盾构隧道事故风险分析与识别

盾构隧道事故风险分析与识别

薛守中

浙江华东建设工程有限公司  浙江杭州  310030

摘要：随着城市化和工业化进程的加快，我国东部地区城市修建盾构隧道的数量在逐年增长，考虑到沿海软土、淤泥质黏土等不良地质条件，邻近基坑工程建设会对盾构隧道结构形态和稳定性造成影响，严重时可能造成隧道主体结构的破坏，威胁交通运营安全。通过优化平纵断面设计、加大隧道内径等加固方式和合理的施工参数，可规避软土和砂土液化地层盾构隧道施工及运营风险。

关键词；盾构；隧道；安全；风险

1导言

随着我国经济快速发展和城市化进程加快，盾构法施工技术具有机械化程度高、对周围环境影响小、施工速度快、适用范围广等特点，成为城市轨道交通，尤其是地铁隧道建设的主要施工方法。

2盾构隧道事故发生特点

盾构隧道属地下工程，地质条件复杂多变，地下管线众多、周围环境复杂，技术复杂、施工难度极大，来自施工过程中“人员、机械、材料、工法、环境”方面的风险较多而且复杂。在盾构隧道建设迅猛增长的同时，国内外因地层或隧道结构自身稳定性问题引发的事故不断出现，据不完全统计，仅仅从2016～2017年，全国发生轨道交通生产安全事故53起，死亡72人。

在国内，2003年7月1日，某地铁联络通道施工时，因水土流失引发约274m隧道垮塌；2007年11月20日，某地铁区间盾构进洞时，局部漏水漏砂导致已建区间隧道在短时间内损坏150m;2018年，某市轨道交通工程盾构区间隧道结构垮塌，致使地面道路大范围坍塌，造成巨大人员伤亡和经济损失。

在国外，2012年2月7日，日本Kurashiki水下盾构隧道失稳垮塌，导致5人失踪，施工竖井被水淹没30m；2017年8月12日，德国Rastatt盾构隧道垮塌，导致铁路线路中断，铁路轨道扭曲，2台泥水盾构被埋，研究报告显示，因该事故导致铁路停运造成的经济损失超过20亿欧元[1]。

综上，国内外盾构隧道事故案例可见，隧道垮塌在盾构隧道中所造成的人员伤亡和经济损失都是巨大的，通过对事故和意外事件中的坍塌、突水、重大环境影响等进行分析，这类事故具有以下特点。

1）后果是灾难性的，隧道结构大范围垮塌。

2）具有突发性。以2018年某市地铁坍塌重大事故为例，从发现管片冒浆到最后隧道结构坍塌只有短短的2h。

3）事故具有隐蔽性。多数案例的事故调查报告显示，事故的主要教训之一就是“普遍认为盾构施工过程中堵漏是较为常见的情况”，现场管理人员难以识别貌似常见的表象背后的潜在危害，难以做出及时正确的决策。

4）隧道结构垮塌前，隧道周围地层（围岩）状态、力学特性、稳定性等发生改变。

3盾构隧道事故风险识别与防控

3.1隧道设计

(1)隧道平面尽量远离重要性建构筑及对沉降变形敏感区段，纵断面“用足线路纵坡、困难情况下可适当考虑加大车站埋深，减少隧道处于软土和液化砂层地层，尽量让隧道底位于稳定持力地层”。

(2)深厚软土或砂土液化地层采用内径6 m盾构隧道，较常规内径5.4 m盾构隧道，隧道限界预留300 mm的变形量，便于运营阶段调线调坡及为后期加固措施预留空间。

(3)隧道管片采用错缝拼装，确保圆环接缝刚度分布趋于均匀，增加隧道整体空间刚度，更有利于抵抗软土和砂土液化地层中的隧道结构变形。

软弱地层及砂土液化地层中，为了提高衬砌的空间刚度，优先采用错缝式。

3.2盾构隧道事故风险识别

一般而言，上述垮塌事故涉及到巨大蕴涵能量不受控制的释放，而且释放过程一旦开始，则很难（或不可能）进行人为控制。盾构隧道施工中以垮塌为破坏特征的事故风险主要有：①隧道结构失稳；②地层失稳；③突水；④爆炸和火灾。

在盾构施工期间，第4类较为少见，对上述前3类事故进行分析，按照重大事故发生位置和特点分为以下6类：①掌子面垮塌；②盾体灾害造成地层变形失控（主要是敏感地带的下穿）；③洞中结构破坏；④洞门土体破坏；⑤联络通道结构破坏；⑥其他：例如洞门突水（结构没有破坏）等水害事件。位置不同，事故发生的触发机理是不一样的，所需要关注的对象也不一样。第1类，需要重点关注掌子面的稳定性；第2类，需要重点关注地层的沉降控制问题；第3类，需要重点关注管片结构的破坏和稳定性；第4类，需要重点关注洞门土体的稳定性问题；第5类，需要重点关注浅埋暗挖法（矿山法）的施工问题；第6类，需要重点关注水稳定问题。不同类别的事故，需要关注的风险点也是不一样的[2]。

3.3施工过程风险控制

软土和砂土地层盾构施工过程考虑的主要风险在于联络通道开挖，盾构始发、接收和盾构正常掘进，其中联络通道开挖和盾构始发、接收的安全与加固质量有关，盾构正常掘进与盾构选型和盾尾刷的密封性有较大联系。在地面加固实施后，并不能保证砂层地层联络通道施工安全，在进行抽芯时发现芯样中存在大量未加固的砂层，且水平探孔时部分探孔存在涌水涌砂情况，后通过采用地面注浆或冷冻法加固方才保证联络通道的施工安全。

针对富水砂层地段联络通道，建议优先采用冷冻法加固法，既避地面加固效果难以保证，又可以减少管线迁改和交通疏解。

结合工程地质及水文条件、周边环境及施工场地等因素选用不同的盾构机，针对渗透性和地下水压力较大的地层，优先采用泥水平衡盾构。当场地条件受限的情况时，通过对土压平衡盾构设置防喷涌装置，采用双螺旋输送机、加强盾构密封等措施，也能保证盾构施工过程的安全，但地表变形将加大[3]。

3.4盾构下穿敏感工程

随着地下工程建设规模的扩大和盾构法应用的日益增多，盾构下穿既有运营地铁、铁路、机场跑道、高铁等敏感工程日趋增多。以早期北京地铁建设为例，截至2017年，北京地铁施工已经完成穿越铁路13处、地铁既有线18处，重要桥梁13处，河湖10处，重要房屋（群）20处。下穿工程施工将引起地层变形，会对既有结构产生不利影响，包括结构物承载能力下降，结构变形、甚至过大侵入净空，甚至造成周边建（构）筑物破损或不能正常使用等。尤其是下穿铁路、地铁、机场跑道、高铁等目标工程时，这些工程的控制标准要求极其严格，稍有不慎，极易酿成重大事故。

结束语

综上所述，软土及砂土液化地层盾构隧道存在施工阶段风险大、运营过程变形大的问题。要具体分析盾构隧道管片结构垮塌反应发展规律、不同阶段灾变特征及其成因，分析事故各环节对事故历程及其发展的影响规律，建立盾构隧道结构突发性破坏事故的主动预防措施。

参考文献

[1]伍伟林,邹育.软土和砂土液化地层盾构隧道修建技术[J].四川建筑,2022,42(05):233-236.

[2]张光省,王燕平,张磊,刘传新.邻近既有盾构隧道基坑工程施工安全影响评估[J].现代交通技术,2022,19(05):59-64.

[3]吕建乐,吕祎博.盾构隧道事故风险分析与识别[J].建筑机械化,2022,43(10):16-19+60.