地铁隧道盾构施工风险分析与控制措施

2020-02-28赖阳迅

绿色环保建材 2020年12期

赖阳迅

北京城乡建设集团有限责任公司

1 引言

地铁隧道施工具有非常高的施工标准，而盾构施工正是地铁隧道施工的关键内容，也是目前科学技术发展下的重要施工技术。在该项技术的应用阶段，由于多种因素的限制，施工过程中很容易产生安全风险，给施工人员的生命财产安全带来巨大威胁，同时会影响地铁隧道施工的整体质量。因此地铁隧道盾构施工的风险分析受到越来越多企业的重视，该项内容的研究，将会更好地把控盾构法施工的风险问题，进而利用科学合理地方式，来优化地铁隧道施工的效率，给企业带来更多的经济效益。

2 地铁隧道盾构施工概述

结合以往的地铁隧道施工实践经验，通常来讲盾构施工的具体施工流程有以下几点：盾构设备的安装调试作业；盾构的运作和掘进；水平作业盾构掘进；盾构使用方向的调整；掘进刀具的更换；盾构注浆；操作完成以后要进行盾构的拆卸。在整个施工阶段，必须让每个施工步骤之间互相协调，达到最好的施工效率。为保证地下地铁隧道的安全施工，同时保证相应的施工质量，必须做好施工协调。以往的地铁隧道施工主要是借助埋藏的方式，通常选择离地表近的位置。但是这种施工方式容易引起地表的沉降，会给周围的居住环境带来很大的破坏作用。因此必须对施工过程中的排水、防护等内容高标准、严要求，这就给施工带来了很大的难度。盾构法基于我国地铁隧道施工的地形地貌特征，配合水文地质环境，在施工过程中利用多种辅助设备来对围岩进行加固，在开挖工作完成以后，适当地防护给围岩起到了不小的保护作用。

盾构法施工必须在隧道的起始位置和终止位置构建足够大小的基坑或者竖井，用来完成盾构设备的拼接操作，如果隧道的长度超出一定范围，就要设置相应的检修井。检修井的具体范围必须配合盾构设备的大小来进行界定。通常井口的宽度范围必须符合盾构设备的安装需要，还要满足设备出入井口的要求。盾构法的施工操作要有土层开挖工作的配合，盾构机的全面推进以及具体的拼接作业。在这些施工作业当中，必须保证施工操作的有效衔接，避免出现太大的时间间隔，因为长阶段的作业停滞会给隧道施工带来不必要的影响，甚至会引起地面的沉降。

3 盾构施工特点及流程

3.1 地铁隧道盾构施工特点

地铁隧道的盾构施工作业，通常是结合盾构设备在隧道施工中的堆砌，利用围岩和地下结构的稳定性来注入一定量的浆液材料，在这种施工技术的运用过程中，一般给环境带来的影响不大。施工阶段挖掘土层的范围相对较小，不会造成周围地层的沉降，也不会影响地面的正常交通。盾构施工作业具有非常强的实用性，工作人员只需要在工程预定的范围内占据相应的面积，按照施工成本控制的要求来将成本限定在一定范围。在地铁隧道的施工当中盾构法具有非常广泛的适用空间，因此对于地铁隧道作业有着很强的抗震效果。这些内容都是盾构法施工独特的优势。

3.2 地铁隧道盾构施工流程

3.2.1 盾构掘进

盾构掘进工作不能直接深入，要根据施工环境的地形特征进行具体分析，通常要将盾构掘进的45m位置充当试挖掘阶段。继续推进以后就可以进行拆除工作，将周围管道内的管片拆除，然后在试挖掘过程中挖成以下任务：采用短时间完成盾构设备的调试，做好工程建设的实地考察工作，通过地质环境的平衡盾构法来把控施工进度。利用收集的施工数据进行分层优化。了解管片拼装的具体操作。在试挖掘完成以后，需要按照对接的工作调整相应的挖掘参数，给今后的盾构掘进提供相应的准备。一般来讲需要完成以下几点内容：首先按照地质环境的条件和试挖掘状态进行监控，给今后的挖掘工作提供必要的参数。结合有效地施工监测，不断强化施工工艺，减少后续施工中的不足。在盾构挖掘不断推进的过程中，应该及时把控具体的进度，不断进行施工测算，让施工数据能够和对应的坐标参数进行对接，做好有效地调整。

3.2.2 盾构掘进方向的控制与调整

受到地层结构的影响，在盾构掘进过程中可能会遇到土层硬度不均、隧道坡度变化大等问题，这时盾构掘进就不能准确按照预定的施工计划来推进地铁隧道的挖掘工作，会带来很大的偏移。如果这种偏移超过一定范围，就会增大隧道施工的间隙，一些部位的受力会发生变化。所以盾构施工阶段必须采用合理地技术方案进行掘进，避免过大的路线偏移。盾构掘进的方向控制可以采用隧道导向装置来完成，或者是分区盾构迁移的方式来矫正偏差。假如偏离的位置与预定位置偏离过大，盾构设备就会报警，这时要选取盾构刀盘的方式来弥补偏差。

3.2.3 同步注浆与二次补强注浆

盾构施工可能会带来地层结构的损失，甚至会造成隧道周围受到波动的影响而发生变化，这时就可能产生地下水的渗透，容易造成建筑结构和管线的沉降。为了避免这种情况，在盾构掘进的阶段，应该及时进行盾构管片的脱离，让浆液材料能够迅速填充到建筑的空隙内。同步注浆操作要和盾构掘进同步完成，利用同步注浆系统把浆液注入管片当中。注浆完成以后管道内部的缝隙就可以得到填充，大部分的地层变形都能够改善。在部分浆液浇筑的阶段，可能会产生浆液填充不均衡的现象，浆液的收缩就会造成整体成分被稀释，为保证浆层的防水效果，要尽量利用管片进行浆液补注。

4 盾构法施工风险分析

4.1 地质条件复杂

由于我国的地形地貌复杂，城市建设的风貌风格不一，这就给盾构隧道施工带来了不小的难度。并且在现场勘查过程中，会受到很多的限制，没有经过地形的解析，勘察得出的数据很难给地铁隧道盾构法施工提供帮助，这就可能会给盾构隧道施工带来风险。

4.2 缺乏规范的安全风险管理体系

在当前的地铁隧道施工当中，国家还没有对应的安全风险防控标准，即使施工单位拥有一套独立的风险防控措施，但风险管理方针的制订，施工现场的风险评估，安全风险内容的辨识，以及风险防控工作的管理等内容都存在较大的偏差。所以在实际的地铁隧道盾构施工阶段，很多工作人员都没有按照必要的施工流程来完成操作，在施工作业的推进过程中容易造成施工漏洞。并且在盾构隧道的施工阶段，某些施工企业过于重视经济效益，盲目节省成本，加快施工进度的推进，反而忽视了施工的整体质量，这就非常容易带来安全风险。

4.3 施工人员专业素质不高

部分施工人员没有足够的专业素质，对于地铁隧道盾构施工的认识不够，文化水平不足，造成工作人员在具体的施工过程中，缺乏相应的安全意识，不能按照施工建设的需求来做好安全防护。在没有安全防护的前提下开始隧道施工是非常危险的，如果发生安全事故将会给施工带来巨大的威胁。

4.4 施工技术的使用管理问题

由于地铁隧道施工的工作量非常庞大，经常会采用多个工种同时作业的方式，多种技术手段共同操作。在工程作业不同的施工同时进行时，必须制订合适的施工安全管理方案，在协调工作的基础上才能够进行作业。采用全新的技术手段进行施工时，应该针对具体的技术要求进行方案调整。但对于目前的地铁隧道施工而言，大部分施工单位仍然采用以往的管理办法，即把施工的参数和施工管理办法分开操作，这就有可能造成施工技术方案不能符合工程建设的需要，新型施工技术不能发挥出应有的作用。

5 盾构法施工机械风险及控制措施

5.1 盾构始发及始掘进阶段

盾构的始发和初始掘进工作在地铁隧道施工中有着非常重要的地位，并且在隧道挖掘逐渐加深，尺寸增加的状态下，施工环境逐渐恶劣。这就给相应工程建设提出了更高的技术要求，必须结合相应的技术手段来对开挖地层工作进行稳定性的控制，结合土层和水泥防护充当构建物来减少挖掘面受到不良低端的影响而坍塌，必须对土层结构改造确保挖掘面的稳定以后，才能进行下一步的施工作业。为了保证施工的安全性，在洞口掘进完成以后要对掘进开始位置增加压力，通过水泥风度的方式控制隧道口结构，保证洞口的稳定。由于盾构阻力会对隧道造成影响，因此要提前对盾构设备的基座轨道涂抹润滑油，减少刀盘对洞口挖掘带来的伤害。此外必须对基座导轨的高度、中心线位置进行控制，减少盾构移动给掘进工作带来的破坏。在盾构的掘进阶段如果需要进行试验挖掘，就要调整掘进的参数并结合地层位置变化的规律来控制掘进的方位。

5.2 盾构正常掘进阶段

结合盾构始发操作和掘进位置的确定明确具体的施工参数，盾构设备就可以完成相应的掘进工作。为了保证掘进设备能够达到更好地开掘效果，就要让刀盘和土层的流动性保持一致，然后让整体线路的推进维持在相平衡状态下。还可以结合隧道线路上地质环境的不同选择不同的掘进模式。在盾构设备在土层状态下工作时，要通过设置参数保证设备在土层结构稳定状态下运转，同时确保足够的施工效率。在施工阶段选择合适的方案能够实现土层地质环境的测试，以便盾构设备在掘进模式下能够及时切换到不同状态来调整。按照输送设备排出土速度的要求，和地层变化的特点对地铁隧道进行监测。在坡面的施工作业中，要及时关注挖掘的土量，让注浆操作符合排水作业的情况。

5.3 盾构到达掘进阶段

盾构设备开始掘进工作主要是达到端头以后，需要转变以往的掘进操作，利用保护方案稳定隧道的土层结构，让路线能够符合设备推进的要求。简单的盾构挖掘显然不足以满足施工需求，主要有两种方式来进行操作：第一是在设备到达相应位置后即可对土层进行拆除，第二是在设备到达土层防护之前进行拆除作业。第一种方式施工作业操作带来的反馈非常良好，可以大范围应用到地铁隧道施工地层稳定性的防护当中。而第二种方式则必须对地层进行加固操作，强化洞口的坚固程度，用以防止盾构姿态的变化，控制掘进动力。但在这个阶段因为设备推理的降低可能会减小管片的作用力，使得管片的连接位置漏水，这就必须让工作人员在管片安装的过程中加装固定装置。