地铁工程盾构施工安全风险控制研究

地铁工程盾构施工安全风险控制研究

王健男

苏州市轨道交通集团有限公司  江苏苏州  215004

摘要：随着盾构施工技术的不断成熟和完善，越来越多的城市地铁工程采用盾构法施工。盾构施工具有施工速度快、对周围环境影响小等优点，但其在施工过程中容易导致安全事故的出现。为提高地铁工程盾构施工安全，对地铁工程盾构法施工的特点进行了总结，提出了相应的风险评估方法和风险应对措施，从而减少地铁工程盾构施工安全事故的出现。

关键词：地铁工程；盾构施工；安全；风险控制

1地铁工程盾构法施工的特点

在城市建设中，盾构法是城市地下工程中对周围地层干扰最小的施工方法，它是利用盾构机来进行开挖、衬砌等作业，在软的地基或岩层上进行隧道开挖和衬砌。盾构是一种工程机械和强大的临时支护结构，它可以利用刀盘切割土体进行开挖作业，同时借助尾端的衬砌块当做支点，将土排出并拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构法施工开挖速度快，适用范围广，安全系数高，机械性高。但与其他施工方法一样，受地质条件和施工技术的限制，难以避免的会对周围环境造成干扰，甚至会导致过多的地面沉降。盾构施工实现自动化和机械化的同时，也带来了高额的租赁费用。其施工成本较高，对技术人员的要求也较高。对于断面的尺寸不固定的路段，该施工方法适用性较差。盾构机集合了多种机械的功能，极大的降低了人工作业，可以短时间内快速完成施工，具有比较高的作业效率。在进行开挖中，可以一次性成形，最大限度地避免了重复施工的现象。盾构机施工属于绿色施工技术，具有比较好的环保性，其出土量比较少，对周边建筑的影响比较小，对地表交通等情况也不会出现任何的影响，可以保证交通正常运行，减少了一定的工程附加成本。即便是在居民区域内开展施工，对周边居民的生活工作影响也非常小，不会出现空气污染、噪声污染等情况。气候和天气条件对其的影响也比较小，同时还可以适用于多种土质，其中包括软土、软岩以及砂卵石等。综合考量盾构法的优缺点，该方法适用于地铁工程的施工，是城市地铁工程一种非常重要的施工方法。盾构施工极高的专业性和地质条件的多变性，也给地铁工程带来了非常高的安全风险。

2安全风险控制措施

2.1风险评估

为了更加全面且合理的评估地铁工程安全风险发生的可能性，以及安全风险所造成的损失，应当建立起完善的安全风险评估体系。首先确定安全风险评估要素，然后根据各要素发生风险损失的程度及频率来评估安全风险等级，并制定相应的评估标准，最终形成完整的评估体系。对地铁工程项目风险评估，需提前对地铁所经区域的地质情况、地下水文情况、地下管道埋设情况以及地上建筑物情况等进行调查，掌握和了解全部状况。以此作为基础，在实施盾构机施工时进行针对性的风险识别，将地铁工程项目施工的难点和重点风险开展全方位的评估，使施工决策更加科学合理，以降低地铁工程安全事故的发生。本文提出的安全风险评估体系中的评估要素包括环境勘察、工程设计、工程施工三个方面。发生风险损失程度划分为非常高、较高、一般、较低和非常低四个等级。发生风险损失的频率划分为频繁、可能、偶尔、罕见和不发生五个等级。

2.2风险应对措施

2.2.1减少地层位移的措施

在盾构施工中，泥浆盾构、土压平衡盾构、开放式盾构、挤压盾构等均会对岩土造成一定的压力干扰，从而使基坑表面出现一定的松散。在工程建设中，由于地层损失原应力状况的变化、固结、板结、土壤的蠕变效应，以及衬砌结构发生变形等是造成岩体产生岩体位移的重要因素。它的基本特点是：由于在掘进时，由于地基本身的受力状况改变，导致了地层的变形。在盾构机的建设中，由于地层流失，造成了岩层的错位；由于隧道掘进引起的孔压变化和地下水位的降低，都会引起土体的固结下沉。采取以下几种措施：第一，在盾构施工之前，全面地对隧道工程进行全面的勘察，综合考虑地面条件、隧道长度、断面形式、开挖衬砌等工程问题，并针对具体情况选择安全经济适用的盾构模式及辅助工程技术。其次，为了减小隧道开挖时的超开挖及对周边岩体的干扰，采用最优的方法进行施工；使盾构机达到最佳运行条件，做到对周边土壤的干扰较小、地层损耗较小、超孔压较小、地面沉陷较小的“四小”。这样既能保证盾构施工速度，又能保证隧道施工的安全。最后，在盾构机掘进过程中应及时进行同步灌浆，在合理确定同步灌浆量和灌浆压力的同时，还应加强监测测量和跟踪灌浆。此外对于EPB盾构，还要检查螺旋输送机排土闸门处的渗透力，以防止砂土液化。

2.2.2穿越河流或建筑物风险应对措施

当隧道施工穿越河流或建筑物时，地铁工程的施工难度和风险指数都大大提升，因此应当制定相应的安全风险应对措施，以避免安全事故的发生。当穿越河流时，由于河流区域的土质属于软土层，具有较高的含水量和较强的压缩性，但其承载力比较差，因此在进行盾构施工中其风险性更高，在掘进作业中发生坍塌或涌水情况比较常见，不利于隧道施工的顺利进行。因此，在进行隧洞开挖之前，必须对河道的水文、工程地质进行全面的勘察，并对其连续性、渗透系数、厚度等进行全面的研究，并对各个层的渗透特性进行分析。科学选择适合该地层的盾构设备，建议优选泥水平衡盾构机。此类型盾构机具有比较好的密封性，并配备必要的探孔、灌浆装置以及聚合物与膨润土注入装置。结合实际的地质条件，加强控制盾构机速度和总推力。当盾构机进入河底时，操作员应根据测量偏差及时调整盾构机的掘进方向，尽量减少偏差修正，减少对土壤质量的干扰，确保盾构机平稳地穿过河底。由于河底与盾构机顶部之间的土壤层相对较薄，过大的灌浆压力可能会破坏底部的防水层，形成流水通道，因此灌浆压力应控制在0.2~0.3MPa，灌浆量应控制在理论施工间隙的130%~180%之间。在进行隧道穿越河流掘进中，可能会遇到面临古树、孤石等状况。这种情况下如果没有应用较好的方案进行应对，则就会严重影响到施工进度，造成工期延后。对此施工人员应将超声探测仪安装在盾构机上，在进行掘进过程中，让其提前对前方的地质进行预报，以便及时发现存在的问题并进行处理，避免因出现掘进障碍而影响施工进度。穿越建筑物施工前，应详细分析盾构施工对周围土层的影响，预测地表沉降范围、沉降特征和土壤扰动范围，对施工范围内建筑物和地下管线进行详尽的调查，并了解其规模、形式、材料、基本结构、使用状态等。施工时，当盾构隧道距离建筑物约50m时，应设置监测点观测建筑物的沉降情况。盾构掘进期间，应增加监测频率，一般每2h一次，并将监测数据应用于指导盾构掘进。如果测量的变形率超过警告值，应立即采取相应措施，以确保建筑物的安全。为了控制建筑物的不均匀沉降，通常在建筑物侧面进行灌浆处理，以达到加固底部土壤的目的。期间观察沉降的实时监测数据，必要时再次进行灌浆加固。

3结语

地铁工程盾构施工的安全风险评估也是保证工程顺利进展的关键，为了更加合理的评估地铁工程盾构施工的安全风险，本文建立了安全风险评估体系，并将安全风险划分为四个等级，用以评判安全风险发生的频率和损失程度。盾构施工往往伴随着一些岩土问题，其主要表现形式就是地层位移。地层位移的产生原因主要与地层损失、应力变化、水位变化等因素有关。因此在盾构施工过程中应更加关注这些参数的变化，以减少施工偏差的产生，确保盾构施工安全、平稳地进行。

参考文献

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