浅谈地铁盾构施工安全管理张德福

浅谈地铁盾构施工安全管理张德福

张德福

中土集团南方建设有限公司519000

摘要：在地铁盾构施工中，由于地质条件、人的不安全行为、物的不安全状态、管理等诸多方面的因素，导致在地铁盾构施工中出现一些风险，影响到社会的和谐稳定和人民的安康幸福。为了有效地规避风险或降低风险带来的危害，需加强地铁盾构施工安全管理力度，找出有效的对策，确保地铁盾构施工的安全。

关键词：地铁盾构；施工风险；安全管理

随着我国的经济发展，我国的城市建设规模逐渐扩大，随之土地和环境逐渐受到影响，造成交通严重受阻，空气质量严重受到影响。在该种条件下，我国的高效节能等地铁在我国发展迅速，其中地铁的盾构法有着自己的优势和特点，已经是地铁施工中的主要方式之一。在实际的额地铁施工中，盾构施工技术已经被应用广泛，可是，怎么样降低地铁施工中的施工安全风险，保证其施工质量是比较关键的环节，因此，本文就地铁盾构施工的安全风险管理进行分析和探讨。

1盾构法的基本原理概述

盾构法是指使用盾构机掘进、安装管片（使用前已预制好的分块衬砌环）形成衬砌等一种地下工程施工方法，一般先于隧道的某一区域构造一个基坑或者是竖井结构，作为盾构机始发工作井和到达工作井，盾构机由始发工作井的墙壁开口起开始掘进，以设计轴线作为地层中的掘进路线，向达到工作井推进。盾构机是此施工方法的主要机具，它是一个可承受来自地层压力，且能够实现推进的钢筒结构，在盾构机前段安装有开挖土体的全断面切削刀盘，在盾构机中段安装能够实现掘进的千斤顶，在盾构机尾端安装可拼装管片的设备，从而实现盾构机每推进一环管片距离，在盾尾及时完成一环管片安装。

2地铁隧道盾构施工的施工特点

2.1盾构施工的优点

将此施工方法运用于地铁施工位置周围建筑物密集的工程中，不仅可以有效减少地铁施工对道路和建筑物产生的影响，还可以减少对周围居民日常生活的影响；盾构施工的机械化程度高，可以按照既定的操作程序开展，施工管理和控制更加容易；利用该施工方法可以通过控制盾构的施工参数来减少对地层的干扰；该施工方法不容易受到气候条件的影响；穿越江河湖海

时，不会对航运产生影响。

2.2盾构施工的缺点

若周围障碍物较多，会导致施工受阻；若地层中含有沼气等有毒气体，或施工过程中遭遇流砂地层、地层空洞等均会对施工产生影响；若施工隧道的曲线半径过小，隧道覆土过浅时采用该工方法操作难度大；盾构施工中的自动监控系统、液压系统、自动控制系统等操作难度大，对操作人员的要求较高；运用盾构机价格昂贵。

3盾构施工中普遍存在的风险

近几年来，地铁给我们带来的便利可是家喻户晓，各大城市也在加快地铁的修建，其所带来的安全事故也层出不穷，给地铁的施工带来了困扰。盾构法相对于别的工法施工虽然具有较高的安全性，但是也避免不了起重伤害、机械伤害、坍塌、车辆伤害、高处坠落、触电、中毒等安全事故，给人民的生命与财产带来了巨大的损失。

3.1盾构进出洞存在的风险

所谓盾构进洞即在始发井中运用始发基座和反力架等设备，使盾构机能够在离开盾构基座后经过井壁上的洞口沿着既定的路线开展各种施工作业。而盾构机出洞则指盾构机沿着竖井外侧的方向逐渐掘进进入竖井内接受基座上的相关施工作业。盾构出洞的主要流程为盾构出洞准备工作—洞门拆除—掘进施工—洞门封堵。据调查，盾构进出洞过程中，最大的风险为洞口土体的稳定，若端头加固效果不佳，不仅会引起洞口面流水，还可能引起严重的地面沉降。

3.2开挖面失稳存在的风险

在地铁隧道盾构施工中导致开挖面失稳的主要原因为开挖中前方发生管涌或者遭遇流砂，引起盾构机出现磕头或者突沉，另外若开挖中前方存在地层空洞，也会导致盾构机的轴线发生偏移、沉陷、塌方等。此外在盾构机推进过程中，还会出现超浅覆土，进而引起冒顶，若盾构机在运行过程中突然遭遇涌水，便会引起盾构机的正面出现大范围的塌方。如果水泥浆的性能过低，不仅无法保证开挖土地的稳定性，还会导致地表发生较大的变形。

3.3盾构机穿越密集建筑群沉降存在的风险

当前，地铁隧道盾构掘进时容易引起地表发生变形，归纳起来主要包含以下五个阶段：早期沉降—开挖面前沉降—盾构通过时沉降—盾构空隙沉降—后期沉降。在盾构施工过程中，导致沉降的因素较多，并且各个因素彼此之间联系密切。

3.4盾构机掘进过程坍塌事故风险

在盾构机掘进过程中，常常会出现塌方等事故，如果不明白造成塌方的主要原因以及如何采取有效控制对策，则还可能会引起地表大范围的沉降，进而阻碍盾构机的顺利通过，最终拖延整个施工进度，影响地铁隧道的施工质量。

3.5盾构机掘进中遇到的环境风险

隧道施工过程中不可避免地要对周围环境产生不利影响，如引起地层位移与变形、环境污染、地下水流失等。尤其是此区间近接环境复杂，沿线建（构）筑物发生沉降、倾斜、开裂甚至倒塌损毁是主要风险之一。

4地铁盾构施工的安全风险管理策略

4.1有效控制刀盘和刀具磨损

在变化较大的岩土地层中进行施工时必须避免刀具出现磨损，其主要包括以下几方面：应当选择硬度较大、抗剪性较强的刀刃，并在施工中应当充分结合重型刀具进行施工；对所有刀具进行合理布置，并通过增加刀具数量的方式提升施工效率；合理控制长短刀具的使用比例，从而满足不断变化的岩土层施工需求；对滚刀进行适当改造，以保证在特定岩层中进行掘进的基本效果；对刀具进行有计划性的更换，从而有效控制刀具磨损的基本程度。

4.2有效控制软弱底层施工

因为软弱土层具有容易丧失压力平衡，风险事故较大等特点，在实际施工过程中应当采取相关措施对其进行有效控制，从而保证施工安全。在施工中选择泥水平衡盾构机，从而有效控制泥水压力和粘稠度，避免地表出现沉降，保证实际掘进效率。在淤泥土层中的施工往往会受到地下水压力的影响，倘若盾构压力采用地下水压力E+20kPa，当盾构泥水的压力变化比淤泥主动土压力小时，往往会引起淤泥开挖面失稳，从而将地下水压力控制在可接受范围之内，最终保证在实际开挖过程中不会出现坍塌和隆起现象。倘若对淤泥层进行注浆加固，应当有效控制浆液参数和配合比，并采取由浅到深的方式反复进行，最终保证施工的基本质量。

4.3有效控制管片拼装及同步注浆

管片拼装指在盾壳的保护下，由盾尾管片安装设备拼装管片成环，进而形成隧道衬砌，管片与围岩之间的环形间隙以水泥砂浆同步注浆进行回填。管片安装须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机，并应在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。为控制地层变形，稳定管片结构，控制盾构掘进方向，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时，管片背后环向间隙通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管进行同步注浆，重点关注浆液配合比、注浆量、注浆压力等主要技术指标。图1为同步注浆示意图。

4.4有效避免隧道盾构机施工中坍塌事故针对塌方事故，需要在初步对产生问题的原因进行分析后，立即采取对应措施，防止地表沉降的进一步扩大，并保证盾构机能够安全通过沉陷区域。要重点把握好以下四个方面的问题：①拦截塌陷周围的地表水，以防其进一步渗入隧道中，以此降低隧道中的涌水量，并第一时间回填塌孔；②要把握好盾构机推进和出土的速度，以保证开挖面的土层压力平衡，减少地表沉降量；③增加注浆量，预防地表沉降范围的进一步延伸；④加强监控和测量，重点是测量出土量、土仓压力、注浆量等，以便及时调整掘进参数。

4.5有效避免地铁隧道盾构施工开挖面失稳

在地铁隧道施工中，针对有微承压力的地段，若对土压力的设置不够科学和合理，便容易导致开挖面失稳和流砂等现象，更为严重的是还可能进一步对地面安全造成威胁，因此需要采取有效措施来防止开挖面的失稳。具体方法如下：①应该采集区间地层的渣土进行改良实验，并取得第一手较为合理的参数，以保证接下来开挖的渣土具有流动性和止水性；②要采取有效措施控制好土层的压力，以防开挖面失稳；③要控制好掘进速度和渣土排土量，以保持排土量和开挖量二者的平衡。

5结束语

在地铁隧道盾构施工过程中，因为各方面因素存在不同程度的风险，所以需要施工单位在具体施工环节中，充分考虑地铁所在位置地质的复杂性，并根据实际情况制定出一套有针对性、科学性的风险规避方案，从而确保地铁隧道盾构施工的顺利完成，全面保证施工人员的生命安全。

参考文献：

[1]李健.兰州地铁砂卵石地层盾构施工组段划分与控制参数研究[D].北京交通大学，2015.

[2]马文辉.北京地铁双线盾构近距下穿既有盾构区间风险控制研究[D].北京交通大学，2015.

[3]陈伟.土压平衡盾构施工的风险管理[D].东南大学，2015.