地鐵工程盾構施工安全風險控制研究

摘要：隨著盾構施工技術的不斷成熟和完善，越來越多的城市地鐵工程采用盾構法施工。盾構施工具有施工速度快、對周圍環境影響小等優點，但其在施工過程中容易導致安全事故的出現。為提高地鐵工程盾構施工安全，對地鐵工程盾構法施工的特點進行了總結，提出了相應的風險評估方法和風險應對措施，從而減少地鐵工程盾構施工安全事故的出現。

關鍵詞：地鐵工程;盾構施工;安全;風險控制

0" "引言

城市軌道交通的進一步發展，推進了我國城市地鐵建設規模不斷提升，在緩解城市土地資源緊張的同時，也帶來了更加便利的交通。盾構施工技術比較完善和成熟，因而被頻繁的應用到了地鐵工程中。該技術雖然獲得了比較好的成效，但是在具體工程實際應用中，利用盾構法進行施工還是存在一定的安全風險，因而需要進行有效的安全風險防控和應對，以此確保地鐵工程施工進程的正常運行，提高地鐵的通行水平，降低安全事故發生率。

1" "地鐵工程盾構法施工的特點

盾構法是城市地下工程中對周圍地層干擾最小的施工方法，它是利用盾構機來進行開挖、襯砌等作業，是在軟質的地基或者是破碎的巖層中掘進隧洞的一種施工方法[1]。盾構既是一種施工機具，也是一種強有力的臨時支撐結構，它可以利用刀盤切割土體進行開挖作業，同時借助尾端的襯砌塊當做支點，將土排出并拼裝后面的預制混凝土襯砌塊。

盾構法施工開挖速度快，適用范圍廣，安全系數高，機械性高。但與其他施工方法一樣，受地質條件和施工技術的限制，難以避免的會對周圍環境造成干擾，甚至會導致過多的地面沉降。盾構施工實現自動化和機械化的同時，也帶來了高額的租賃費用。其施工成本較高，對技術人員的要求也較高。對于斷面的尺寸不固定的路段，該施工方法適用性較差。

盾構機集合了多種機械的功能，極大的降低了人工作業，可以短時間內快速完成施工，具有比較高的作業效率。在進行開挖中，可以一次性成形，最大限度地避免了重復施工的現象。盾構機施工屬于綠色施工技術，具有比較好的環保性，其出土量比較少，對周邊建筑的影響比較小，對地表交通等情況也不會出現任何的影響，可以保證交通正常運行，減少了一定的工程附加成本。即便是在居民區域內開展施工，對周邊居民的生活工作影響也非常小，不會出現空氣污染、噪聲污染等情況。氣候和天氣條件對其的影響也比較小，同時還可以適用于多種土質，其中包括軟土、軟巖以及砂卵石等。綜合考量盾構法的優缺點，該方法適用于地鐵工程的施工，是城市地鐵工程一種非常重要的施工方法[2]。

盾構施工極高的專業性和地質條件的多變性，也給地鐵工程帶來了非常高的安全風險。我國曾多次發生地鐵工程的安全事故，不僅對人身安全造成影響，還帶來了經濟損失和不良的社會及環境影響。雖然盾構機性能在不斷的提高，盾構施工技術也在飛速發展，但施工過程中發生土體變形等問題仍然是不可避免的。因此，如何使地層位移問題得到有效控制是盾構施工成敗的關鍵。深入分析和研究盾構施工過程中常發生的巖土缺陷，對其產生原因展開探討，并從根源角度提出施工合理化建議是非常重要的。

2" "安全風險控制措施

盾構施工環境復雜，地面建筑物、地下管道、地下障礙物、地下設施、河流情況等都屬于施工安全范圍內，從勘察、設計到施工的每個環節都非常關鍵，因此應當建立完善的安全風險監控機制，以便及時采取有效的控制措施，將安全風險降到最低，保證地鐵工程的順利進行。

2.1" "風險評估

為了更加全面且合理的評估地鐵工程安全風險發生的可能性，以及安全風險所造成的損失，應當建立起完善的安全風險評估體系。首先確定安全風險評估要素，然后根據各要素發生風險損失的程度及頻率來評估安全風險等級，并制定相應的評估標準，最終形成完整的評估體系[3]。

對地鐵工程項目風險評估，需提前對地鐵所經區域的地質情況、地下水文情況、地下管道埋設情況以及地上建筑物情況等進行調查，掌握和了解全部狀況。以此作為基礎，在實施盾構機施工時進行針對性的風險識別，將地鐵工程項目施工的難點和重點風險開展全方位的評估，使施工決策更加科學合理，以降低地鐵工程安全事故的發生。

本文提出的安全風險評估體系中的評估要素包括環境勘察、工程設計、工程施工三個方面。發生風險損失程度劃分為非常高、較高、一般、較低和非常低四個等級。發生風險損失的頻率劃分為頻繁、可能、偶爾、罕見和不發生五個等級。其中發生風險損失程度評估標準如表1所示：

參照《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》中的相關要求，根據發生風險損失的頻率和程度，將工程建設風險等級劃分為4級，等級標準如表2所示：

2.2" "風險應對措施

2.2.1" "減少地層位移的措施

盾構掘進過程中，無論是泥漿盾構、土壓平衡盾構、開放式盾構還是擠壓式盾構等，都會對土層產生擠壓擾動，導致開挖面土體不同程度的松動[4]。構隧道施工過程中導致地層位移的主要原因，包括地層損失和地層原應力狀態改變，固結、板結、土壤的蠕變效應，以及襯砌結構發生變形等。

其主要表現形式如下：盾構機在開挖過程中，土體原有的應力狀態發生變化，從而使地層發生位移。盾構機施工過程中所產生的地層損失，也會導致地層發生位移;由盾構機推進導致的孔隙水壓力改變，以及地下水位下降，也將誘發土體產生固結沉降。減少地層位移的措施如下：

首先在盾構施工前，對整個隧道線路的地質勘探結果進行詳盡的分析，并充分考慮沿線地面條件、隧道長度及斷面形式、開挖及襯砌等施工問題，根據不同條件選擇安全、經濟、適用的盾構機型和輔助施工方法。

其次，在盾構機掘進過程中，應盡可能減少超挖和對周圍地層的擾動，可以通過對掘進參數的優化匹配，使盾構機達到最佳推進狀態，實現“四小”，即周圍土層擾動小，地層損失小，超孔隙水壓力小，地表沉降和隆起小。這不僅可確保盾構機的快速推進，還可保證隧道管片安裝質量。

最后，在盾構機掘進過程中應及時進行同步灌漿，在合理確定同步灌漿量和灌漿壓力的同時，還應加強監測測量和跟蹤灌漿。此外對于EPB盾構，還要檢查螺旋輸送機排土閘門處的滲透力，以防止砂土液化。

2.2.2" "穿越河流或建筑物風險應對措施

當隧道施工穿越河流或建筑物時，地鐵工程的施工難度和風險指數都大大提升，因此應當制定相應的安全風險應對措施，以避免安全事故的發生。

當穿越河流時，如果圍巖頂板下沉，將對河床造成危害甚至破壞，導致一系列不良后果，同時河流的滲透也可能對隧道施工造成危害。河流區域的土質屬于軟土層，具有較高的含水量和較強的壓縮性，但其承載力比較差，因此在進行盾構施工中其風險性更高，在掘進作業中發生坍塌或涌水情況比較常見，不利于隧道施工的順利進行。基于此，應在開展隧道施工前，詳細調查水文地質和工程地質條件，重點調查河底隔水層的連續性、滲透系數、厚度等，以及各地層的滲流情況。

科學選擇適合該地層的盾構設備，建議優選泥水平衡盾構機。此類型盾構機具有比較好的密封性，并配備必要的探孔、灌漿裝置以及聚合物與膨潤土注入裝置。結合實際的地質條件，加強控制盾構機速度和總推力。采用低速掘進，速度控制在不超過20mm/min，并嚴格控制推力缸總推力，減少地層擾動，以免破壞河底的土體，確保盾構機可以順利的進行掘進。

當盾構機進入河底時，操作員應根據測量偏差及時調整盾構機的掘進方向，盡量減少偏差修正，減少對土壤質量的干擾，確保盾構機平穩地穿過河底。由于河底與盾構機頂部之間的土壤層相對較薄，過大的灌漿壓力可能會破壞底部的防水層，形成流水通道，因此灌漿壓力應控制在0.2～0.3MPa，灌漿量應控制在理論施工間隙的130%～180%之間[5]。

在進行隧道穿越河流掘進中，可能會遇到面臨古樹、孤石等狀況。這種情況下如果沒有應用較好的方案進行應對，則就會嚴重影響到施工進度，造成工期延后。對此施工人員應將超聲探測儀安裝在盾構機上，在進行掘進過程中，讓其提前對前方的地質進行預報，以便及時發現存在的問題并進行處理，避免因出現掘進障礙而影響施工進度。

穿越建筑物施工前，應詳細分析盾構施工對周圍土層的影響，預測地表沉降范圍、沉降特征和土壤擾動范圍，對施工范圍內建筑物和地下管線進行詳盡的調查，并了解其規模、形式、材料、基本結構、使用狀態等[5-6]。施工時，當盾構隧道距離建筑物約50m時，應設置監測點觀測建筑物的沉降情況。

盾構掘進期間，應增加監測頻率，一般每2h一次，并將監測數據應用于指導盾構掘進。如果測量的變形率超過警告值，應立即采取相應措施，以確保建筑物的安全[7]。為了控制建筑物的不均勻沉降，通常在建筑物側面進行灌漿處理，以達到加固底部土壤的目的。期間觀察沉降的實時監測數據，必要時再次進行灌漿加固[8]。

3" "結語

地鐵工程盾構施工的安全風險評估也是保證工程順利進展的關鍵，為了更加合理的評估地鐵工程盾構施工的安全風險，本文建立了安全風險評估體系，并將安全風險劃分為四個等級，用以評判安全風險發生的頻率和損失程度。

盾構施工往往伴隨著一些巖土問題，其主要表現形式就是地層位移。地層位移的產生原因主要與地層損失、應力變化、水位變化等因素有關。因此在盾構施工過程中應更加關注這些參數的變化，以減少施工偏差的產生，確保盾構施工安全、平穩地進行。

參考文獻

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[3] 李新宇. 城市盾構隧道施工水致災害機理與安全風險控制[D].北京交通大學，2020.

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[8] 饒彩琴.地鐵盾構隧道施工風險辨識及控制策略探討[J].建筑與裝飾，2020（5）：2.