地鐵區間盾構施工技術探究

陸浩

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，城市化建設腳步加快，地鐵成為了城市建設中的一道亮點，有效的緩解地上的壓力。盾構法是地鐵區間隧道施工過程中一種常見且有效的施工方法，其雖具有很多優點，然因設備投資大、操作要求高、影響因素復雜等問題，導致施工過程仍存在許多不確定的因素，風險較大。

關鍵詞：地鐵區間；隧道掘進技術

1 引言

近年來隨著城市數量的增加，規模的擴大，造成了可用土地減少、環境污染、交通擁擠、空氣質量下降等問題。在這種形式之下，以高效、節能、低耗、舒適為特點的地鐵在我國得到了迅速發展，盾構法以其與眾不同的優勢，迅速發展為修建城市地鐵隧道施工的主要方法。

2 盾構法施工原理及優缺點

盾構法施工是采用盾構為施工機具，在地層中修建隧道和大型管道的一種暗挖式施工方法，是一種機械化和自動化程度較高的隧道掘進施工方法，從20世紀60年代開始西方發達國家大量將這種技術應用于城市地鐵和大型城市排水隧道施工。我國近年來也開始將此項技術應用于城市地鐵隧道施工中，以替代原來落后的開槽明挖或淺埋暗挖等勞動密集型施工方法。盾構法施工不僅具有地面作業少、不影響地面交通、噪聲少等優點，在經濟上也具有較大的優越性，因其機械化程度高、工人勞動強度低，施工速度較快，在提高地鐵工程的建設質量的同時還能縮短工期，大幅度降低了工程成本。雖然盾構法優點不少，但在施工過程中也存在較多的缺點。由于盾構機設計、制造、安裝等準備的時間較長，前期投資大，操作要求高，特別是當隧道半徑曲線、半徑過小時，施工較為困難；隧道的地質也會影響施工，覆土太淺時，會很難控制盾構法的施工沉降，盾構法施工隊施工人員專業性要求高，且施工難度高，因此在進行城市地鐵區間隧道施工前，有必要利用風險管理理論指導施工。

3 盾構施工中常見的安全風險

3.1 盾構始發到達存在的風險

盾構始發指的是在始發井中利用反力架和始發基座等設備使盾構機從盾構基座離開，然后經井壁上的洞口順著已定路線進行各種施工作業，而盾構機出洞則指的是盾構機順著逐步掘進到車站內接收基座上的相關施工。在始發到達施工過程中，洞口土體不穩定是一項比較大的風險，如果端頭加固效果不好，不僅會導致洞口涌水涌砂，嚴重時還會造成的地面沉降超標，塌陷等情況，影響周邊安全。另外，始發時要控制好盾構機掘進參數，主要包括刀盤扭矩，推進速度，總推力，貫入度等，避免盾構推進過程中造成盾體滾動，反力架變形等情況，影響工程安全及工程質量。

3.1 開挖面失穩風險

在進行地鐵隧道盾構施工時，如果在開挖的過程中遇到流砂或管涌的情況會導致盾構機持續突沉或磕頭的情況。此外，在開挖時如果前方地層存在空洞，也會使盾構機的軸線出現沉陷、偏移和塌方等情況。另外，在盾構機推進過程中，還有可能會遇到超淺覆土，出現冒頂。如果盾構機作業過程中遇到涌水情況，會導致盾構機正面產生大面積塌方。

3.3 盾構機穿越密集建筑群存在沉降風險

在地鐵隧道盾構掘進過程中，很容易導致地表出現變形情況，對四周建筑和環境造成較大影響。如會引發變形和位移、環境污染、地下水流失等問題，特別是當區間環境比較復雜時，會導致沿線建筑物出現傾斜、沉降、倒塌、開裂等風險。盾構機穿越密集建筑群前要進行試驗段掘進，一般試驗段選取長度不低于50m，地面監測環節尤為重要，通過監測數據調整盾構掘進參數。有必要時可以通過中盾注入優質膨潤土或克泥效等輔助措施控制地表沉降。

4 地鐵區間隧道盾構施工風險識別

風險識別是風險管理的第一步，是整個風險管理系統的基礎。風險識別過程一般分六步確定目標、明確最重要參與者、收集資料、風險形勢估計、識別潛在風險因素、編制風險識別報告。地鐵盾構施工風險識別分析包括以下幾個方面：①分析盾構法的風險及特征，分清盾構施工風險因素的類別，從而確定風險控制目標；②按照施工流程圖，對施工各個方面進行分析，組織專家論證，列出每個方面可能存在的風險因素；③從盾構機械設備、施工管理和地質環境方面對風險進行識別。在風險識別過程中，應當遵循由粗及細，由細及粗，先懷疑，再排除的原則，要做到風險確認與風險排除并重，對風險內涵進行嚴格界定，并充分考慮風險因素之間的相關性的原則。

5 城市地鐵區間隧道盾構施工風險管理策略

5.1 控制地層與重要建筑物的隆降

在盾構機掘進施工前，要對施工影響范圍內的地面建筑物、地下障礙物、地下管線以及地下設施等進行詳細探查，并對重要建筑物給予必要的事先加固或保護。若未對地層及重要建筑物進行保護采取針對性措施很有可能造成地層及重要建筑物沉降。①要建立嚴格的隧道沉降量測量控制網，及時定期的對地層及建筑物進行監控，并分析盾構前方監測點的監測數據，充分掌握盾構施工對隧道及本身周邊環境的影響。地鐵施工中地面監測數據一般控制在-30～+10mm范圍以內。若地面變形接近-21～+7mm時，應盡快找出原因并采取相應的而措施。若超出此范圍，為防止地面地面沉降量進一步加大而引起地面塌陷等風險，應立即停止掘進，對地面相應位置進行圍蔽，分析原因并采取相應的處理措施。②結合現場環境在盾構機進站時，要采取準108管棚加固拱頂及地面注漿加固以穩定進站洞口，使洞口地基土結構達到理想狀態，除此之外還要為降低地面沉降，要強化同步注漿及二次注漿管理。

5.2 控制掘進過程的風險

在盾構掘進過程中，有效管理掘進參數，合理設定土倉壓力系數。為保持開挖面始終處于穩定狀態，要不停優化掘進參數，進而把握好建筑物及地層沉降度。在砂卵石地層中施工時，可通過渣土改良或將適量濃度較高的膨潤土灌入刀盤面、土倉內以保障倉內土壓平衡及渣土和易性。在施工初級階段，可結合實際調整參數從而保障后續工程順利施工。在施工期間，結合實際對階段性的調整盾構參數，因為地質條件、埋深及周圍環境均會出現一定程度變化。同時，為保證施工的順暢性，要盡快在脫出盾構后的襯砌背面環形孔隙中充填足量的漿液材料。在曲線推進時，由于土體對盾構機約束力較差，要適當減小糾偏幅度、降低施工速度，降低操控者對盾構軸線的影響，也可以可通過增加糾偏測量數據和增加注漿量等來降低地層損耗，防止地面沉降的發生。地鐵區間隧道盾構施工時常遇見施工環境是透鏡體砂層，這種施工環境的砂土具有滲水性大、受到震動容易發生液化的特點，因此需采用土壓平衡模式進行掘進，以確保密封土倉壓力從而穩定開挖，在開挖過程中要控制地表沉降，防止地面出現塌陷。盾構機在通過砂層時，可在保持推進速度不變的情況下調節螺旋輸送器的轉速或閘門開度以此控制出土量，從而建立和保持密封土倉壓力；也可以在螺旋輸送器的轉速或閘門開度不變的情況下，加大盾構機千斤頂的推動力，提高刀盤的轉速和推進速度從而達到增大密封土倉壓力的目的。在此過程中可通過增加聚合物添加劑和膨潤土來土質，改良砂土，使水土混合，從而增加止水效果，避免流砂現象的發生。

6 結語

綜上所述，在進行地鐵區間隧道盾構施工時，要認真做好施工組織管理工作。針對存在的管理風險定期進行安全巡查工作，加強監測力度，實行動態化管理。建立完善的安全管理制度和管理機構，確保盾構施工項目安全、順利地開展，防止出現重大風險事故或安全事故。

參考文獻：

[1] 蔡正.地鐵隧道盾構法施工安全風險管理研究[D].徐州：中國礦業大學，2016.

[2] 王定軍，程盼盼.地鐵區間隧道盾構施工安全風險管理研究[J].工程建設與設計，2016（4）：167～170.