黏土地層泥水盾構停機風險分析

摘要 某盾構區間與線路上方機場下穿通道存在交叉作業施工，文章從風險概率及風險損失方面對盾構停機風險進行了分析，并對盾構停機前后提出了相應措施。結果表明，黏土地層盾構停機風險為二級，應盡量避免停機，確需停機應縮短停機時間，并嚴格落實停機前及復推的各項措施，同時加強地面監測及巡視。

關鍵詞 盾構；停機；復推；地表沉降

中圖分類號 U455.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0192-03

0 引言

盾構停機的風險概率受多種因素的影響，在黏土地層中，由于土壤含水量較高，土體穩定性較差，容易引發塌陷或變形等問題。特別是在地鐵工程施工中，該工程涉及復雜的地下和地上結構，因此在施工過程中需特別關注盾構機在黏土地層地質條件下的運行狀況，尤其是停機操作可能帶來的風險。為確保施工安全與順利進行，應盡量避免不必要的停機；如確需停機，則應盡可能縮短停機時間，并嚴格執行停機前及復推的各項措施，同時加強地面監測與巡查。

1 工程概況

某盾構區間隧道由中間風井始發，向東北方向轉入濱江濱海路后敷設，后在S203前向東南方向轉入機場高速敷設。采用φ8590氣墊式泥水平衡盾構機進行掘進施工，設置7座聯絡通道。區間盾構先后長距離側穿機場高速（1 400 m）、下穿仙岐IV號小橋和DN250燃氣管，側穿中航油加油站、機場高速箱涵橋，下穿機場路廣告牌、側穿南進場路B點樁基、下穿機場二期翔匯路4號通道（總長515 m，其中暗埋段長約211 m，U形槽段長304 m，基坑寬度約22 m，開挖深度為10.3～12.2 m，所處地層為lt;2-4-1gt;淤泥質土、lt;2-4-2gt;粉質黏土層）。區間總平面見圖1所示。

區間沿線穿越的主要地層有雜填土、耕植土、填砂、粉質黏土、粉細砂、淤泥質土、泥質粉細砂、（含泥）粉細砂、中細砂、（泥質）細砂、（泥質）粉細砂、（含砂）圓礫、（含泥）粗中砂、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖。區間結構主要穿越淤泥質土、粉質黏土、粉細砂、（含泥）粉細砂。區間沿線地表水發育，并分布有成片池塘。

根據工籌安排，盾構下穿施工與下穿通道基坑開挖存在交叉作業的施工風險。為減少土層擾動，下穿通道基坑開挖期間盾構應停機等待，該文對盾構長時間停機風險進行討論分析。

2 風險論述

盾構停機過程及恢復推進會對周邊環境造成較明顯的附加擾動影響。

地面塌陷風險。盾構停機過程對周邊環境造成較明顯的擾動；黏土在水的浸潤作用下易導致土體結構松散及強度降低，進而軟化、剝落，在開挖面上方形成局部孔洞；隨著時間延長，局部孔洞向上發展貫穿地表，造成地表塌陷[1]。此外，盾構機在長時間停機后重新啟動時，泥水繼續滲入土體，導致土體軟化和崩解。隨著掘進施工的恢復，擾動作用使得孔洞向上擴展，上部及周圍的土體逐漸剝落，在孔洞下方形成松散的堆積體，從而引發地表出現少量附加沉降。當盾尾通過停機位置時，如果注漿量不足以填充并滲透松散土體的孔隙中，孔洞將繼續向上擴展，地表附加沉降也會隨之增加，最終孔洞可能貫穿整個黏土地層。此外，由于砂土地層和松散填土地層的強度較低，無法形成有效的拱效應，這可能導致地表突然發生塌陷。

（2）姿態超限、管片破損等風險。因盾構機自身較重，軟土地層長時間停機時將壓縮下臥土層，加大了該位置已完成拼裝的管片沉降，使管片不均勻沉降過大，受力不均；恢復掘進時，姿態難以控制，且極易因受力不均勻造成管片破損。

（3）其他影響。長時間停機容易造成盾構機液壓管破裂、管片拼裝機失靈、泥漿管堵塞破裂等，以及對周邊環境造成較明顯的附加擾動影響，如上方地層損失、掌子面土壓平衡破壞等[2]。

3 風險評估

3.1 風險評估方法

（1）風險評估的參考標準

風險量為風險發生的概率估值與風險發生后可能造成的損失估值的乘積。地鐵盾構施工風險發生的可能性，一般是采用概率或頻率作為衡量指標，見表1所示：

軌道交通施工的風險損失評估，應綜合考慮五個方面：人員傷亡、經濟損失、工期延誤、環境破壞及社會影響，以全面評定風險損失的嚴重程度。人員傷亡等級標準見《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB 50652—2011）表3.2.3～3.2.7中的相關要求。

風險損失等級標準見表2所示。

（2）風險評估的分級標準

根據工程建設風險發生的可能性和綜合損失等級，將地鐵建設工程風險等級分為四個級別，建立風險分級矩陣，具體見《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》表3.3.1～3.3.2中的相關要求，Ⅳ級到Ⅰ級由輕到重依次排序。不同等級風險一般對應不同的預防處置方案。從工程建設初步設計階段，就應綜合周邊地質、環境等考慮工程的風險等級，對風險等級進行初步判斷，再綜合考慮施工現場周邊環境設施、風險單元等級及相互影響關系，最終邀請業內專家進行評審并結合以往工程建設經驗對等級進行適當調整，以確定最終的風險等級。風險等級打分及對應等級見表3所示。

3.2 風險源辨識與評價

結合現場資源配置情況、技術能力狀況、當地氣象、水文條件，以及隧道段地質情況，對施工過程中存在的危險因素進行辨識和評價，然后根據評價結果對風險等級較大的風險源采取控制措施。風險源辨識如表4～5所示。

4 建議措施

4.1 盾構停機前主要措施

為確保盾構機在長時間停機期間不發生沉降、不出現泄漏，并能隨時恢復掘進，必須選擇停機位置，使其底部具備良好的承載能力，拱頂應具有充足的支撐力；與外界接觸部位密封良好，盾構機在停機過程中應維修保養到位[3]。

（1）停機位置的確定

停機位置的選擇關系隧道及地面的穩定，盾構機停機位置的地層條件應選擇承載力相對較高的地層；承載力不足時建議提前對停機位置進行注漿加固。

（2）姿態控制

根據勘察報告、實地情況，以及以往盾構停機的經驗：由于盾構機頭部較重，為防止其在停機時出現“磕頭”或下沉現象，需要綜合考慮盾構機所處區域的坡度和土層條件。在停機前，應確保盾構機的實際軸線略高于設計軸線，且盾構機頭部位置略高于尾部，以維持整體穩定性[4]。

（3）盾構機與外界接觸部位的防水措施

在盾構施工過程中，與外界環境接觸的主要位置包括主軸承密封處、鉸接部位及盾尾。

1）在推進至距離停機環5環左右時，將鉸接千斤頂回縮至收回狀態。2）停機前對最后一環管片盾尾間隙進行嵌縫封堵。3）在盾構推進施工過程中進行注漿時，優先選用比重較大的單液漿，并確保其及時、足量且均勻壓注，以保證建筑空隙得到充分而密實的填充。4）盾構機停機后，及時進行二次注漿（盾尾后10～15環）。

（4）同步注漿及二次注漿

盾構同步注漿主要為填充土體與管片環之間的建筑間隙，減少后期變形，應做到及時、均勻、足量，確保其建筑空隙得以及時充填，停機前應調整同步注漿配比，減少其含沙量，避免漿液裹住盾尾，造成恢復推進困難。

二次注漿目的是穩定成形隧道，阻斷隔開隧道后方的地下水。在壓漿過程中，安排專人負責，對壓入位置、注漿量和注漿壓力進行詳細記錄。同時，根據地層變形的監測信息及時調整壓漿參數，以確保壓漿工序的施工質量。

（5）監控測量

監控量測分為周邊環境監測、隧道拱底隆沉監測、盾構姿態監測等，停機期間應做到環境監測點的加密布置、拱底隆沉監測頻率加密，盾構姿態應采用自動測量系統，每天測量并做好記錄。

4.2 恢復掘進措施

在停機過程中，必須確保盾構機能夠隨時恢復掘進。影響盾構機正常運行的主要因素包括刀盤抱死、設備維護不當導致的故障，以及注漿管路堵塞等。針對這些問題，可以采取以下措施：

（1）向土倉內注入高濃度膨潤土置換土倉內的渣土（停機前3～5環），定期旋轉刀盤，防止刀盤抱死。

（2）停機后向中盾構機周圍徑向注漿孔注入濃膨潤土漿液，防止盾體被周圍土體固結。

5 結束語

根據統計數據顯示，黏土地層中的盾構停機風險評估為Ⅱ級，屬于中等風險級別。如果發生盾構停機事故，可能會導致一系列的嚴重后果，如隧道結構損壞、施工進度延誤、經濟損失等。特別是在機場下穿通道附近施工時，任何意外情況都可能影響機場的正常運營，進而造成更大的社會和經濟影響。因此，必須充分考慮這些潛在的風險損失，通過科學合理的風險管理措施，可以有效降低盾構停機帶來的風險，確保地鐵工程的安全順利進行。

參考文獻

[1]張亞洲，閔凡路，孫濤，等.硬塑性黏土地層泥水盾構停機引起的地表塌陷機制研究[J].巖土力學， 2017（4）：1141-1147.

[2]何彥承，童磊，劉興旺，等.考慮停機影響的軟土盾構隧道施工變形性狀分析[J].四川建筑科學研究， 2020（S1）：48-55.

[3]張平，劉國棟.淺談盾構機掘進過程中長時間停機措施[J].中國標準化， 2019（8）：91-92.

[4]吳意.城市地鐵隧道盾構機停機保障措施[J].居舍， 2019（24）：154-155.

收稿日期：2025-01-06

作者簡介：鄭彬（1990—），男， 碩士研究生，工程師，主要從事安全科學與工程方面的研究工作。