试析城市地铁区间隧道盾构施工风险管理方案

丁如光 中铁济南工程建设监理有限公司

1 前言

由于地铁区间隧道施工的地理位置较为特殊，且建设周期较长，导致了外部影响因素较多，因此应加强对地铁区间隧道施工中的风险管理，使地铁环线可以发挥其应有功效，进而促进我国地铁行业的可持续发展，为地铁行业发展提供推动作用。

2 地铁区间隧道工程概述

地铁项目工程作为我国经济发展的主要工程，在通常情况下，建设工期普遍较长且资金需求较高，在施工的过程中还需要用到许多复杂的技术，且工程量巨大。通常情况下，地铁工程的建设都地理位置都较为复杂，且材料运输和建设过程较为繁琐，因此增加了地铁工程的施工难度，使施工风险管理更加困难[1]。在进行地铁区间隧道盾构法施工中，需要施工人员做好充分的施工准备，根据实际情况制定施工计划，并采取相应措施。

3 盾构法施工原理

盾构法是地铁区间隧道施工中的重要方式，通常采用盾构作为施工机具，并对地层中修建隧道以及暗挖都有很大的帮助，使机械自动化程度较高的科学隧道挖掘方法。从二十世纪的六十年代开始，西方国家就采用这样的方法在排水管道施工中进行应用，并利用盾构法替代了传统开凿明挖的方法，并改善了劳动施工密集的问题。由于盾构法的地面施工较少，因此能够在不影响地面交通的情况下完成施工，且盾构法施工噪声较小，并且在经济上也有着自身独特的优势[2]。盾构机械自动化程度高，工人劳动强度低，使得地铁区间隧道施工工期大大减少，从而节约了施工成本，虽然盾构法优点较多，但在施工过程中仍然有缺点。由于盾构机的设计以及安装需要准备的时间较长，且操作难度大，很难控制地铁区间隧道施工中的沉降，因此使得盾构法应用在施工过程中需要对相关人员进行专业化的训练，因此在进行城市地铁区间隧道施工前，需要有效利用风险管理对施工中的风险进行有效控制，从而保障施工人员的安全与工程的安全。

4 地铁区间隧道盾构施工风险识别

首先是分析盾构法的风险以及其特征，并将盾构施工中风险因素的类别进行具体划分，从而找出风险识别的目标，将风险识别目标进行确认。随后按照施工流程图对工程施工中的各个施工工序，进行详细分析，并请专业人员进行有效论证，将施工中可能存在的潜在风险因素一一列出。盾构机械设备在施工管理与地质环境方面也应进行风险识别，在风险识别的过程中应当遵循由粗及细的原则，先将风险问题找出，在逐个进行排除，做到风险确认与风险排除同步进行，还需要对风险内涵进行严格区分界定，并将风险因素的相关原则充分考虑，使风险识别更为科学。

5 城市地铁区间隧道盾构施工风险管理措施

5.1 盾构机风险控制

由于盾构机自身存在风险问题，因此在盾构机进行施工前应利用“盾构选型”来规避盾构机自身的风险问题。盾构机选型应根据工程地质与水文地质条件、隧道断面形状、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障碍物、地下管线及构筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等条件；采取科学的方法，经过策划、调查、可行性研究、综合比选评价等步骤，按照可行的程序，对盾构机的“适用性”、“技术性”、“经济合理性”进行遴选；保证盾构的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸，种类与性能要适用工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。如果所选盾构不能充分满足施工现场使用条件，应增加相应的辅助工法，如压气工法、注浆工法等，以确保掌子面稳定。

5.2 地表沉降风险控制

地铁区间隧道施工中，应对地表沉降变形严格控制，通常情况下地表沉降变形监测，一般应控制在-30mm～+10mm范围之内，同时若地面变形接近-20mm～+6mm时，应尽快找出原因并解决此类问题。若施工过程中数值超出了固定范围，那么就需要停止地铁区间隧道的施工（或优化、调整盾构机掘进参数等），同时立即组织预警分析、制定预警处置、跟踪预警处置成果、直至消警；防止地面沉降量进一步扩大，导致地面及建筑物塌陷。因此，在施工过程中应该对地面相应的位置进行围蔽，将问题进行具体分析，并采取相应的措施对问题进行紧急处理，避免安全事故的发生。在盾构机施工时，应结合当前的施工环境，采取“洞内二次注浆”，必要时地面应进行注浆加固，有效控制地表沉降。

图1 城市地铁区间隧道盾构施工图

5.3 环境风险控制

以“土压平衡”盾构机为例，应对环境风险措施简介如下：

（1）通过隧道导向系统及铰接油缸和推进油缸配合可很好的控制盾构机的姿态。

（2）盾构机可以采用完全的土压平衡模式进行掘进。并且当土舱压力较大、地层水较多时，可以通过启闭螺旋输送机闸门达到保压掘进的目的。另外还设置有防涌门和保压泵碴系统接口。

（3）完备的注浆系统。掘进时保证同步注浆充分，并根据需要及时进行二次注浆，保证管片和围岩之间的空隙填充饱满，尽量减少地面沉降。

5.4 进出洞风险控制

以“土压平衡盾构机”为例，在进出洞风险控制上需要做好以下几点把握。

（1）加强端头地层加固质量控制，端头地层加固质量直接影响盾构始发到达掘进安全，如端头加固采用混凝土素桩，严格控制混凝土素桩间距、垂直度、混凝土浇筑质量等参数。端头地基加固完成后，必须对加固质量进行水平抽芯检查，主要检查加体固体完性。

（2）盾构进、出洞之前，在洞圈范围内钻水平观测孔，观察是否出现渗漏水，如有则根据渗漏水的具体情况，采取相应处理措施。

（3）做好盾构始发与到达时的姿态控制，保证盾构以良好的姿态始发与到达。盾构到达时，当盾构机头部靠上洞门后，从盾尾后二到三环管片的注浆孔向外土层注入双液浆，截断地层中的水涌向洞门，形成第一道环箍挡水。当盾构机前体和中体步上接收托架后，盾尾留在加固体位置时，进行二次盾构注浆，形成第二道环箍挡水。

（4）盾构始发进洞后，及时封堵洞门并回填注浆，封堵洞门，确保洞口封闭完全，无地下水大量流出。

（5）高质量安装洞门防水装置，保证防水装置安装前、安装中、安装后完好；安装完后要进行验收。

（6）科学、合理编制盾构进出洞安全施工应急预案，制定详细的应急组织和管理制度，储备足量应急物资和人力设备，做好各项工序的交底，确保能应对各种突发事件，安全生产。

6 结束语

地铁区间隧道施工是一项较为复杂的工程，施工技术要求高，风险因素较多。因此在施工过程中应加强对盾构施工风险的管理，实现对地质环境的准确勘测，确保施工质量，面对问题应及时以科学合理的方式对其有效处理，从而保证地铁隧道施工的安全，从而使施工可以顺利进行。