基于風險分析的軟土地區盾構進出洞施工管理

申通地鐵上海軌道交通十號線發展有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市軌道交通某區間隧道工程線路單線長782.83 m，隧道內徑5 500 mm、外徑6 200 mm，最小平面曲線半徑799.93 m，采用外徑6 340 mm的土壓平衡式盾構機進行施工。

該區間隧道工程中1 條隧道需要穿越1 座措施井，所以整個工程需要實施3 次進洞和3 次出洞，所涉及土層主要為④、⑤1、⑤2層。其中，④層淤泥質黏土、⑤1層粉質黏土具有明顯的觸變和流變特性，在動力作用下土體結構易破壞，造成土層流動以致開挖面失穩。⑤2層砂質粉土層在水頭壓力作用下易產生流水、流砂，引起開挖面失穩和地面下沉。

2 盾構進、出洞位置的環境情況

2.1 始發井出洞時的土質情況和周邊環境情況

盾構機在始發站出洞后9 m即需下穿新建的綜合管溝。管溝在隧道軸線上的投影長度為10 m，盾構頂距管溝底3.2 m。盾構出洞土層為④、⑤1層，盾構開挖面底部侵入⑤2層砂質粉土層。

2.2 措施井進、出洞的土質情況和周邊環境情況

1 條隧道在中途設置措施井1 座，施工中盾構需要在措施井處實施1 次進、出洞。盾構機在措施井的進、出洞施工均為全斷面的⑤2層砂質粉土層。

2.3 到達井進洞的土質情況和周邊環境情況

盾構機在到達井進洞時處于全斷面⑤2層砂質粉土層中，并且在距接收井15 m處有1 幢7 層磚混結構房屋，該建筑物對于沉降極為敏感，對建筑物的保護是本工程最大的難點。

3 風險控制[1-4]

經風險分析，本區間進、出洞段的風險因素總計11 項，其中可接受級風險的有3 項，不可接受級風險的有2 項。針對嚴重于可接受級風險制定以下應對措施，對于其他的風險采用技術交底、施工現場管理制度等方法來進行控制。

3.1 開口負環碎裂失穩

盾構在始發站出洞的后靠體系采用了部分開口環的形式，后靠設施由負環管片、Π形鋼構件、Φ609 mm縱梁鋼管以及鋼后座等組成。出洞反力通過上述傳力結構傳至端頭井中的鋼筋混凝土結構之上。由于采用開口環拼裝形式，降低了管片的整體受力穩定性，容易造成管片碎裂。

在盾構機的出洞施工過程中，合理控制盾構的總推力、推進速度，盡量使千斤頂合理編組，使開口負環管片均勻受力，避免應力集中。剛剛出洞時，由于洞外土體已經加固，土壓力很小，無需按常規土壓設定掘進參數。此時推力的大小完全取決于掘進速度，瞬間施加的推力過猛，會造成后坐反力過大，負環受力不均，局部壓應力超過管片受壓極限強度而破壞。

3.2 工作面漏水、漏砂甚至坍塌

土體加固是盾構進、出洞中相當重要的一個組成部分，質量良好的加固可避免盾構進、出洞時工作面漏水、漏砂甚至坍塌的風險。

本區間工程在措施井和到達井進、出洞施工所涉及的土層中均包含有⑤2層砂質粉土層，始發站盾構出洞時，掘進面的下部也侵入⑤2層砂質粉土層。

本區間盾構土體加固的原設計方案采用攪拌樁結合旋噴樁的形式，考慮到每次進、出洞施工均涉及到⑤2層，在每次進出洞施工時均增設了降水井進行輔助施工。

措施井與到達站盾構進出洞施工時，洞門全斷面土層均為⑤2層灰色砂質粉土層。由于加固深度較深，深層攪拌樁的垂直精度為0.4%，各樁體底部不能確保搭接，加固不能確保隔斷⑤2層微承壓水的滲流通道，存在出洞口涌水、涌砂的重大風險。因此對該風險點在攪拌樁加固區與地下連續墻之間的土體加固增加了隔斷滲水通道效果較好的凍結法。

3.3 洞門橡膠簾布板失效漏水

選用質量能夠得到保證的密封簾布板，正確安裝洞門密封裝置，盾構出洞時合理操作，防止止水橡膠簾帶內翻。同時提高洞門密封裝置的強度，以承受較高的土壓力，避免受擠壓而破壞。盾構完成出洞后及時進行洞圈注漿加固，對洞圈滲漏點進行封堵。

為保證洞口的止水效果，在洞圈內增加設置1 道加長的盾尾刷，因為盾尾刷具有一定的強度和彈性，在進、出洞過程中可以保持完好，保證了進、出洞過程中不發生漏水。

3.4 盾構姿態控制錯誤無法出（進）洞

如果因盾構姿態控制錯誤盾構無法出（進）洞，將造成已建成隧道的報廢，發生嚴重的質量事故。為防止此類事故的發生，必須提前認真復核盾構姿態和門洞的坐標，搞清兩者的相互關系，發現偏差及時糾正。

3.5 洞口周圍地面嚴重沉降

本區間工程盾構在到達井進洞時需首先下穿1 幢對沉降較為敏感的7 層磚混結構建筑，且該建筑物離到達井僅15 m，因此一旦洞口周邊地面沉降嚴重將造成極其嚴重后果。

針對到達井站盾構進洞處于全斷面⑤2層砂質粉土層的情況，方案中擴大了盾構進洞的土體加固范圍，加固厚度達到了10 m（原設計厚度為3.5 m），大于盾構機的長度，確保了在盾構機刀盤靠上地下連續墻后能夠通過脫出盾尾的管片進行注漿，從而封堵盾構機與加固土體之間的滲漏通道。同時，為了降低盾構進洞階段的沉降風險，盾構機的進洞施工采用二次甚至是多次進洞的施工工藝，發現盾尾后部沉降過大及時用環形鋼板封堵盾構機與洞圈的間隙，封堵后及時注漿充填，待充填注漿的漿液固結后繼續進洞過程。

加大了加固厚度后，每次進洞加固的數量增加了2 000 m3，措施費用增加50 萬元，遠小于可能發生的風險損失。

4 施工風險管理組織措施[5,6]

工程施工隨著各工序的轉換，風險也在不斷的變化，各項風險的發生概率及其損失也是動態的。因此業主、監理和施工單位組建風險管理機構、建立有效的風險管理機制和工作流程，及時了解、溝通工程風險信息，使風險管理真正落到實處是十分必要的。

對工程風險狀態進行跟蹤與管理，督促風險規避措施的實施，同時及時發現和處理尚未辨識的風險，施工風險跟蹤管理流程見圖1。

圖1 施工風險跟蹤管理流程

5 結語

施工風險管理是工程項目管理的重要組成部分，成功的隧道工程項目風險管理依賴于對風險因素的事前識別和預先采取有效的控制措施。上述研究成果不僅為本盾構區間的施工順利進行提供了技術支持，也為今后類似隧道施工風險管理提供寶貴的實踐經驗。