地鐵盾構掘進施工質量及安全保證措施探討

黃詩堯

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來我國很多大中型城市都將地鐵作為了城市公共交通體系的重點發展方向，地鐵工程項目的數量以及規模不斷增加，因此對地鐵施工質量和效率都提出了較高的要求。目前盾構掘進已經成為了地鐵工程建設中的主要施工方法，其與傳統地鐵施工技術相比，具有施工效率高、安全性好以及自動化程度高等特點。在應用盾構掘進技術進行地鐵工程的施工時，施工單位應充分了解施工區域的地質水文情況，準確把握施工中的重難點環節，加強對施工質量的控制。同時還要通過施工監測等信息化手段來保證施工的安全，確保地鐵工程整體施工的質量安全。

1 地鐵盾構掘進施工質量控制及安全保證措施分析

1.1 準確識別盾構掘進施工中的風險源

在地鐵工程的盾構掘進施工過程中，由于其施工環境比較復雜，客觀上增加了施工過程中的風險因素，不僅會給施工的安全性帶來較大隱患，同時也可能對施工質量造成不利的影響。所以在地鐵盾構施工開始前就應加強對施工環境的了解，全面掌握各種風險因素，并要建立完善的風險評估體系，在準確識別風險因素的基礎上要嚴格按照相關的技術標準以及施工設計要求等科學評價各個危險源的風險等級，并要進行風險因素清單的編制，以明確重大風險源［1］。此外還應制定有效的重大風險控制措施以及應急處置預案，施工質量和安全的保證措施應詳細具體，具有較強的可操作性，且應組織專家對地鐵盾構掘進施工質量安全的保證措施方案進行評審，通過審查后才能進行正式的施工。

1.2 嚴格控制盾構掘進的各項施工技術要點

1.2.1 盾構掘進施工過程中的質量安全保證措施分析

在地鐵盾構掘進施工前應結合前期的勘查數據對施工的技術參數進行相應的調整，并做好技術交底工作，確保施工人員能夠準確掌握線路設計以及各項技術要點。在盾構掘進時，各項技術參數的設置應嚴格聽從主管工程師指令安排。一旦在施工過程中發生突發情況時，施工人員應立即暫停施工，并要及時上報，在獲得值班工程師的處理指令前嚴禁擅自施工。施工單位在盾構掘進施工中應設有專業技術人員以及值班工程師對盾構掘進的施工過程中進行遠程監控，以便及時解決現場的突發性事故，保證施工的指令安全。

1.2.2 加強施工中的質量安全監測

在盾構掘進施工過程中，為了更好地保證施工的質量和安全，應對施工的全過程進行全面的監督管理，并要對掘進參數進行動態監測，且要詳細記錄以及科學分析每一環掘進時的各項數據。在此基礎上要及時根據盾構掘進施工中的實際情況對掘進參數進行相應的調整，以便通過掘進量的控制來確保土壓的整體平衡性。同時在地鐵隧道的盾構掘進施工中還需要對隧道軸線以及線形的準確性進行動態監測，并要加強對施工區域周邊建筑以及地面沉降的監測，通過對各種監測數據的綜合分析來調整施工技術參數。另外還要對在特定施工節點或者時間間隔內掘進施工中的注漿量、出渣量以及每環、每天的具體掘進情況等進行詳細的記錄，以判斷掘進施工中的風險因素，避免出現超挖等情況。

1.3 準確把握盾構掘進施工過程中的重難點環節

由于盾構掘進的施工環境較為復雜，發生噴涌等突發情況的幾率較高，這會對施工的安全和指令產生較大的威脅。因此在施工中應結合施工現場的實際水象特征以及地質條件等對渣土采取必要的改良措施，從而使掘削面更加穩定［2］。同時為了避免噴涌事故的發生，在選擇盾構設備時螺旋輸送機應采用在斷電時能夠將后閥門自動關閉的型號，并應準確控制加水量，避免出現空倉操作的情況。此外，為了避免出現泥餅，應合理配置刀具以及刀盤，對刀盤扭矩要進行準確的控制，一旦發現刀盤溫度過高時應采取加水降溫措施；并可以采取人工清除以及利用掘進間歇向土倉注水的方式來防止泥餅聚積。

1.4 組織施工操作人員進行技術以及施工安全培訓

地鐵盾構掘進施工對施工人員的技術水平有很高的要求，因此施工單位要積極組織施工人員進行技術培訓，幫助其準確掌握盾構掘進操作的各項技術要點和操作規程，全面提高其專業技術能力和綜合素質。同時還要對施工人員加強安全教育，增強其安全意識，從而為保證地鐵盾構掘進施工的質量和安全奠定良好的基礎。

2 地鐵盾構掘進施工質量及安全保證實踐分析

2.1 工程概況

某穿江地鐵隧道工程的洞頂部分有強度較低的覆蓋層，而江底部分主要為淤泥質沙，隧道頂和江底的間距約為 6 m，且有淺覆土段存在。因此在盾構掘進施工中出現噴涌以及江底塌陷等風險的幾率較高，必須采取有效的施工質量和安全保證措施。

2.2 重難點環節的施工質量及安全保證措施分析

2.2.1 地鐵盾構掘進江中覆土段的質量安全保證措施

該地鐵工程的盾構掘進施工中應采取土壓平衡磨蝕進行控制，以保證地層水土壓力和土倉壓力間的平衡性。在施工時還應對注漿壓力的同步性、注漿量進行準確的控制，防止地層變形以及覆土倍漿液穿透等情況的發生。在可控制同步注漿施工質量的同時，還應盡量加強漿液的凝結速度，并要注意控制雙槳液二次注漿施工的間隔時間，以縮短漿液和管片外的土體凝結的時間。同時應將螺旋機轉速降低，以降低出口土壓，從而避免出現噴涌問題，保證施工的質量安全［3］。施工單位應將泥漿泵設置在盾體內，這樣可以清理盾體內的泥水，加快施工速度。在施工中要使盾體軸線比隧道軸線的坡度角略低，防止低覆土荷載導致盾構出現抬頭的情況。此外，施工單位還應做好盾構機的維護保養工作，并要對人員以及設備進行合理的配置，以確保盾構掘進的連續性。

2.2.2 地鐵盾構掘進小曲線半徑段的質量安全保證措施

由于該地鐵隧道工程的轉彎最小半徑和盾構機的轉彎半徑差較小，增加了盾構掘進的難度，同時也給施工的質量安全帶來了較大的風險，因此必須采取相應的質量控制和安全保證措施。施工單位應加強對盾構機行進線路的監測，一旦發現出現誤差時應及時采取糾偏處理措施，且糾偏時要保持調整動作緩慢，以降低超挖量。同時要確保鉸接油缸得到充分的利用，其與推進油缸的配合使用可以更好地對盾構機姿態進行控制調整。在盾構機轉彎時，其使其平面位置略向圓心偏向。施工單位應采用早強型的速凝低收縮漿液向空隙處及時進行充填。一旦發現有曲線超挖情況時，應膠漿同步使注漿量加大到 1.1～1.2 倍左右的超挖量水平［4］。在盾構掘進施工時為了防止管片出現局部應力集中的線形，可以采取適當停機的措施來釋放應力，并要注意控制鉸接油缸和推進油缸狀態。為了保證施工的質量和安全，應定期對洞內布設的控制點進行監測，且應適當加大觀測頻率，以防止出現明顯的偏差。

2.2.3 地鐵盾構掘進小凈距的質量安全保證措施

由于該地鐵隧道與另一已建成隧道相距較近，為了保證隧道的盾構施工安全，施工單位應結合兩條隧道的間距、斷面面積以及地層結構等參數來控制盾構掘進施工中的注漿壓力、正面土壓以及土倉壓力等，以確保掘進面壓力平衡，從而避免對相鄰隧道造成不利的影響。施工人員還應準確開挖量，盡量避免出現超挖的情況。同時還要及時進行回填同步注漿和補充性二次注漿，以保證施工的質量和安全。此外，在掘進施工時要加強對相鄰隧道狀態的動態監測，一旦發現異常應立即停工并上報，再準確分析異常原因并采取相應的處理措施后才能繼續掘進。

2.2.4 地鐵盾構掘進地層上軟下硬段的質量安全保證措施

由于該地鐵隧道部分施工段的地層為上軟下硬結構，因此為了保證盾構掘進施工的質量安全，施工單位應配置相應的刀具以及刀盤，可以通過搭配使用雙刃滾刀以及刮刀來提高施工的質量和效率。在坡度起始位置，施工人員應調整好盾構機姿態，并將掘進速度適當降低，避免其在掘進時出現下俯上仰等現象，同時應注意控制掘進路線，避免出現偏差。在掘進過程中應采取加入泡沫的方式來改良碴土，且應將掘進控制設置為土壓平衡模式，以確保土倉壓力的平衡性，并降低對刀盤刀具的損耗。一旦在掘進過程中盾構機姿態或者掘進軸線出現偏差時，可以通過鉸接千斤頂等設備來進行調整控制。

2.3 該地鐵盾構掘進過砂層的施工質量及安全保證措施分析

受該地鐵隧洞地質結構特點限制，其在掘進過程中比較容易出現地表坍塌等問題，影響施工的質量和安全。因此施工單位應結合施工現場的實際情況對掘進方案進行調整優化，并要做好設備的維護保養，避免設備發生故障，以加快盾構機通過砂層段的速度。在盾構掘進開始后，應通過土壓平衡模式控制掘進作業，以減少對地層的擾動，保證土倉壓力的平衡性，避免地表出現明顯的沉降。同時可以通過保壓泵碴設備將高濃度泥漿注入土倉，以防止圍巖內部出現水土流失現象。在施工過程中應將注漿量適當加大，并合理控制注漿壓力，也可以采取對同步注漿漿液配比進行調整的方式促使管片外土體加速凝固，從而達到控制沉降的目的。工作人員應通過控制螺栓輸送機的倉門開度來對出土量進行嚴格的控制，同時應將盾構掘進軸線降低 50 mm 左右，以避免盾構機出現上漂的問題。此外，施工單位還應根據掘進施工的實際情況來進行排渣泵的配置，并要做好物資設備的保障工作，以確保施工的連續性。

2.3.1 預防盾構刀盤泥餅聚積的質量安全保證措施分析

為了防止盾構掘進對泥餅聚積在切削倉以及刀盤開口位置，施工人員應做好泡沫罐的疏通工作，并可以利用膨潤土漿液和泡沫劑等對土體加以改良，提高其和易性。同時應將空心攪拌棒設置在土倉胸板以及刀盤背面，加強攪拌的范圍及強度。如果發現有泥餅形成時，應采取加水、泡沫或者膨潤土的方式來促使其脫落。

2.3.2 防止盾構管片上浮的質量安全保證措施分析

為了防止管片出現上浮的情況，施工人員應及時對盾構機姿態進行調整，并可以通過控制同步注漿量、注漿速度、掘進速度以及盾構推進高程等方式來保證施工的質量和安全。一旦發現管片上浮量超過允許的范圍時應立即停工，并采取二次注漿以及鉆孔泄壓等方式來進行處理。

2.3.3 地鐵盾構掘進大坡度段的施工質量及安全保證措施分析

為了保證地鐵隧道大坡度段的盾構掘進施工質量和安全，施工單位應通過控制鉸接油缸保持盾構機平衡，且應在掘進中線和盾體中線之間保持一定的角 度，以防止盾構機出現磕頭或者抬頭的現象。另外還要加強對推進油缸壓力、編組行程以及牽引力的控制。

2.4 地鐵盾構掘進過程中的施工質量及安全監控措施分析

施工單位在盾構掘進施工過程中為了更好地控制施工質量，保證施工安全，采用了 RTK 技術、全站儀以及測探儀等先進的觀測設備來進行動態監測，以保證監測數據的準確性和全面性。在完成控制網以及監測點的布設后，觀測人員應對工程區域的地質水文變化進行監測以及掘進施工過程中進行實時監測。特別是應每天監測盾構機前后 20 m 范圍內的沉降變形等，并要及時將監測數據報送監理部門以及主管工程師。

2.5 制定完善的應急處置方案

經過對工程區域地質水文條件、施工現場情況等多種因素的綜合分析，在本次盾構掘進施工中可能發生的主要風險為在江底段的盾構掘進中出現地下水連通江水以及江底塌陷等。為了有效應對這兩類突發性事故，施工單位制定了相應的應急處置措施，如可以采取在出土裝置暫時關閉狀態下繼續掘進、加強對土倉壓力的監控、加設抽排裝置以及臨時對航道進行封鎖等措施來應對螺旋輸送機無法正常出土以及江底塌陷問題。

3 結語

在地鐵盾構掘進施工過程中，由于施工的地下空間環境以及地質水文條件比較復雜，會對地鐵盾構掘進施工的質量以及施工安全造成較大影響。因此施工單位應結合地鐵工程施工現場的實際情況來準確把握盾構施工中的重難點環節，并加強對盾構掘進全過程的施工監測以及質量安全控制。同時要制定科學有效的應急處置措施，并加強對施工人員的的技術培訓和安全生產教育，從而確保地鐵工程施工的質量安全。Q