論地鐵盾構法隧道施工中的風險防范

范業蓮

（中鐵十八局集團軌道交通工程有限公司，廣西南寧530022）

論地鐵盾構法隧道施工中的風險防范

范業蓮

（中鐵十八局集團軌道交通工程有限公司，廣西南寧530022）

地鐵工程施工屬于高風險工程，其建設過程的風險管理備受社會各界關注，建立和實行工程風險管理制度已刻不容緩。該文針對地鐵盾構隧道施工過程中存在的常見風險，將工程風險管理的基本理論應用到地鐵盾構法隧道施工實踐中，有效地分析和探究地鐵盾構法隧道工程建設中的各項風險識別、風險評價與具體應對措施，從而詳細詮釋了風險管理在盾構隧道施工中的具體應用。

地鐵；盾構法隧道；盾構機選型；盾構掘進參數；風險管理；風險識別；風險評價

0 前言

目前的地鐵工程施工具有復雜性、不確定性、較高的風險性和災害損失比較大等特點。與此同時，隨著近年來地鐵隧道的開挖直徑與開挖深度不斷增大，截面形狀增多，地鐵工程施工期風險逐漸加大，建設過程的風險管理顯得尤為重要，并備受關注。

圖1 盾體吊裝下井

1 地鐵盾構施工過程中的常見風險

1.1 難以預測的不良地質及障礙物風險

由于地質勘探的局限性，要全面了解盾構穿越地層的地質情況及是否存在障礙物比較困難，給地鐵盾構法隧道施工埋下了極大的風險隱患，無法保證施工的安全性和可靠性；一旦無法保障預測結果的真實性和可靠性，不僅增加施工及掘進的難度，還極有可能引發施工安全事故，產生災難性的后果。

1.2 盾構始發與到達豎井施工風險

盾構機的始發，系指在始發井內利用臨時組裝的管片、反力臺架等設備，使臺架上的盾構機推進，從井壁上的到達口處貫入地層，并沿著規定路線掘進的一系列作業。盾構機到達，系指盾構機推進到達豎井的井壁處，從井內側把井壁上擋土墻拆除，隨后盾構機推進進入井內臺架上的一系列作業。

盾構始發和到達作業是盾構機掘進施工中最容易產生事故的兩道工序，事故發生率很高，且事故規模較大，輕側洞口涌土、涌水造成地面沉降，重側造成基坑坍塌，其原因多半是土層不穩定。這是因為在進行始發和到達豎井施工時，打樁和掘削使周圍土體產生擾動，造成斷面應力釋放，即斷面土體不穩定。

1.3 地表、建筑物、既有線路及重要管線的沉降風險

盾構法施工會引起隧道周圍土體松動和沉陷，它直觀表現為地表沉降。受其影響的隧道附近地區的基礎構筑物將產生變形、沉降或變位，在不同程度上影響隧道沿線地面建筑物和地下管線的安全，情況嚴重的會出現地面建筑裂縫、傾斜、地下管線開裂，甚至坍塌。在對盾構進行掘進時通常會導致地層損失，與此同時也會給隧道周圍的地層帶來擾動或者剪切破壞，以上兩方面是促使地面出現沉降現象的基礎原因。由于地層損失而產生的地面沉降，絕大部分都會在施工建設期間表現出來。通過剪切破壞的再固結而產生的地面沉降情況，一般而言在砂性土中表現得比較快，而在粘性土中則需要延續比較長的時間。

當盾構掘進時，對于開挖面而言，如果其受到的支護力遠遠小于地層的原始應力，那么開挖面上體則開始朝著盾構內進行移動，導致地層損失與地面沉降現象的出現。反之，若其受到的支護力大于原始應力，那么開挖面上體就會向前移動，而導致負地層出現損失狀況，并且地面也逐漸隆起。因此一定要在做好地表、建筑物、既有線路及重要管線的沉降后才能進行盾體吊裝下井。進行盾構法隧道施工如圖1（深圳深大-桃園區間左線盾構“卓越號”盾體吊裝下井）。

1.4 盾構開倉與換刀作業風險

隨著地質條件的變化，隧道掘進過程中需要對刀具進行更換，尤其是當巖石強度較高時，更換刀具的頻率更高。更換刀具時，換刀人員需要進入土倉內對刀具進行更換。土倉內空間狹窄、濕滑，刀具重量大裝卸困難，作業時很容易造成作業人員受傷。如果出現開挖掌子面不穩定、換刀地段處于江河底或者地層冒出有害氣體等情況，作業人員更隨時有生命的危險。所以進入土倉內更換刀具是盾構施工過程中一項風險較大的作業工序。

1.5 盾構機壓氣作業風險

大多先進的盾構機均配備了壓氣系統，即向土倉內注入空氣，從而提高土倉內的壓力，以便能夠平衡外側土體所受的壓力。盾構機進行壓氣作業時，操作人員是在一個密閉的環境中工作，刀盤內空間狹窄，但是卻無法從根本上保證壓入的空氣中不含雜質；同時，由于施工環境和作業面的溫度較高，工作人員在操作過程中感到不適的現象時有發生，需要給予工作人員到減壓艙進行減壓后，才能對工作人員進行醫療救治。壓氣作業作為盾構安全施工中的重要環節，是一項十分復雜、繁瑣和危險的工作。

1.6 隧道內運輸作業風險

中小直徑的盾構隧道幾乎均采用軌道運輸系統。但是由于盾構機的掘進速度相對較快，為配合盾構高效率施工，運輸車輛一般設計得較長，碴土斗也設計得很大，占用了隧道很大空間，見圖2。

圖2 渣土車運輸盾構渣土作業施工

管片底部為圓弧形，對軌枕的穩定性有一定影響，十分容易導致運輸車輛發生脫軌，進而對人行道上的施工人員和人民群眾的生命財產安全構成危害，一旦運輸車輛在運行過程中與盾構機專用的高壓電纜發生碰撞，后果不堪設想。當隧道坡度較大時，運輸車容易發生溜車事故；盾構機的后配套與運輸車之間的距離比較狹窄，一旦軌道的形狀和方向發生變化，或者配套設施的擺放位置發生更改后，就極容易和運輸車輛相撞，造成嚴重的經濟損失。

1.7 用電安全及其它危害風險

盾構機電器設備多，而且主要設備使用高壓電，隨著盾構向前不斷推進，高壓電纜也要經過多次連接。隧道內環境潮濕，除了盾構機以外，盾構隧道施工其它臨時用電也很多，不小心使用容易造成觸電事故。盾構施工還存在其它風險，例如在危險區域作業的風險、環境因素危害風險等。

2 加強風險管理采取有效的防范措施

2.1 做好風險識別及風險評價

工程項目風險管理就是對工程項目活動中涉及到的風險進行識別、評估并制定相應的對策。數據分析、風險調查、專家評估以及實驗論證等都是評判建筑工程潛在風險的措施和手段。在對建筑工作進行風險評估時，不能依靠單一的方式進行評估，而是應該采用多元化的方式進行聯合評估的方式，對建設工程施工過程中潛在的風險因素、事件以及可能造成的后果進行預測和分析，以便提高風險評估結果的科學性和合理性。風險的識別可以采用經驗數據的分析、風險調查、專家咨詢以及實驗論證等方式來識別風險。由于在地鐵盾構法隧道工程建設中，沿線的地質條件、地下水狀況、周圍建筑和構造物、穿越的地下管線、交替的隧道等具有特殊性，并且盾構選型、施工方法、輔助加固工法、施工管理水平等也具有特殊性，因此風險識別還應具有一定的針對性，并且還要結合盾構法隧道的施工程序和過程進行識別。風險識別過程要綜合考慮盾構選型、地質條件、水文條件、隧道施工過程、重點及難點工程、現有施工技術等，將盾構法隧道工程建設過程中的風險通過建設實施過程有機地聯系起來，使風險清單條理清晰、結構完整、重點突出、層次分明。

系統而全面地識別地鐵隧道施工中盾構法的風險只是風險管理的第一步，對認識到的工程風險還要作進一步的分析，也就是風險評價。地鐵工程同一般建設項目相比，受不可預見的水文地質條件、社會環境、施工技術、經濟發展的程度等多方面因素的影響較大，其特殊性和眾多的影響因素必然使得地鐵工程成為一種高風險的工程項目。風險評價可以使決策更加科學化，更能減少事故的發生率，同時可以為投保稅率的確定提供依據。

2.2 選擇合適的風險對策

風險回避、損失控制以及風險轉移等都是建設工程風險管理和控制過程中常用的方式和對策。風險回避主要指的就是通過某種方式或者采取某種手段切斷與風險源之間的聯系，徹底消除或者控制風險隱患的發生，盡可能規避可能存在風險的不利因素。損失控制與風險回避不同，損失控制是一項十分積極和主動的風險管理措施，主要包括預防損失和減少損失兩個方面。風險轉移則是建設工程風險管理和控制過程中應用比較廣泛的措施，主要包括非保險轉移和保險轉移兩種形式，非保險轉移又稱合同轉移，主要通過明確合同條款和責任主體的方式將工程風險進行轉移的過程[1]。

2.3 建立健全的應急預案

認識風險的目的是為了預防風險，因此在地鐵盾構法隧道施工過程中，相關的管理部門還需要結合以往的工作經驗，對隧道施工過程中常見的風險隱患和現有的風險隱患制定出相應的解決方案，建立健全的應急預案，確保即使隧道施工過程中發生突發情況，相關的部門管理人員能夠及時做出正確的決定，采取有效的應急和處理措施，從而力求能夠在最大程度上預防和控制風險隱患的發生，減少經濟損失和風險損失。

2.4 應對地鐵盾構施工風險的管理措施

在地鐵盾構施工風險管理過程中，管理人員需要結合施工進度采取針對性的風險防范和管理措施，對以往的工作經驗進行總結，針對施工過程中已經出現問題或者可能出現問題的方面制定相應的應急措施，確保一旦施工過程中出現突發現象，管理者能夠做出及時、正確的判斷，將可能造成的損失和不利影響控制在一定范圍內。對所有參與施工的人員、施工材料、施工成本、施工進度、施工質量等方面實行全面嚴謹的監督和管理措施。同時，聯合有關的市政部門共同進行地鐵盾構施工風險的管理準備和防范工作。

2.5 應對地鐵盾構施工風險的技術措施

采用盾構法修建地鐵隧道時，由于隧道周圍地層應力狀態的不斷變化，使得地層損失必然發生，無一例外地都將產生或多或少的地面沉降，在不同程度上影響隧道沿線地面建筑物和地下管線的安全，情況嚴重的會出現地下管線開裂、地面建筑裂縫、傾斜，甚至坍塌，釀成重大事故，因此對地層的擾動大、造成地表沉降是地鐵盾構施工的最大風險，應予以適當的保護[2]。

為了防止因沒有準確預測地質和地下障礙物情況而造成的風險，設計階段，要根據線路及地層條件選擇合適的盾構機，地質、水文變化較大地段要加密勘察，施工前可通過補充地質鉆孔等措施，進一步查清地質情況，為盾構機選型、盾構掘進參數的選取及制定相應的輔助措施提供第一手準確資料。盾構機選型時也應充分考慮地質勘測資料不準確性的影響，各功能參數選擇要留有余地。盾構掘進過程中要時刻留意開挖面地層的變化情況，發現地層與地質勘察報告存在較大差異時，可利用盾構機本身具有超前地質鉆機及超聲波等超前地質探測裝置，進一步對工作面前方地層進行探明，以便早發現、早處理。盾構掘進過程如遇到不明地下障礙物時，應立即停止掘進，探明情況后再采取措施進行處理[3]。

3 結束語

我國的地鐵與地下工程開發建設還只是剛剛起步，任重而道遠，加強地鐵盾構施工風險管理，是防范地鐵工程建設風險的關鍵，是合理開發利用地下空間，使地鐵工程符合全面、協調、可持續的科學發展觀的要求。

[1]周紅波，何錫興，蔣建軍，等.地鐵盾構法隧道工程建設風險識別與應對[J].地下空間與工程學報，2006(03).

[2]江洪.聯絡通道凍結法施工風險評估與識別[J].上海交通大學學報，2011(S1).

[3]王晶，譚躍虎，王鵬飛，等.地鐵隧道施工過程中風險分析與控制[J].解放軍理工大學學報：自然科學版，2009(04).

責任編輯：孫蘇，李紅

Risk prevention in Subway Shield Tunnel Construction

Subway engineering is highly risky and its risk management in construction is widely concerned.The construction and implementation of risk managementsystem are quite urgent.Based on the common risks in shield tunnelconstruction,basic theories ofrisk managementare applied in the construction to effectively analyze and explore risk recognition,risk assessment and specific countermeasures.Thus,the application of risk management in shield tunnelconstruction is elaborated in detail.

subway;shield tunnel;shield machine selection;shield tunneling parameters;risk management;risk recognition;risk assessment

TU94+4

A

1671-9107（2013）05-0032-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.05.032

2013-04-02

范業蓮（1978-），女，山東人，本科，工程師，研究方向為企業安全管理。