地鐵盾構施工過程及其風險評估研究

崔 紅 虎

(太原市市政公用工程質量監督站，山西 太原 030002)

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地鐵盾構施工過程及其風險評估研究

崔 紅 虎

(太原市市政公用工程質量監督站，山西 太原 030002)

依據地鐵盾構施工的特點和分類，將地鐵盾構施工技術與傳統的礦山法進行了對比，介紹了地鐵盾構施工技術的優點和流程，并結合盾構施工風險的定義，探討了地鐵施工風險發生的機理，為構建地鐵盾構施工風險評價指標體系提供了依據。

地鐵工程，盾構技術，風險預測，礦山法

0 引言

隨著我國經濟建設的大力發展，人們的生活水平大幅提高，我國人均汽車保有量實現大幅增加，汽車等現代化交通工具已經成為每個家庭的日常用品，因此大中城市的交通擁堵問題也日益嚴重。如何解決城市公共交通問題成為擺在決策者和建設者面前的一道難題，解決交通問題首先要做好城市軌道交通的規劃和設計，其次是將軌道交通和傳統交通進行有機結合，實現與常規公交車站、出租車站、火車站的無縫對接，最后是加強對市民的交通行為的教育和懲戒力度。因此修建有軌交通成為解決城市擁堵的最重要的問題。地鐵作為一種先進的交通方式，具有安全性、可靠性、經濟性等優點，因此備受各大城市的重視。

但是地鐵工程項目在施工過程中卻存在極大的風險：

第一，是由于地鐵項目自身的特性決定的，地鐵在各大工程中算是比較復雜的工程，資金投入力度大，建設周期長，施工技術的復雜和施工環境的復雜都會影響地鐵工程的順利進行。

第二，是因為地鐵在我國的建設時間短，許多施工人員和管理人員對于地鐵施工過程中存在的問題估計不足、認識不清、理論知識不夠豐富、實踐經驗欠缺，這也是影響我國城市地鐵工程的因素。

第三，在施工過程中施工單位缺乏一套科學、完善且運行非常順利的風險評估體系，風險評估體系對地鐵施工過程中的潛在風險可以進行科學的預判和檢測，通過風險反饋進而制定詳細的風險排查方案來實現科學的地鐵施工。

第四，對于地鐵施工過程中的關鍵技術，國外對于中國的封鎖很嚴密，無法通過國際交流獲得，因此需要國家的地鐵工作者自力更生、自主創新，在這個過程勢必會走一些彎路，這在施工過程中也會存在一定的風險。

以上幾個方面的原因導致我們城市地鐵項目在進行的過程中會出現施工安全事故，有些事故是災難性的，導致道路大面積塌方、生命財產的損失。例如2015年，在建的西安地鐵三號線在盾構施工過程中發生嚴重的安全事故。深圳地鐵三號線在2008年施工期間，對工地進行橋墩澆筑混凝土施工時發生垮塌。2008年的杭州風情大道地鐵施工事故中造成施工地段的大面積塌方和人員傷亡。2008年1月17日，廣州地鐵5號線大西盾構區間發生涌水塌方事故，位于珠江大橋下的雙橋路的地面發生大面積塌陷，直接經濟損失高達數千萬元。因此，眾多的地鐵塌方事故警示我們，對于地鐵盾構施工過程中的風險評估的研究是極其重要的。

本文根據風險辨識的原則和依據對盾構施工風險進行深入的研究。基于地鐵施工的特點和分類，本文首先將地鐵盾構施工技術與傳統的礦山法進行了對比，對地鐵盾構施工技術的優點和流程進行了介紹；然后根據盾構施工風險的定義，對地鐵施工的風險發生機理進行了探討，這有利于盾構施工風險的認識；最后總結風險發生的特點，歸納出影響地鐵盾構事故的內在因素和原因。由此通過以上分析研究，為將來在構建地鐵盾構施工過程中的風險評價指標體系提供必要的參考。

1 盾構施工技術

對于地鐵施工來說，其施工方法一般有兩種，一種是礦山法，一種是盾構法。礦山法主要是通過將錨桿和混凝土作為主要的支護手段進行挖掘推進的一種施工方法，但其使用條件主要針對堅硬的地質結構，但是對于軟巖來說并不適用，且推進速度慢。而盾構法是世界上主要的地鐵施工手段，它適應于各種地質條件，且施工速度快，在一般地質條件下，盾構機每天正常可以推進10 m～20 m。盾構施工法屬于暗挖法施工，不同于傳統的礦山法，它是一種全機械式的施工方法，它將開挖、掘進、支護都集成在盾構機上。它是將盾構機械在地下有規律的推進，它的工作原理是通過盾構外殼和管片來支承四周的巖石，這樣可以防止巖石向內崩塌，從而避免安全事故。在掘進的過程中，位于盾構機前面的刀片對巖石進行切削，通過傳送裝置將開挖的巖體碎石送至洞外，同時靠千斤頂在后部加壓頂進，并拼裝預制混凝土管片，對隧道進行襯砌。盾構機從外形上看是一個大的鋼管機，較隧道部分略大，它是設計用來抵擋外向水壓和地層壓力的。它包括三部分：位于前端的切口環、中間部位的支撐環以及后端的盾尾。其主要優點首先是機械化程度高，盾構機集各種機械為一體，大量省去勞動力，施工速度快，工作效率高。其次是隧道截面可以通過一次開挖就可以成型，在開挖過程中直接進行襯砌、支護等后續工作，不需要人工重復施工，這跟礦山法具有很大不同點。再次就是其施工工程不需要很大的空間，盾構機吊裝地下之后，除了端口井外，不需要占據很大的面積，隧道施工與地面交通不構成沖突。最后就是對環境影響小，盾構施工不會產生大量粉塵，對環境不會造成污染，其噪聲和振動也很小，對地上居民生活不會造成影響。盾構施工的流程主要包括：第一，初期的施工準備。施工前將盾構所需要的材料、場地、渣土運輸、混凝土攪拌站、初始掘進點的設置都要準備充分，考慮齊全。第二，修建始發井。可用于盾構機的組裝，將盾構施工的其他機械設備、運輸設備、照明設備、攪拌設備、支護設備等運至地下。第三，盾構機吊裝。根據盾構機的設計圖紙組裝，完成調試。第四，盾構機始發。盾構機始發是盾構施工核心工作，預示地下盾構開始，盾構機利用始發架的支撐力向前推進，按照設計掘進路線由始發口開始向地層掘進。此過程中為下一步盾構機的正式掘進做準備。第五，盾構機掘進。當盾構機進入掘進面時，地鐵施工的主要過程正式開始，在掘進過程中，將挖出的巖石和土通過運輸機械排出洞口，并在掘進過程中配合進行襯砌、支護等工作，以此來控制整體開挖后巖體的沉降和位移，通過支護來加強開挖后巖體的應力強度。此過程耗時最長，也是最危險的作業。第六，盾構機完成掘進工作后的出洞。

2 盾構施工的風險發生機理

由于地體盾構施工是一個龐大、復雜的系統工程，施工工序繁多、結構非常復雜、地質條件多變。如果對整個工程進行估算是不可能完成的任務。因此需要將大工程按照施工區段和時間節點進行劃分，劃分成一系列子工程，而每個子工程的風險是可以進行量化的，則整體工程的風險因素就是由一個個子工程的風險組成的，最后根據相關的風險模型得到整體工程的施工風險。風險分析是一個復雜的過程，針對不同問題所采取的分析模型也不同。但總的來說共分為兩種：一種是項目工程工作分解結構，另一種就是項目風險分解結構，也可以采用兩種方法綜合起來的方法進行風險估算。地鐵盾構施工的風險產生機理主要是：整體的施工處于一個孕險環境中，且此環境的狀況復雜、危險系數大。當外界通過不確定的致險因子的誘導或者激勵，最后就可能導致事故的發生，而事故發生的程度有時候是不可預知的，可能對整體和結構造成災難性的破壞和損失。這種損失指的是工程中的實際收益與預期收益的差值，因此結果可以為正，也可能為負。正值表示為工程中的絕對收益，負值則表示將損失情況維護和修復到預期情況所付出的金錢成本、人工成本和時間成本。

在地鐵盾構施工中主要的孕險環境包括掘進環境、運輸環境、維護環境、支護環境、輔助環境、地質環境等。而致險因子主要包括供工人的違規操作、機械振動人員、材料性能穩定性、地下水的徒增、巖石的崩塌、地上外界環境的激勵和擾動等。地鐵盾構施工中的承險體主要包括盾構機、支護結構、地面建筑物、隧道等。最后得到的風險損失主要包括人員傷亡、經濟損失、工期延長、社會影響等。

3 盾構施工的風險特點

相對于一般建設工程而言，地鐵盾構在施工過程中的施工程序繁雜，技術含量高，結構非常復雜、地質條件多變，風險管理難度高。因此造就地鐵盾構在施工過程中的風險就具有一定的特點，其主要表現為：

第一，地鐵盾構在施工過程中的客觀性和普遍性。

在地鐵施工過程中，風險是客觀存在的且不以人的意志為轉移。無論主體是否有意識，風險始終伴隨整個過程，這主要是由風險的普遍性決定的。由于此特點施工中的風險不可能憑空消失，也不能徹底解決，而是通過一定的技術手段加以抑制或控制，將風險降到最低，降到一個人可以接受的范圍之內。

第二，地鐵盾構在施工過程中的危險性和機遇性。

由于地鐵盾構在施工的致險因子不確定，最終導致地鐵施工的危險性。如果風險沒有按照預期的方向進行發展，而是向相反的方向進行時，將產生非常可怕的后果。如果風險按照預期的方向進行發展，那么風險就具有機遇性。危險性和機遇性在一定的條件下是可以轉化的。

第三，地鐵盾構在施工過程中的必然性和偶然性。

任何風險的產生都具有一定的激勵條件和事發原因且處于一定的孕險環境中，風險的發生必須是幾項因素綜合作用的結果，且達到一定的閾值才能產生。因此風險的產生是必然的。但是這些條件中，有些因素的產生是偶然的，是服從一定的概率分布的，所以風險的產生也具有一定的偶然性。我們可以通過概率統計來得到相關風險發生的概率分布，以此來控制風險的發生。

第四，地鐵盾構在施工過程中的動態性和關聯性。

從地鐵盾構的施工過程來看，地鐵工程項目的立項、地質勘測、地鐵線路的選擇和設計、地鐵盾構施工，往往處于一個動態的客觀環境中，因此，地鐵盾構施工在進行風險評估和管理時要從動態管理的觀點來進行。由于地鐵盾構施工涉及面廣，包含許多子項目，因此需要各子項目的相互配合和關聯。因此在同步和關聯過程中會產生一定的風險。且可能一個方面出現問題會造成風險程度和范圍的成倍的擴大，導致整個項目難以進行。

4 結語

本文依據對盾構施工風險進行深入的研究。基于地鐵施工的特點和分類，本文首先將地鐵盾構施工技術與傳統的礦山法進行了對比，對地鐵盾構施工技術的優點和流程進行了介紹；然后根據盾構施工風險的定義，對地鐵施工的風險發生機理進行了探討，這有利于盾構施工風險的認識；最后總結地鐵盾構施工的特點。由此通過以上分析研究，為將來在構建地鐵盾構施工過程中的風險評價指標體系提供必要的參考。

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Onconstructionprocessofsubwayshieldanditsriskevaluation

CuiHonghu

(TaiyuanMunicipalPublicEngineeringQualityInspectionStation,Taiyuan030002,China)

According to the features and classification of the subway shield construction, compares the subway shield technique with the traditional mining method, introduces its advantages and procedure, and explores the risk occurrence principle for the subway construction combining with the definition of the shield construction risks, so as to provide some reference for the risk evaluation indexes of the subway shield construction.

subway project, shield technique, risk forecasting, mining method

1009-6825(2016)34-0170-03

2016-09-22

崔紅虎(1982- )，男，工程師

U455.43

A