地铁盾构工程安全施工重点和安全保障研究

刘丰

（中交二公局第三工程有限公司，湖南益阳 413002）

0 引言

现阶段，地上交通系统承载的运输压力过大，可以通过修建地铁工程，达到缓解压力的效果。在保证交通效率的同时，也可以为城市居民提供更为可靠的生活质量保障。其中，盾构技术作为一种具有现代化特点的隧道修建方式，在各地区的地铁隧道工程中应用十分广泛[1]。此外，盾构技术还是高自动化、高安全性能、低劳动强度的现代机械化施工作业方式。

1 地铁盾构技术的工作原理和技术特点

使用盾构技术完成隧道工程建设任务是目前比较常见的机械化施工模式。将盾构技术与传统类型的矿山法作业方式进行对比，在各方面均有着显著的性能优势，所以在各施工单位中备受欢迎。盾构技术的相关工艺已经逐渐成熟，但属于一种不具备返工条件的特殊作业方式，对施工过程中的各项材料和相关工程技术有较高要求，再加上在正式施工期间，容易出现错台或者管片破损等施工质量方面的问题[2]。所以，在确定使用地铁盾构技术完成地铁隧道施工任务后，需要保证质量控制管理工作落实到位。

1.1 地铁盾构技术的工作原理

常规情况下，应用地铁盾构技术过程中，需要对部分技术指标和施工工艺作出合理改进。以盾构机作为主要挖掘设备，在正式挖掘作业期间，充分借助设备外壳提供的支护效果，同时再配有专门的千斤顶设备进行有力支撑，此后再开展挖掘作业，可以为最终施工效果提供可靠的保障。通过地铁盾构施工技术，不仅可以大幅度提升施工的安全性，同时还能够借助盾构机的尾部区域完成注浆任务，进一步提升施工现场围岩结构的整体稳定性。在上述施工中，盾构机属于地铁盾构工程作业中的核心设备，需要完成的主要工作内容为保持开挖面稳定性、排土挖掘作业以及注浆补砌作业[3]。

1.2 地铁盾构技术的施工主要特征分析

其一，地铁盾构施工作业对施工场地的作业面积要求较低，仅需要提供开挖基坑以及竖井作业场地即可，此间不再需要其他作业场地空间，同时施工过程中也不会对地面形成干扰。所以，使用地铁盾构施工技术与其他常规施工技术相比，对周边环境以及地面建筑造成的影响较小。

其二，地铁盾构施工技术对施工精度有着较高的要求。例如，制作管片时，管片精度需要与机械制造精度处于同一水平，误差需要控制在5mm 范围内。

其三，地铁盾构施工作业具有不可逆性的特点，需要保持单行前进作业，施工风险较高。例如，在盾构设备出现参数误差问题后，会对整体施工作业造成较为严重的隐患。因此，需要在正式开工前，确认所有参数准确，并保证设备使用的安全性。

其四，在不同施工环境下，盾构机的作业参数有着不同的要求，需要按照地质条件信息、隧道断面埋深水平和大小进行针对性设计，保证设计效果。

2 地铁盾构施工质量与安全控制保障措施

2.1 基坑围护结构保障措施

围护结构轴力是围护桩结构承担作用力的核心点，但此时还需要经过挡土墙侧向传递的土压力作用，确保土压力作用不会对围护结构造成直接影响。对此，会形成一种侧向支撑体系结构，再加上基坑环向横撑和斜撑结构，可以充分保证围护结构在实际应用中的安全性和稳定性[4]。在此期间，由于支撑体系测点具有灵活性的特点，所以相应标准不可一概而论，而要根据实际情况，判断支撑体系形状及其受力特点完成设置任务。需要注意，即使位置不同，但是每一道支撑结构都需要在测点位置安装标准为φ20和φ25 的专业轴力钢筋2 根，为支撑提供必要的防护作用。

2.2 盾构掘进作业管控措施

在地铁工程中，施工作业需要严格遵循设计方案的各项要求，对掘进作业期间的所有掘进参数进行准确记录、严格控制和不定期检查，保证每环数据都有单独的信息记录和分析记录。通过这种实时记录、实时调整的方式，可以从整体角度维持土压的平衡性，并对挖土量进行有效控制[5]。其中，技术人员需要对隧道工程的成型以及轴线偏差信息进行实时监控，充分了解现场及周围区域建筑是否存在沉降。此后，还需要进行具有针对性的数据分析，为后续环节的参数调整提供支持作用，全面保障工程的施工建设质量。除此之外，技术人员需要对每一环的施工掘进参数以及具体掘进情况，进行详实记录并作出有效分析，以此为基础，准确判断当前施工进程需要面对的风险类型和风险控制效果，为工程建设施工提供更加全面的保障。

2.3 浇筑作业质量实时监测

2.3.1 监测桩顶位移问题

由于水下浇筑作业的不完善，非常容易导致泥浆出现沉淀的情况；桩顶夹泥问题也会在一定程度上影响混凝土的最终使用状态，对工程整体施工造成非常不利的影响；浇筑施工完成以后，在预埋钢护筒和拔拆期间，因为施工人员作业时用力不均，导致混凝土质量受到影响；在桩顶部位的施工作业时，其作业质量也会因此而受到一定程度的影响，正式施工作业阶段，施工人员在凿除混凝土桩头位置时，一般会习惯性采用作业功率比较大的风镐，此时声测管周围的建筑混凝土材料会因此受到干扰，造成不良后果。基于此，需要监测机构派遣专业的技术人员对各种可能造成桩顶位移问题的情况进行监测，一旦发现上述情况，需立即采取相应处理办法，保证施工作业安全性。

2.3.2 监测膨胀防水剂

膨胀防水剂的使用能够有效提升车库建筑工程结构的实际防水能力，提升建筑强度。但是，在正式施工作业期间，膨胀防水剂的具体用量以及补偿收缩率均会对工程质量造成直接影响。所以，需要对膨胀防水剂的用量比例进行严格检测，确保比例科学，才可以保证膨胀防水剂的应用效果，并且不会对后续阶段的正常作业造成不良影响。

在技术人员使用膨胀防水剂作业前，现场检测技术人员首先需要对膨胀防水剂材料进行检测，在保证最终使用效果后，即补偿收缩率水平处于14×104～2.9×104之间，方可在混凝土材料中掺入膨胀防水剂，提升混凝土工程结构的抗渗水平。在上述流程中，检测工作需要发挥出应有作用。

2.4 地铁盾构施工结构强度及结构防水措施

技术人员可以将测试仪器设备放置在车站结构内部，主要目的在于详细了解测量结构出现裂缝问题或者渗漏的根本原因。在此期间，测试仪器设备的主要测量任务为，测量盾构区间整体结构空间内发生沉降问题的部位变化量以及应力的实际分布情况等信息[6]。基于此，需要保证所有预制管片的制成质量可以达到合格标准，同时预制管片在现场的每一道安装环节质量，通过更加全面的保障措施，提升结构的整体防水效果。所以，在施工期间，需要技术人员充分发挥自身作用，为结构防水措施的施工质量提供必要保障作用。

同时，技术人员可以借助止水效果更为突出的螺栓装置对模板进行固定处理。例如，在工程作业期间，大量应用止水环装置。

3 地铁盾构施工安全技术保障措施分析

3.1 项目概况

某市轨道交通2 号线是南北走向的基本骨架，该工程在联络市区南北流通方面具有显著作用。该工程中安全施工重点内容在于对盾构施工技术的合理设计和对相关设备的正确使用，确保每一项安全保障措施都可以发挥出应有作用。按照该工程盾构施工的主要特点、水文地质条件以及施工现场地表环境因素进行综合分析，找出工程中存在的重大风险源，详情见表1。

表1 某地铁盾构区间Ⅱ级及以上重大风险源

3.2 安全保障措施

现场盾构掘进作业期间，需要盾构机司机集中注意力，对盾构机的掘进姿态进行严格掌控，防止盾构机出现蛇形掘进的情况。因此，需要坚持“勤纠偏、小纠偏”的基本原则，在盾构机出现偏离轴线的趋势时，第一时间进行纠偏处理[7]。此后，每掘进9 环管片后，都需要对管片以及盾构机的作业姿态进行再次复核和控制，以此保证管片超前量水平和四周间隙水平，保证管片姿态能够与盾构机姿态一致。在此期间，如果盾构机掘进姿态出现偏移，需要立即停机，并向上级管理者汇报情况，此后还需要聘请专家针对具体情况进行讨论，制订科学的纠偏方案，再使用千斤顶设备对盾构机设备的掘进姿态进行调整。

混凝土主体结构的收缩功能会受到多方面因素影响，其中，自然风产生的影响最为直接。在工程建设完毕后，混凝土结构内部的水分会逐渐蒸发，此时的蒸发作用大多是以外界自然风为基本条件，在吹动作用下不断蒸发。不仅如此，如果场内过早拆除使用完毕的混凝土模板结构，同样会导致混凝土主体结构出现大量裂缝问题。在应力作用下，还会导致裂缝宽度进一步扩展，最终产生更深、更长的结构裂缝。因此，需要针对混凝土结构整体施工质量进行全面检测，确保结构建设质量达到合格标准。

3.3 其他措施

在盾构施工作业期间，需要关注土体改良效果。目前，适用性较高的土体改良方法为使用膨润土材料、聚合物添加剂。合理使用此类材料，可以有效改善渣土结构的和易性，达到更为良好的止水效果，为后续盾构掘进施工作业提供安全保障[8]。在该地铁车站工程中，混凝土结构是核心施工项目，需要以混凝土工程结构的自防水施工为核心，同时重视接缝防水处理技术应用，保证地铁项目的最终建成效果达到理想水平。在施工中，施工人员需要对使用的混凝土材料特性充分了解，并做到合理使用，保证混凝土结构的建成效果。即使在浸水情况下，同样可以维持正常运行状态。为进一步提升混凝土结构的凝实度，控制结构裂缝数量，技术人员需准确控制材料的使用比例，尽可能减少混凝土结构出现收缩的可能性。在此期间，控制混凝土收缩的主要手段是掺入适量的膨胀防水剂。在同步注浆作业和二次注浆作业的过程中，需要控制隧道后方的泥水材料，不可以进入土仓空间。对于管片背后区域的空隙，需要进行及时的填充处理，确保严密性达到设计水平，防止地面沉降现象进一步扩大。在注浆作业期间，需要对注浆压力以及实际注浆量进行实时监测，并以监测数据为依据，判断实际注浆水平，借助动态化控制手段，保证最终的注浆效果达到预期水平。

4 结语

现有地铁施工任务需要面对的环境因素具有特殊性、复杂性，所以，盾构施工作业的整体难度较高，同时在盾构作业期间也存在一定程度的施工安全问题。基于此，需要在实际作业期间，针对整体施工环境作出更加科学的预判，保证危害辨识以及风险评估工作的有效性，同时严密监控掘进作业的所有设备参数和施工进度，在发生问题的第一时间调整参数，为地铁工程施工提供更为可靠的保障。