地铁盾构施工中的安全风险和管控对策

李 菲

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

随着科技的日新月异，地铁已成为社会交通的重要组成部分。城市车辆的增加引发系列交通问题，因此城市地下空间的建设尤为重要。我国的地铁建设起步较晚，通常都选择在省会进行地铁建设，目前已有四十多个城市正在进行地铁项目建设，在发达地区形成了庞大的地铁网状结构。

基于地铁的诸多优点，我国交通发展的方向应该是针对地铁的整体规划。地铁工程的建设主要采用盾构施工法，并运用盾构机械在地下推进，在地下开挖面前方用刀盘切削土体，通过运输机械运出洞外，而前进地方用预制混凝土管片拼装。

地铁工程盾构环境复杂，对周边建筑影响较大，且由于盾构技术的快速发展，关于盾构法风险的认识仍不够深刻，导致发生安全事故增多，威胁施工人员的生命安全。因此，对盾构施工法进行安全风险研究是十分必要的。

1 地铁盾构施工安全风险管理理论

风险是事件中失败的概率，工程项目风险是指影响工程项目不确定因素的集合。因此风险事件就是指对事件发展的预测。风险具有客观性、必然性等，构成要素包括风险因素、损失与事故，主要来源有自然、社会与经济风险等。其中，内在风险是项目行为主体存在不可预测的风险因素，如业主支付能力不足导致资金无法及时到位产生的风险、项目管理者业务能力不达标导致的信誉风险等。风险等级划分具体见表1。

表1 风险等级划分表

工程施工风险管理是工程管理人员在项目实施中从风险分析评价等方面严格控制工程施工潜在风险。风险管理要求遵循情景预设、强调预前管理等原则。由于我国经济体制的影响，风险管理起步较晚，20世纪90年代风险管理平稳发展，当前风险管理广泛应用于水利水电、化学工业、经济学等众多领域，在施工安全方面起到重要作用[1]。风险管理环节包括风险识别评估与应对。可以从不同角度理解项目风险，并通过检验分析项目数据资料来明确各部门的工作职责，这不仅有利于规避风险，还可以针对风险发生制定相应的应对措施，以保证项目的正常进行。

当前，我国正处于社会生产力快速发展和城市化进程加快的阶段，而城市地面交通基础设施落后的问题，不仅导致人地矛盾突出，还导致大中型城市出现交通秩序混乱、空气污染严重等问题。现代化城市建设引入了地下空间的概念，其作用在于增强城市交通功能，降低能源消耗。

城市轨道交通建设往往会在原有建筑物等地下进行，而盾构法是指在用盾构机控制开挖面的同时进行隧道掘进，不扰动围岩修筑隧道的方法，且以其机械化程度高、施工安全性高等优点被广泛应用于城轨交通建设工程。

城市轨道交通不可预知因素多，如地面建筑物繁多等使得施工风险较多。城轨地铁交通盾构施工安全风险影响因素多，对地铁盾构施工安全风险的管控需要结合工程特点，分析盾构施工安全管理重点，从施工全过程进行安全风险防控。针对此，对地铁施工中潜在风险源开展全面分析评估，并结合施工技术对重大风险单元给出有效控制措施，对于保障工程施工安全、提高经济社会效益来说，具有重要意义。

2 地铁盾构施工风险识别

盾构法是指用盾构机在地下进行暗挖隧道的方法，主要使用盾构机器在地下围岩中推进，且会在地下进行开挖衬砌等作业修建隧道的方法。隧道盾构施工优点体现在施工噪音小、自动化程度高、劳动强度低、施工占地小等。其缺点是施工设备维护费用高、小曲率半径隧道施工掘进困难等。盾构施工法主要包括土压平衡式盾构、泥水加压平衡盾构等，工序包括盾构机下井安装、掘进等。

风险识别分为工程内外部风险。外部风险指自然灾害风险等，本文研究盾构法施工风险为内部风险。对此，要从盾构施工法流程出发来识别项目风险。地铁盾构施工主要风险包括前期准备阶段、出洞掘进阶段、同步注浆阶段[2]。工程前期主要进行地质条件勘察，对盾构机信号选择；盾构出洞阶段主要包括洞口土体涌入工作井的风险，因此要在洞口处和始发阶段控制地下水位，以防止盾构基座失稳变形，另外，由于盾构掘进需注意的风险源较多，因此要控制好隧道内土体压力，以密切监测隧道内地质环境变化；同时，必须保证盾构掘进轴线不偏离，经常检查刀盘是否磨损严重，从而保证盾构螺旋输送机出土顺畅。

同步注浆需注意设备保持良好运行，隧道内注浆要及时，注浆压力的设定要合理。其中，管片选材要达到要求，以保证管片注浆质量。渣土运输机防止发生故障，而保证地面龙门吊机器正常运转。盾构进洞阶段存在的风险源包括洞口密封问题等，所以盾构轴线要防止发生偏离。盾构施工工艺的风险包括特殊风险源，如建筑物调查不详尽、建筑物加固不牢、掘进参数设定不合理等。当掘进异常时，需检查刀具等工具，而开仓检查分为常压与带压开仓，开挖面要防止失稳塌方，带压开仓检查作业注意规范合理地进行压气作业。

风险分析方法包括专家调查法、风险矩阵法等，其可以辨识地铁盾构掘进的施工风险，并从环境地质、施工管理等方面来分析施工风险因素。

环境地质风险包括开挖面失稳、盾构进出洞段风险、地表沉降控制等。设备材料风险包括盾构主轴承密封失效、盾构机刀盘磨损、盾构机改造针对底层设计不够、泥水管路被堵塞等。施工管理风险包括盾构隧道管片上浮、管片注浆孔涌水、人员风险管理意识差、专项方案编制不完善等。

3 地铁盾构施工风险评价

地铁工程具有规模大、涉及主体多等特点，且工程地质多样、控制标准严格。盾构隧道施工处于不确定的环境中，而使用新技术材料，会很大概率地给地铁盾构隧道施工带来更多的安全风险，因此全面开展施工风险辨识评价非常必要，同时通过科学的管理方法可以识别控制风险，为工程建设提供安全的环境。通过风险研究，可以建立地铁盾构施工风险指标体系，能有效控制各类施工风险，以杜绝重大安全事故的发生。工程风险概率P等级标准具体见表2。

表2 工程风险概率P等级标准 %

风险具有动态化特点，随着新技术的使用，专家无法避免对风险判断失误，这造成了制定风险管控措施的不合理。一般来说，可以采用风险矩阵法对地铁隧道施工风险定性评估，而采用层次分析法对风险定量评估，可以很大概率地保证风险等级确定的准确性，从而使制定管控措施更加合理。

地铁盾构隧道施工风险体现在工程水文地质环境、施工管理等方面，步骤为：盾构掘进前期准备-进出洞掘进-同步注浆-渣土运输，盾构常压开仓，盾构穿越建筑物管线。同时对盾构施工各阶段风险权重采用层次分析法计算，以确定盾构施工风险等级。

工程地质状况随着选址确定不变，对工程地质盾构设计是工程成败关键。盾构隧道施工管理因素非常重要，施工操作是否规范是风险管控的重要因素，所以提高管理人员风险管控素质非常关键[3]。采用层次分析法，可以建立盾构隧道施工风险模型，并通过权重值模糊比较风险因素来确定风险等级。

4 地铁盾构施工风险控制措施

地铁盾构施工风险控制在识别评价工程风险基础上，根据施工风险等级，针对重大风险采取有效措施加强管理控制，以保证地铁盾构施工安全。地铁盾构施工质量控制重点包括轴线质量控制、进出洞阶段控制与注浆质量控制等；盾构施工安全技术措施包括盾构区间隧道施工安全措施、机械安全保证措施、管片吊装安全措施等。值得注意的是，要重点做好洞门用水坍塌，管片拼装事故与盾构机故障等应急措施。

地铁盾构掘进中严格把控盾构机方位，每环拼装后测量误差，发现误差后轴线纠偏量不超过5 mm。隧道内每次循环衬砌后测量盾尾间隙，保证盾构轴线准确。盾构机右上方管片处安装用钢板制作的吊篮，强制对中点三维坐标通过洞口导线起始边传递，盾构推进中要沿中心轴线推进。测量重点是隧道起始里程、设计曲线特征点。需要对管片实际里程检测，施工中对隧道关键点里程测量达到控制里程目的。膨润土压注盾构掘进停机前，通过加泥加水系统向刀盘正面加注膨润土浆液，且注意四周均匀压注，使其进行适当出土。盾构进出洞段在洞口采取注浆加固方式，洞口处土体强度较低，可使用打桩方式加固，防止出现涌土流沙现象。

盾构施工在运输渣土中，要让运输车在隧道内水平运输，防止由于下坡速度控制不当发生机车撞击事故。进洞前，需确认其完好，对设备采取安全措施，运输车转弯控制好速度。电机车前段安装防溜车装置，避免电机车出现溜车风险。同时，要经常检查电机车刹车系统等，并定期维护隧道内轨道，以防止出现轨道松动偏离等现象。

地铁盾构施工安全风险管控要结合工程顺序流程，分析影响施工安全的人、机、料、法、环相关因素，针对盾构施工安全管理重点问题加强风险管控。在盾构掘进前做好充分准备工作，并注意周边建筑情况，预先制定施工安全技术措施；盾构掘进中注意观察器械仪表变化，定时查看机械是否运转；运输管片要限制电瓶车运输速度；管片拼装要求连接螺栓紧固；隧道内预留人行通道[4]。土方作业时，要有地面专人负责指挥，起吊时作业人员处于安全位置。

盾构下穿建筑物施工前，需调查沿线建筑物，相关人员要亲自到现场做调研，并对施工人员进行技术交底，使其了解盾构与建筑物相对位置，同时还要在施工中加强巡视工作。在穿越前，要全面检修盾构机系统等机械设施，以避免盾构穿越中机械设备故障停机。

地铁隧道采用盾构机利用计算机技术，不仅可以准确计算盾构机位置信息，还可以及时把结果反馈给工作人员，便于工作人员实时纠偏。现场要配备专业监测人员，并建立及时到位的信息沟通体系，而值班人员要及时将信息汇总来指导盾构推进施工。盾构穿越前，需布设沿线风险类建筑物的监测点，为施工参数控制提供数据支持。盾区间隧道下穿管线时，为控制地层变形，采用增设注浆孔管片。

5 结语

综上所述，随着我国经济的发展，城市交通压力也在不断增大，因此各城市大力发展地下交通势在必行。在此前提下，地铁盾构施工安全管理受到了广泛关注。基于此，相关人员必须研究地铁盾构施工安全管理，同时运用工程风险管理知识，结合专家调查法与层次分析法来科学合理地研究地铁盾构施工风险的识别。通过对地铁施工流程分解可知，识别地铁盾构施工风险因素，运用层次分析法研究因素比较权重，能够准确得出风险因素的评价，并以此对地铁盾构施工风险控制措施进行研究，从而有效保证地铁盾构施工安全。