺寸、樁體垂直度、鋼筋籠質(zhì)量、保護層厚度等方面著手，加強檢測與控制，保證設(shè)置成型的圍護樁具有足夠的穩(wěn)定性。

3.1.2" "基坑降水

為保證基坑的穩(wěn)定性，需控制地下水侵蝕問題，因此必須做好基坑降水施工。針對車站及明挖區(qū)間以外的部位，聯(lián)合應(yīng)用坑內(nèi)明排和坑外止水的綜合型方案。截水溝修筑在基坑周邊頂部緊鄰基坑的部位，以免地表水滲流至基坑內(nèi)。

針對局部填土深度超過3m的區(qū)域，為保證防水效果，設(shè)置高壓旋噴止水樁。根據(jù)車站底板位于薄層灰?guī)r層內(nèi)，采用明排和樁外旋噴帷幕止水方法，以防控上層滯水。

2.2" "安全保障措施

著重考慮開挖和支撐兩項工作，采取協(xié)調(diào)措施，營造良好的施工環(huán)境。以分層、分步、對稱的方法有序組織開挖作業(yè)，做到先支后挖、隨挖隨撐。整個基坑開挖期間均遵循“時空效應(yīng)”。在圍護結(jié)構(gòu)防水施工中，需要及時檢測質(zhì)量，判斷是否存在異常，若存在異常須分析原因、采取措施，力爭在源頭上消除質(zhì)量問題。

3" "穿越建筑物

3.1" "安全施工重點

3.1.1" "減慢掘進速度

盾構(gòu)機掘進時，對土層有擾動作用。以相對較慢的掘進速度進行盾構(gòu)施工，在保證正常施工的同時盡可能減小對建（構(gòu)）筑物的擾動，以免造成不良影響。

3.1.2" "提前注漿

為了防止建（構(gòu)）筑物發(fā)生傾斜、沉降，須提前做好地層預(yù)注漿、盾尾注漿、二次注漿，以保持土體的穩(wěn)定性。

3.1.3" "組織試驗段施工

為給正式施工提供重要的參考數(shù)據(jù)，挑選具有代表性的區(qū)段組織試驗段施工，由此掌握現(xiàn)場施工情況，確定適用于現(xiàn)場環(huán)境的盾構(gòu)施工參數(shù)，使后續(xù)施工高效、安全推進。

3.1.4" "提前檢修盾構(gòu)機

盾構(gòu)機應(yīng)具備良好性能，在盾構(gòu)機穿越建（構(gòu)）筑物之前，全面檢查所有設(shè)備，判斷其運行狀況，若有問題予以修復(fù);準備足量的易損配件，以備不時之需。

3.1.5" "做好監(jiān)測工作

確定被穿越建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)及其范圍，設(shè)置適量的監(jiān)測點，監(jiān)測地面和結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)。考慮到檢測數(shù)據(jù)的完整性、真實性要求，建立完善的變位監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)工程施工進度及時開展監(jiān)測工作，用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

3.2" "安全保障措施

3.2.1" "控制盾構(gòu)掘進參數(shù)

盾構(gòu)機掘進時，對土倉壓力、推進速度、刀盤轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)進行有效控制，保證這些參數(shù)的合理性。盾構(gòu)機掘進環(huán)節(jié)，注重碴土改良，有效控制出碴量，避免周邊土體以及地表建筑受到擾動。

3.2.2" "控制盾構(gòu)機掘進姿態(tài)

控制盾構(gòu)機的掘進姿態(tài)至關(guān)重要，若控制不當(dāng)容易造成管片上浮超限。在實際施工中，應(yīng)以管片實際上浮量為準，適當(dāng)向下調(diào)整，以保持管片正常姿態(tài)。盾構(gòu)機進入加固區(qū)之前，要對盾構(gòu)機姿態(tài)做適當(dāng)下調(diào)處理，例如低于設(shè)計值20～30mm，上部設(shè)置的注漿孔可用于同步注漿和二次注漿。

3.2.3" "控制同步注漿參數(shù)

同步注漿量增幅20%～30%，所用漿液應(yīng)較快初凝，以保證滲漏通道得到有效封堵。及時監(jiān)測注漿壓力和注漿量，針對兩項關(guān)鍵指標采取控制措施，確保周邊空隙得到有效填充。盾構(gòu)推進期間，以地面沉降觀測點的數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，有針對性地調(diào)整同步注漿參數(shù)，使其與實際環(huán)境相適應(yīng)。

3.2.4" "合理安排二次注漿

盾構(gòu)機穿越建（構(gòu)）筑物之后，對建筑物進行跟蹤監(jiān)測。若監(jiān)測結(jié)果顯示建（構(gòu)）筑物沉降穩(wěn)定，則組織壁后二次注漿作業(yè);若該注漿方法實際應(yīng)用效果有限，可采用分層注漿等地面加固方法，具體方法視現(xiàn)場情況合理選擇。

4" "隧道小間距施工

4.1" "安全施工重點

區(qū)間左、右隧道局部凈間距較小（3～4m）時，采用以格柵方法加固隧道間的夾芯土體，以保證其有足夠的穩(wěn)定性。左、右隧道盾構(gòu)施工期間，夾層土體必須有足夠的穩(wěn)定性，否則盾構(gòu)機掘進產(chǎn)生的擾動作用會造成夾層土出現(xiàn)不同程度的沉降。為此在相連接隧道管片之間增設(shè)預(yù)留注漿孔，以便有效增加夾層土的注漿量，使夾層土具有足夠的穩(wěn)定性。隧道拱部管片也要設(shè)注漿孔，使用合適規(guī)格的鋼花管高效注漿，以此提高土體強度，保證土體穩(wěn)定。

4.2" "安全保障措施

4.2.1" "監(jiān)控夾芯土體

在左、右隧道的合理位置布設(shè)監(jiān)測點，獲得反映實際情況的參數(shù)，并對其做動態(tài)化調(diào)整，引導(dǎo)盾構(gòu)施工朝著正確的方向掘進。盾構(gòu)向前掘進后，還要對后期沉降進行監(jiān)測和控制。

4.2.2" "采用臨時支撐裝置加固管片

根據(jù)隧道管片施工情況，采用臨時支撐裝置對管片進行加固。當(dāng)盾體管片環(huán)縫間產(chǎn)生錯動時，管片會伴有一定的剪力。此時采用臨時支撐裝置，可有效抵御該剪力，提高管片剛度，減小管片變形量。臨時支撐裝置在需要支撐期間不可卸力。

5" "在富水砂礫層掘進

火炬廣場站～梁萬站區(qū)間、梁萬站～京東大道站區(qū)間、高新停車場出入場線始發(fā)和到達端頭處的地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，以粗砂、礫砂層為主，含豐富的地下水，松散巖類空隙潛水賦存在砂礫層。

5.1" "安全施工重點

5.1.1" "選擇掘進模式

采用土壓平衡掘進模式，合理設(shè)置掘進參數(shù)，確保水土壓力平衡。掘進時使用泡沫或膨潤土進行渣土改良，有效保證渣土改良效果。及時進行同步注漿和二次注漿，有效控制地表沉降。加強掘進參數(shù)和沉降分析，總結(jié)砂層施工經(jīng)驗，及時調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)。

5.1.2" "控制泥砂噴涌

富水砂礫層的滲透性較好，含水量較高。在施工擾動作用下，富水砂礫層容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，在土壓平衡盾構(gòu)施工期間，可能導(dǎo)致富水砂礫層通過螺旋輸送機發(fā)生噴涌，嚴重時甚至?xí){到地面建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定性。在砂石遇水液化或是泥砂噴涌時，容易出現(xiàn)不同程度的地層沉降，因此必須有效控制泥砂噴涌。

5.1.3" "控制地面沉降

控制富水砂礫層地面沉降的難度很大，施工期間可能會由于洞門漏砂、漏水而影響到地面的穩(wěn)定性，進而造成建（構(gòu)）筑物沉降、威脅建（構(gòu)）筑物安全。若施工控制不當(dāng)而導(dǎo)致土體遭到擾動，則容易出現(xiàn)明顯的沉降現(xiàn)象，造成洞門處的地下水和泥砂溢出。在此狀況下，洞門上方地面沉降現(xiàn)象將加劇。

5.1.4" "保持盾構(gòu)機正常運行

盾構(gòu)機在富水砂礫層掘進施工過程中，會加劇易損件的磨損。盾構(gòu)機在掘進過程中若控制不當(dāng)，容易造成盾尾刷損壞，可導(dǎo)致盾尾密封失效、盾尾漏水漏砂。若出現(xiàn)砂漿、泥水經(jīng)盾尾密封部位冒出故障，將給后續(xù)施工帶來嚴重干擾。

例如砂漿從盾尾冒出時，難以順利完成對管片的填充作業(yè);而泥水從盾尾處冒出時，則地面容易出現(xiàn)失水沉降現(xiàn)象。要盡可能降低故障的發(fā)生率、縮短故障停機時間，否則會在土倉內(nèi)形成積水。在盾構(gòu)始發(fā)前，應(yīng)詳細檢驗盾構(gòu)機及其配套設(shè)備，保持盾構(gòu)機正常運行。

5.2" "安全保障措施

5.2.1" "控制掘進姿態(tài)

在盾構(gòu)掘進時，要求盾構(gòu)機司機集中注意力，嚴格控制盾構(gòu)機掘進姿態(tài)，避免盾構(gòu)機蛇形掘進。必須本著“勤糾偏、小糾偏”的原則，在盾構(gòu)機稍微偏離軸線時立即進行糾偏。每掘進9環(huán)管片，需對管片和盾構(gòu)機的姿態(tài)進行復(fù)核和控制，保證管片超前量與四周間隙，確保管片姿態(tài)與盾構(gòu)機姿態(tài)保持一致。一旦盾構(gòu)機姿態(tài)發(fā)生跑偏，立即停機向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報，聘請相關(guān)專家進行討論分析，確定糾偏方案，并通過調(diào)節(jié)千斤頂調(diào)整盾構(gòu)機掘進姿態(tài)。

5.2.2" "加強盾構(gòu)機現(xiàn)場管理

在發(fā)生盾尾少量漏水、漏砂時，要加強地表監(jiān)測，向盾尾刷注入油脂，同時進行二次注漿。在發(fā)生盾尾刷損傷嚴重、盾尾漏砂漏水嚴重時，要加強地表監(jiān)測，及時對盾尾后管片進行二次注漿，同時通過盾構(gòu)機周邊預(yù)留孔洞進行注漿封堵，必要時更換一道盾尾刷。

要加強管片拼裝管控，確保盾尾四周間隙均衡;要使用優(yōu)質(zhì)盾尾油脂，避免盾尾刷被流砂或漿液擊穿;要加強同步注漿和二次注漿管理，確保壁后注漿效果。

在正式掘進之前，對盾構(gòu)機操作人員進行安全技術(shù)培訓(xùn)和安全技術(shù)交底;成立掘進指導(dǎo)小組，時刻指導(dǎo)盾構(gòu)掘進施工;與設(shè)計院取得聯(lián)系，由設(shè)計院提供調(diào)線數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

盾構(gòu)機在砂礫層掘進過程中，會遇到一些意想不到的困難和問題。在遇較大困難或問題時，要及時停止掘進，并組織有關(guān)人員研究對策，確保正常施工。

5.2.3" "其他措施

要注重土體的改良，較為合適的改良方法是膨潤土、聚合物添加劑，通過此類材料的應(yīng)用，改良渣土的和易性，取得突出的止水效果，以便更好地進行盾構(gòu)掘進施工。安排同步注漿和二次注漿，有效阻止隧道后方的泥水進入土倉。對管片背后的空隙進行填充處理，使其具有嚴密性，以免擴大地面沉降。注漿時，監(jiān)測注漿壓力和注漿量，根據(jù)這兩項數(shù)據(jù)判斷實際注漿狀況，采取動態(tài)化的控制措施，獲得更好的注漿效果。

6" "盾構(gòu)區(qū)間與出入場隧道交叉作業(yè)

梁萬站至京東大道站左線盾構(gòu)區(qū)間突出的施工難點在于與出入場線交叉，可能由于某部位施工不當(dāng)而對周邊建（構(gòu)）筑物造成不良影響。

6.1" "安全施工重點

一是選擇洞內(nèi)注漿方法做加固處理;二是在正式施工前，核實兩隧道的準確位置;三是在現(xiàn)場合理布設(shè)監(jiān)測點，獲得可反映現(xiàn)場情況的數(shù)據(jù)信息，提高施工的動態(tài)化控制水平。

6.2" "安全保障措施

精細控制盾構(gòu)機掘進方向，最大限度減小盾構(gòu)掘進偏差，以保證隧道軸線的合理性，并減小對土層的擾動影響。加強對掘進速度、推進力等參數(shù)的檢測與控制。以地表監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理調(diào)整注漿壓力，適時增加管片注漿管，并及時安排二次跟蹤注漿作業(yè)。盾構(gòu)推進期間，為避免盾尾及鉸接密封部位出現(xiàn)涌砂、漏水等問題，需適當(dāng)增加盾尾油脂注入量。

7" "隧道洞門破除

7.1" "安全施工重點

破除隧道洞門時容易出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象。因此在盾構(gòu)機始發(fā)和到達前，需對洞門附近土體進行加固處理。為保證加固效果和洞門破除時的安全，洞門破除前要做好以下工作：

在洞門破除前5天，對洞門區(qū)域的加固效果進行觀察孔試驗，即通過鉆取洞門處水平觀察孔，檢測盾構(gòu)端頭的加固效果，主要是觀察正面巖層的裂隙水流量等。在實施洞門破除之前，準備好注漿泵及相關(guān)應(yīng)急搶險物資，一旦發(fā)生洞門涌水、涌砂，立即使用注漿泵對漏水處進行封堵。在盾構(gòu)井內(nèi)安裝好具有足夠排污能力的排污泵，破除洞門時，少量的漏水和漏砂可通過排污泵排出工作井。利用盾構(gòu)井后方的明挖暗埋結(jié)構(gòu)，設(shè)置破除洞門時的緊急安全通道，在洞門破除施工期間嚴禁任何人員和物品堵塞該通道。盾構(gòu)始發(fā)前的洞門破除工作，必須是在盾構(gòu)機及盾構(gòu)施工成員全部準備就緒，且設(shè)備和人員全部處于臨戰(zhàn)狀態(tài)下方可進行。

7.2" "安全保障措施

在破除洞門的過程中，如果發(fā)生的漏水現(xiàn)象在可控制的范圍之內(nèi)，不影響正常的施工，也不會對設(shè)備和人員構(gòu)成安全風(fēng)險時，可以通過導(dǎo)流措施，將此漏水引流至集污池內(nèi)，由污水泵排出。如果端頭加固處理不好或者由于施工等原因，造成洞口處發(fā)生大量涌水，要立即向洞門處注入聚氨酯，待聚氨酯暫時封堵洞門后，立即通過洞門預(yù)留孔向洞門內(nèi)注入雙液漿，以徹底封閉洞門。

8" "結(jié)語

綜上所述，在地鐵盾構(gòu)施工過程中，施工安全是首要的工作目標。在確保施工安全的前提下，方可高效施工，實現(xiàn)質(zhì)量、效益等目標。作為地鐵隧道施工單位，需要高度重視安全風(fēng)險管控工作，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，識別其中的重點、難點，探尋有效、適宜的安全保障措施，盡可能降低安全事故的發(fā)生率，保證工程施工的順利推進。

參考文獻

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