地鐵盾構工程安全施工重點和安全保障研究

袁紅亮

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 北京 101300

引言

隨著城市化的加劇，地面交通系統(tǒng)面臨的運輸壓力日益增大，建設地鐵成為分流交通、改善城市運輸狀態(tài)的有效手段。地鐵不僅提升了城市交通效率，還極大地改善了城市居民的生活品質。作為一種先進的隧道施工技術，盾構法在全球多個城市地鐵建設中得到了廣泛應用。盾構技術憑借其高度自動化和安全性能，以及較低的人力勞動強度，已經成為現(xiàn)代隧道施工的代表性技術。本文將詳細討論盾構技術在地鐵工程中的應用及其對城市交通和居民生活質量的積極影響。

1 地鐵盾構技術的工作原理和技術特點分析

地鐵盾構技術是一種先進的地下工程施工方法，該技術使隧道施工機械化程度大幅提升，相比傳統(tǒng)的礦山法有著諸多優(yōu)越性。盾構法工作原理是利用一種特制的大型設備——盾構機，該設備在隧道的掘進端進行作業(yè)，通過旋轉的刀盤切割土層，并借助盾構體自身的推進系統(tǒng)推進隧道。同時，盾構機后部將預制的管片組裝成環(huán)形隧道襯砌，確保了隧道結構的穩(wěn)定和防水性能。在掘進過程中，還需要對地表沉降、土壓力等進行實時監(jiān)測，以保障施工安全。

1.1 地鐵盾構技術的工作原理

在地鐵建設過程中，盾構技術是核心的機械化施工方法，其工作原理核心在于使用盾構機進行地下連續(xù)挖掘，并及時支撐挖掘面和環(huán)形管片組裝。在具體操作中，盾構機通過旋轉刀盤對土體進行切割，利用主推缸生成推進力推進油缸，推動盾構機體前行，確保挖掘作業(yè)的連續(xù)進行。盾構機的外殼提供臨時的地面支撐，防止土壤塌陷，并通過液壓系統(tǒng)中的千斤頂?shù)仍O備，對新裝配的管片進行推力支撐。挖掘作業(yè)隨后進行，盾構機的尾部裝有注漿系統(tǒng)，在盾構機推進過程中同步注漿，配合密封油脂達到管片不滲地表不沉降的目的。

1.2 地鐵盾構施工的主要特點分析

地鐵盾構施工技術，作為一種高效的隧道建設手段，擁有以下顯著的施工特點：①對場地要求低：地鐵盾構施工技術在施工期間對場地的占用極小，它僅需要挖掘用于盾構機啟動和到達的基坑和豎井，不需其他輔助作業(yè)空間。施工影響范圍有限，不會對地面交通和建筑物產生重大干擾，這意味著在繁忙的城市環(huán)境中尤為適用。②精確度要求高：在施工過程中，對精度控制的要求極高。例如，制作的管片必須達到機械制造的精度水平，任何偏差都必須嚴格控制在毫米級別（通常為5mm以內），以確保管片能夠準確拼接，保障隧道的結構安全和密封性。③作業(yè)不可逆：盾構施工的不可逆性要求施工隊伍必須一次性正確完成每個環(huán)節(jié)，因為一旦管片安裝或者隧道推進出現(xiàn)問題，返工將會非常困難且成本高昂。因此，在施工前的準備工作需要非常細致，包括全面的風險評估和詳盡的參數(shù)檢查，確保設備的性能和安全性。④環(huán)境適應性設計：盾構機的操作參數(shù)需根據(jù)具體的地質條件、隧道埋深和斷面大小進行調整。這就需要在施工前進行詳細的地質勘查，以便盾構機可以針對性地適應不同的土質、水文條件和壓力環(huán)境，從而保障施工質量和進度。

2 地鐵盾構施工質量與安全控制保障措施

2.1 基坑圍護結構的安全保障措施

在地鐵盾構施工中，基坑圍護結構的穩(wěn)定性是保證整個工程安全的關鍵因素。圍護結構需要承受土壓力的作用，并通過合理的設計來分散這些力，避免對工程安全造成威脅。圍護樁結構的軸力是其設計的核心，需要確保能夠承受地面及周邊建筑施加的荷載。通過適當?shù)挠嬎愫驮O計，圍護結構必須能夠安全地傳遞這些力至基坑支撐體系。

土壓力通常通過擋土墻側向傳遞，而一個有效的側向支撐體系能夠有效分散這些壓力，確保它們不會直接影響圍護結構的穩(wěn)定性。這通常涉及環(huán)向橫撐和斜撐結構的使用，這些結構可以大大增強圍護體系的整體穩(wěn)定性[1]。

2.2 盾構掘進作業(yè)的質量與安全控制措施

2.2.1 詳細記錄與監(jiān)控。施工團隊必須嚴格按照設計方案執(zhí)行，并對所有掘進參數(shù)進行詳細的記錄和監(jiān)控。這包括對每個環(huán)節(jié)的土壓力、挖掘量、盾構機的速度和姿態(tài)等信息進行準確記錄，以便進行數(shù)據(jù)分析和風險評估。

2.2.2 實時數(shù)據(jù)分析。掘進作業(yè)需要動態(tài)的監(jiān)控和調整。技術人員應該利用實時數(shù)據(jù)分析來調整操作參數(shù)，確保土壓力平衡和掘進效率。同時，還要實時監(jiān)控隧道的形狀和軸線偏差，以及檢測周邊建筑和地面的沉降情況。

2.2.3 風險評估與管理。對于每一環(huán)節(jié)的施工掘進參數(shù)和具體情況進行詳盡的記錄和分析，基于這些數(shù)據(jù)判斷當前施工所面臨的風險類型，并采取相應的控制措施。風險管理團隊應評估并預測潛在的問題，及時調整施工策略以防止事故發(fā)生。

2.2.4 掘進設備的維護。定期對盾構機及其相關設備進行維護和檢查，確保設備處于最佳狀態(tài)，減少由于設備故障導致的風險。

2.3 澆筑作業(yè)質量實時監(jiān)測及位移問題處理

2.3.1 監(jiān)測樁頂位移的重要性和措施。水下澆筑作業(yè)的不精確性容易導致泥漿沉積，進而影響混凝土質量。特別是樁頂?shù)膴A泥現(xiàn)象，可能會嚴重影響混凝土的結構完整性和功能性能。在預埋鋼護筒移除和混凝土固化的過程中，不均勻的施工力度可能會對混凝土造成損傷。此外，施工人員在移除混凝土樁頂時，如果使用高功率的風鎬等工具，可能會破壞樁周圍的混凝土結構，這對工程的質量和穩(wěn)定性構成威脅。

針對上述問題，實施實時監(jiān)測至關重要。監(jiān)測團隊需配置專業(yè)技術人員，利用精確的測量設備如位移傳感器、傾角計、應變計等，對樁頂位移進行持續(xù)監(jiān)控。一旦監(jiān)測到異常位移，技術人員需迅速分析原因，并立即實施相應的處理措施，如調整澆筑技術、重新進行泥漿處理或加強施工質量管理，以確保整個施工過程的安全性和混凝土結構的質量。通過這樣的實時監(jiān)測和快速響應，可以有效防止?jié)撛诘墓こ虇栴}，保障施工作業(yè)的安全和質量。

2.3.2 監(jiān)控膨脹型防水劑的應用。在建筑工程中，膨脹型防水劑通過其補償混凝土收縮的特性，增強了防水性能和建筑的結構強度。然而，這種添加劑的準確配比和補償收縮率對最終的工程質量有直接的影響。因此，監(jiān)控膨脹型防水劑的用量和效果對確保工程成功至關重要。

實施施工前，監(jiān)測團隊須對膨脹型防水劑進行詳細的檢測。這包括驗證其材料性質，確保其補償收縮率在規(guī)定范圍內，通常介于1.4×104至2.9×104。只有在這些參數(shù)得到滿足并確認其科學配比后，技術人員才能將膨脹型防水劑加入到混凝土中，以優(yōu)化混凝土的防滲性能。在此過程中，檢測工作應詳盡嚴謹，以確保膨脹型防水劑的用量和效果達到預期，從而不會對后續(xù)的施工流程或工程質量造成負面影響。通過這樣精確的監(jiān)測和調控，能夠有效提升工程結構的耐久性和安全性[2]。

2.4 地鐵盾構施工的結構完整性與防水性能確保

在地鐵盾構施工中，保障結構的強度和防水性是至關重要的。為了準確評估結構完整性，技術團隊需部署先進的監(jiān)測設備于站點內部。這些設備的核心任務是詳細監(jiān)測潛在的裂縫和滲漏點，評估結構沉降的范圍、位置以及應力分布狀況，從而及時識別和處理任何結構問題。

保證預制管片的質量是實現(xiàn)結構完整性和防水性的關鍵一環(huán)。每個管片都必須在出廠前經過嚴格的質量控制，以確保其滿足施工標準。此外，在現(xiàn)場的安裝過程中也需細致監(jiān)督每個步驟，確保各個環(huán)節(jié)的工作質量，以強化最終結構的防水效能。施工期間，技術人員要發(fā)揮監(jiān)督作用，確保防水措施正確實施，以及施工質量的持續(xù)保障。此外，技術人員還需要利用高效的止水螺栓設施來加強模板的固定工作。在施工過程中，如止水環(huán)等裝置的廣泛應用對于提升結構的防水性能非常關鍵。通過這些措施，可以有效地提高地鐵結構的安全性和耐久性。

3 地鐵盾構施工安全技術保障措施分析

3.1 項目概述

寧波市軌道交通7號線項目是連接市中心南北向交通的關鍵工程，它在促進區(qū)域交通流動性方面扮演著重要角色。此項目的安全施工的關鍵是在盾構施工階段采用合理的技術設計方案，以及對施工設備的精準操控和使用。這要求每個安全措施都必須有效實施，以確保施工過程中的安全性。工程的安全分析基于盾構施工的主要特征、地下水文地質狀況，以及工地上方地表的環(huán)境狀況來展開。通過這樣的系統(tǒng)分析，能夠識別出工程潛在的主要風險點，進而采取適當?shù)念A防措施[3]。

3.2 安全控制措施

在盾構隧道施工現(xiàn)場，操作人員必須保持高度專注，對盾構機的掘進方向進行精確控制，避免出現(xiàn)盾構機偏軌或“蛇形行進”的情況。應當遵循“及時糾正、微量調整”的原則，以便在盾構機出現(xiàn)軸線偏移跡象時能迅速作出調整。在每掘進9環(huán)節(jié)管片后，需對新安裝的管片和盾構機的姿態(tài)進行復核和調整，確保管片的預設位置和周圍間隙的均勻性，以及管片姿態(tài)與盾構機的同步。如果在掘進過程中盾構機的姿態(tài)偏離預定軌道，應立即暫停作業(yè)，并向項目管理層報告，依據(jù)專家意見制定合理的糾偏方案，并采用千斤頂?shù)仍O備對盾構機進行精細調整?；炷两Y構的收縮功能會受到多種因素的影響，自然風力對此影響尤為顯著。施工完成后，混凝土結構內的水分會逐漸蒸發(fā)，這一過程主要受外部自然風的影響。此外，若過早拆除混凝土模板，也會促進裂縫的產生，進而在應力作用下裂縫可能擴展，形成更深、更長的結構性裂縫。因此，對混凝土結構施工質量的全面檢測不容忽視，以確保結構符合質量合格標準[4]。

3.3 補充措施

在盾構隧道施工過程中，土體改良是一個關鍵環(huán)節(jié)。常見的土體改良方法包括使用膨潤土材料和聚合物添加劑。這些材料的正確使用可以有效改善渣土的穩(wěn)定性和防水性能，為盾構掘進作業(yè)提供堅實的安全保障。

對于本次地鐵車站工程而言，混凝土結構是施工的核心環(huán)節(jié)。這要求將自防水能力的混凝土工程結構作為重點，并注重接縫防水處理技術的運用，確保地鐵工程最終的完工效果符合預期標準。施工人員必須充分理解所使用混凝土材料的特性，并確保材料的合理運用，以實現(xiàn)混凝土結構的良好建成效果，即使在潮濕條件下也能保持正常運行。

為了進一步提高混凝土結構的密實度和控制裂縫發(fā)生，技術人員必須精準控制材料的配比，以減少混凝土結構的收縮可能性?？刂苹炷潦湛s的有效手段之一是加入適量的膨脹型防水劑。在盾構掘進的同步注漿和二次注漿作業(yè)中，必須確保注漿材料不會進入土艙空間，并且要對管片后方的空隙進行及時填充處理，以保證密封性達到設計標準，防止地面沉降問題的加劇。在注漿作業(yè)期間，實時監(jiān)控注漿壓力和注漿量是至關重要的，監(jiān)控數(shù)據(jù)將作為判斷實際注漿效果的基礎。通過這種動態(tài)化的控制方式，可以確保注漿結果達到預期的效果[5]。

4 結束語

地鐵工程施工面臨的環(huán)境因素多變且復雜，使得盾構施工作業(yè)的難度加劇，并伴隨著一系列的施工安全問題。因此，在施工過程中必須采取科學的預判措施，保證潛在危害的識別和風險評估的準確性，從而確保施工的安全與高效。實時嚴格監(jiān)控盾構機的運行參數(shù)和施工的進度，以及在檢測到問題時立即進行參數(shù)調整和策略改進，是保障地鐵施工安全和工程質量的關鍵。只有這樣，才能為地鐵工程的順利進行提供更加堅實和可信的保障。