隧道盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析及施工技術(shù)研究

馮 德 威

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司，福建 福州 350000)

隧道工程具有不確定性、復(fù)雜性和隱蔽性等特點(diǎn)，施工風(fēng)險(xiǎn)比較大。如果選用的施工措施不合理，極易造成事故，造成經(jīng)濟(jì)方面的損失，甚至?xí)绊懽鳂I(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。文章結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)隧道盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，然后對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的控制措施進(jìn)行了探討。

1 工程概況

圓博圓站—天元湖站區(qū)間以圓博圓站為起點(diǎn)，向北沿規(guī)劃的背景南大街下方敷設(shè)，側(cè)穿綜合管廊后到達(dá)天元湖站，區(qū)間沿線主要為空地，區(qū)間上方修建市政道路，管廊的寬度為8.4 m，高度為5 m，考慮到綜合管廊未貫通，里面無市政管線，區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，右線盾構(gòu)起始里程為K32+911.190，終止里程為K22+735.900。線路總長度為824.71 m，右線盾構(gòu)起始里程為K32+911.190，終止里程為K33+735.900，線路總長度為824.683。文章以此工程為例，對(duì)盾構(gòu)施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和探討。

2 采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工存在的風(fēng)險(xiǎn)

2.1 盾構(gòu)進(jìn)出工作井施工過程中容易引發(fā)的事故

2.1.1吊裝和拼裝時(shí)容易出現(xiàn)事故

在采用大直徑盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，需要分塊進(jìn)行吊裝然后在工作井內(nèi)完成拼裝，而且拼裝工作需要花費(fèi)較長的時(shí)間，若在此期間發(fā)生暴雨等災(zāi)害性天氣，由于這時(shí)工作井內(nèi)的排水設(shè)施未能做好，因此極易發(fā)生災(zāi)害性事故[1]。另外，如果現(xiàn)場管理混亂、未能按照?qǐng)D紙的實(shí)際要求進(jìn)行安裝或設(shè)備吊裝中的指揮不當(dāng)?shù)龋瑯右矔?huì)發(fā)生此類事故。

2.1.2盾構(gòu)出發(fā)時(shí)易形成的事故

當(dāng)工作面被鑿開時(shí)，可能形成的事故有：1)由于凍結(jié)失效導(dǎo)致工作面出現(xiàn)了漏漿的情況。2)由于盾構(gòu)的直徑比較大，在鑿開工作面后會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，會(huì)因土體的壓力導(dǎo)致盾構(gòu)不能順利推進(jìn)，若所形成的逆向推力過大，還會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)出現(xiàn)后退，由此形成事故。3)在盾構(gòu)推進(jìn)的過程中，土體開挖量比較大，一旦開挖的土體量超過上浮土體量，會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)出現(xiàn)上浮的情況。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，上述問題出現(xiàn)主要是因?yàn)椴鸪R時(shí)擋土墻的方式不對(duì)、盾構(gòu)施工控制措施不正確、止水帷幕失效等原因造成的。

2.1.3盾構(gòu)抵達(dá)時(shí)很容易產(chǎn)生事故

盾構(gòu)抵達(dá)時(shí)，如果止水帷幕失效、拆除臨時(shí)擋土墻的方法不正確、盾構(gòu)的掘進(jìn)速度和推力不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，均會(huì)引發(fā)事故。此外，盾構(gòu)姿勢的控制不當(dāng)也會(huì)引發(fā)此類事故。

2.2 盾構(gòu)穿越過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)在穿越砂層時(shí)易發(fā)生多重風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)為以下方面：

1)因?yàn)榈刭|(zhì)等因素，施工過程中可能會(huì)遇到孤石等不明故障物，在這種情況下，若盾構(gòu)機(jī)在向前推進(jìn)過程中遇到這些障礙物時(shí)，則極容易發(fā)生安全事故。

2)由于覆土較淺、水壓較大，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)這一區(qū)域時(shí)，如果支護(hù)壓力設(shè)置不當(dāng)，那么極易出現(xiàn)開挖面斷裂等事故。

3)采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工時(shí)，如果盾尾注漿壓力小、注漿量不足，那么就容易發(fā)生上部覆土坍塌的情況，從而導(dǎo)致涌水涌砂事故的發(fā)生；若注漿壓力過大時(shí)，則極易因冒漿密封失效而導(dǎo)致涌水涌砂事故。

2.3 超大盾構(gòu)工作面有失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)存在

在進(jìn)行盾構(gòu)施工過程中，如果泥水壓力過大，很容易導(dǎo)致開挖面出現(xiàn)隆起的情況。如果泥水壓力過小時(shí)，會(huì)使開挖面出現(xiàn)坍塌的情況[2]。通過分析認(rèn)為，導(dǎo)致這種風(fēng)險(xiǎn)主要是由于下述因素造成的：

1)由于壓力沒有達(dá)到要求，導(dǎo)致泥水艙中進(jìn)入了開挖土體，導(dǎo)致地基出現(xiàn)了比較大的沉降，甚至?xí)沟乇沓霈F(xiàn)塌陷。

2)因支護(hù)壓力過大而致使地表處出現(xiàn)隆起。當(dāng)施工面位于江底時(shí)，很容易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水回灌到隧道中，甚至?xí)⑺淼姥蜎]。

2.4 管片密封失效造成的風(fēng)險(xiǎn)事故

若管片密封失效，則極易引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故。這種事故發(fā)生的原理在于：管片密封失效導(dǎo)致管片接頭位置發(fā)生漏水、漏漿，然后在承壓水的作用下引發(fā)隧道內(nèi)突然出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，在這種情況下，極易引發(fā)地表的沉降。

2.5 盾尾凍結(jié)法施工的風(fēng)險(xiǎn)原因

1)盾構(gòu)機(jī)變位凍結(jié)時(shí)，在凍土力的影響下會(huì)使盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)變形，并進(jìn)一步導(dǎo)致隧道橫斷面出現(xiàn)變形，由此導(dǎo)致隧道的橢圓度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2)在盾構(gòu)隧道凍結(jié)施工的過程中，盾構(gòu)機(jī)受力變形之后會(huì)引發(fā)隧道橫斷面的變形，而隧道橫斷面的變形會(huì)使隧道管片承受較大的壓力，因此會(huì)導(dǎo)致管片環(huán)出現(xiàn)開裂。

3)在隧道凍結(jié)施工過程中，如果凍結(jié)儀出現(xiàn)故障會(huì)造成冷卻備料過少、突然出現(xiàn)停電、冷卻質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題。

4)解凍時(shí)主要存在下述兩方面的施工風(fēng)險(xiǎn)：解凍會(huì)導(dǎo)致地基產(chǎn)生變形，從而形成地表的沉降及地下管線的受損；解凍后的隧道會(huì)產(chǎn)生回縮變形，并導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水。

3 隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的正確應(yīng)對(duì)措施

3.1 盾構(gòu)從工作井進(jìn)出時(shí)的施工風(fēng)險(xiǎn)正確應(yīng)對(duì)措施

1)必須按照地下工程防水施工的基本要求開展作業(yè)；2)會(huì)導(dǎo)致工作井的排水和降水施工量增大；3)在洞口和進(jìn)洞一定區(qū)域開展凍結(jié)加固作業(yè)，并控制好凍結(jié)施工質(zhì)量；4)盾構(gòu)施工之前，要先將盾構(gòu)端頭井分為接收井、出發(fā)井，并布置臨時(shí)支座抵御千斤頂產(chǎn)生的推力，對(duì)地基進(jìn)行加固確保盾構(gòu)進(jìn)出工作井時(shí)的安全性；5)盾構(gòu)機(jī)必須具有精準(zhǔn)度較高的導(dǎo)向定位系統(tǒng)。使用井下跟進(jìn)導(dǎo)線系統(tǒng)和地面三角網(wǎng)測量吊架的軸線，安排工作人員測量各環(huán)的襯砌，如果和設(shè)計(jì)軸線存在偏差時(shí)，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行糾正。在測量過程中通常采用全站儀與水準(zhǔn)儀作為測量儀器，這種測量由于對(duì)測量精確度要求比較高，所以需要定期核對(duì)校驗(yàn)。

3.2 盾構(gòu)從砂層穿越時(shí)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

1)要做好地質(zhì)勘探工作，并準(zhǔn)確的把地層的真實(shí)情況反映出來；2)強(qiáng)化對(duì)泥水倉壓力的測試，以此確保開挖面的穩(wěn)定性；3)控制好掘進(jìn)參數(shù)；4)合理確定渣土的松散系數(shù)，嚴(yán)格控制出土量；5)加強(qiáng)管片拼裝質(zhì)量的管理，確保防水良好；6)確保注漿過程中注漿壓力和注漿量保持在合理狀態(tài)；7)做好監(jiān)測工作，及時(shí)反饋監(jiān)測信息。

3.3 盾構(gòu)工作面的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

1)做好水泥質(zhì)量的管理工作；2)根據(jù)地質(zhì)條件的具體情況，合理的布置泥水壓力；3)要做好水倉壓力的監(jiān)測工作，適當(dāng)增加監(jiān)測的頻率，確保開挖工作面處在穩(wěn)定的狀態(tài)下；4)在盾構(gòu)機(jī)處于停機(jī)的狀態(tài)時(shí)，要重點(diǎn)做好泥水的管理工作。

3.4 管片密封事故風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

1)要做好管片拼裝工作者的培訓(xùn)工作；2)隧道的襯砌拼裝成環(huán)必須按照由下向上的安裝順序進(jìn)行施工；3)在管片的安裝過程中，應(yīng)將防止止水橡膠脫膠作為施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，并采取有效措施予以應(yīng)對(duì)；4)針對(duì)管片弧面上產(chǎn)生的混凝土剝落和開裂問題，需要安排作業(yè)人員及時(shí)處理。

3.5 盾尾凍結(jié)法風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

1)需要根據(jù)地質(zhì)的具體情況設(shè)置泥水支護(hù)壓力。2)利用壓力降土顆粒之間的空隙水排出，提升土體抗剪強(qiáng)度。不僅可以充分對(duì)隧道的累積沉降量進(jìn)行控制，并且可以對(duì)地表的沉降速率進(jìn)行抑制，從而使地層變形快速歸于穩(wěn)定。3)利用注漿的方式使圍巖物理力學(xué)性質(zhì)得到改善。

4 結(jié)語

在進(jìn)行過江隧道盾構(gòu)施工過程中，存在著非常高的風(fēng)險(xiǎn)，為了保證隧道工程能順利開展，避免出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事故，需要認(rèn)真分析過江隧道盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的成因，并對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)有可能引發(fā)的后果進(jìn)行分析，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)形成的原因制定出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，本隧道工程順利完成了施工，達(dá)到了施工要求，值得類似工程借鑒和參考。

[1] 李俊偉，李麗琴，呂培印.復(fù)合地層條件下盾構(gòu)選型的風(fēng)險(xiǎn)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007(S1)：1241-1244，1260.

[2] 白中仁.廣州地鐵修建中的盾構(gòu)選型[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004(1)：10-13.