地铁盾构施工风险分析李员鹏

地铁盾构施工风险分析李员鹏

李员鹏李晓飞

中交一公局厦门工程有限公司福建省厦门市361000

摘要：盾构施工过程中存在多种多样的风险，通过风险分析确定风险等级，从而制定风险防控预案，大幅度降低危险事件的发生，减小施工事故带来的损失，提高工程的经济效益。

关键词：地铁盾构；施工风险；分析

本人2018年4月18日调至中交一公局福州地铁4号线项目，同年10月19日调至中交一公局厦门工程有限公司盾构管理中心，负责厦门地铁轨道2号线马峦西站至马峦西站的盾构掘进工作，初次进入地铁领域，积极努力的学习地铁施工相关知识，学习盾构进出洞及掘进时不良地质对盾构施工的影响，分析掘进时存在的风险，与相关技术人员探讨应对措施，确保盾构机进出洞及掘进安全。

1盾构法施工中存在的风险及不足

盾构法施工具有较高的安全性，在明确盾构法施工中存在的风险及不足的前提下，往往可以更好地优化盾构技术[1]。盾构法施工中最主要的风险之一是环境风险因素，要在明确环境条件的基础上掌握施工现场的地质条件、覆土层厚度、上覆土层范围内的地下结构以及地面结构等信息，从而进行参数设置，例如，土压力、推力、推进速度、注浆量等，如果施工中无法正确把握环境地质因素，会给盾构施工造成一定的安全风险。

根据相关调查统计资料显示，在地铁施工安全事故中，由于施工工艺和技术方面的原因造成的安全事故约占事故总数的65.8%，其中主要原因是由于没能有效防止地下水渗漏以及其他一些不可预见的因素。而由于安全防护措施不当造成的事故约占事故总数的34.2%，其中主要原因是机械设备方面造成的事故。另外，小半径曲线隧道施工对技术水平要求相对较高，对隧道线型的控制难度也往往较大，施工过程中很容易出现质量问题。

除此之外，在盾构法施工过程中，较常见的还有地表沉降问题，因为地表沉降现象不能完全避免，因此，需要将地表沉降量控制在一定范围内，如何对隧道施工上方一定范围内的地表沉降进行有效控制是地铁盾构施工安全风险管理过程中需要重点攻克的难题。

2优化地铁盾构施工的安全风险管理措施

工程概况

本地铁区间（马峦西站～马峦中心站），右线全长1115.175（1051.808）米，主要穿越粉质粘土地层，选用一种适用于饱和含水软弱地层中施工，直径为6.34（6.48）米的加泥式土压平衡式盾构机。盾构井区间沿线交通流量大，施工时间跨越夏秋冬季。

2.1风险辨识及评价指标体系建立

2.1.1不良地质中盾构施工风险

1）盾构处在承压水砂层中时，由于正面压力设定不够高，如果未对砂土进行必要的改良或者盾尾密封失效，会造成正面或盾尾出现涌砂、涌水现象，导致盾构发生突然沉降、损坏；2）盾构上部为硬粘土、下部为承压水砂层时，容易造成上部顶进困难，下部由于承压水砂层受压不足无法疏干造成下部土体液化流失，盾构发生突然沉降、损坏。另外，还容易出现上部土层过硬造成密封舱搅拌棒卡住，粘土与砂土无法拌合排出，使得承压水砂土发生液化从盾构机螺旋器流出，盾构机底部发生脱空、下沉；3）超越沼气层或其他原因形成的含气层时，如未探明其范围和压力、未事先进行必要的释放、未采取防备毒气和燃爆的措施，开挖面喷出的气体及其携带的泥沙可能引起盾构姿态突变、隧道突沉以及毒气燃爆的灾害；4）对沿线穿越地层中的透镜体、洞穴或桩基和废旧构筑物等障碍物，未事先查明并做预处理或备有应急措施，可能引起盾构推进突沉偏移，盾尾注浆流失，致使地面沉陷过大，盾构无法推进。

2.1.2盾构进出洞风险

盾构进出洞施工阶段的风险主要有以下四个：1）盾构机械吊装和拼装时，存在发生设备故障、零部件碰损、吊机倾覆和坠物伤人等风险；2）盾构出发时，存在凿除封门时人员或设备损伤，工作面漏水漏泥漏砂，盾尾反力架失稳，盾构支座偏移、损坏等风险；3）盾构到达时，存在洞口漏水漏泥漏砂或严重沉降，接受支架台座以为造成盾构损伤等风险；4）临时工程强度、刚度不够，设备拆除时造成人员或设备损伤。

2.1.3旁通道施工风险

旁通道施工使用冷冻法来进行加固，容易出现以下风险：1）进行旁通道施工时，由于冻结孔防喷措施不当引发泥水喷涌，或者冷冻圈未完全交圈，造成旁通道冻结壁透水失稳造成坍塌；2）冻结体施工冻胀过大，或者融沉过大，都会使旁通道发生过大变形而危害隧道安全；3）临时支护设施强度刚度不够，旁通道模板拆除过早，均会引起旁通道变形或坍塌。

2.1.4盾构穿越重要构筑物的风险

盾构穿越施工时，易对高灵敏度软土产生较大扰动，产生地层损失，而临近建筑物多为浅基础，易产生过大不均匀沉降。

2.1.5盾构穿越地下障碍物的风险

盾构穿越上水、煤气、原水箱涵这些重要地下管道可能引起其沉降弯曲而泄漏或燃爆。

2.1.6恶劣气候条件的风险

恶劣天气造成邻近河水、地下水位上涨，造成井口灌水、材料运输或供电中断等风险。根据上述施工风险辨识所得出的施工相关风险因素，对本隧道施工过程中潜在的风险因素进行系统辨析，并利用层次分析法建立评价体系。

2.2各分项工程施工风险分析

利用专家调查和打分法逐个分析施工过程的主要风险，进而分析各分项工程施工主要风险。专家的权重根据相关专家的学识水平、工程经验、在相关领域的影响力和学历与职称等因素综合判定的。

根据计算所得，首先在准则层中，盾构进出洞风险和穿越重要构筑物物风险较大，权重系数均为0.293；其次是不良地质施工和盾构穿越地下障碍物风险较大，权重系数均为0.162；然后是旁通道施工风险，权重系数为0.061，风险影响最小的是恶劣气候条件风险，权重系数为0.029。可以得出各个风险在本工程中的权重信息，盾构进出洞风险和隧道穿越重要构筑物的风险所占的权重较大，往下依次为穿越地下障碍物和不良地质对盾构造成的风险，旁通道施工风险和恶劣天气带来的风险相对较小。因此，在盾构进出洞是应该加强风险监控，严格按照施工步骤，加强管理，对施工周围建筑物和地下的地质条件应该加大勘测力度，做好防护措施，而对旁通道的施工以及恶劣天气的应对应该加以注意。

根据风险等级划分标准，结合风险综合权重计算表可知，在盾构施工过程中，恶劣气候条件带来的权重值为0.0288，属于一级风险，严重程度轻微。在施工过程中，对于天气风险的防范应该给予一般关注；旁通道施工风险的权重值为0.0613，属于二级风险，严重程度一般，在施工过程中需要引起重视；不良地质中的盾构施工风险和穿越重要障碍物的权重值为0.1617，属于三级风险，可见对于施工现场的地质条件需要作出严格的勘测，必须排查所有可能的危险因素；盾构进出洞的权重比例非常大，属于非常严重等级，必须重点防范，严格控制施工流程。

另外，在提高盾构技术的安全性的过程中，还应对已发生的事故进行分析，从而找到盾构施工的控制重点。例如，出现灾害性沉降时，要明确沉降原因：可能是因为地下水压强较大或地质条件不能满足盾构机的使用条件等。主观因素是施工中盾构超挖而造成地面沉降、推进参数在匹配过程中其匹配值并不合理以及千斤顶漏油等。而客观因素是因为注浆材料自身的不稳定性、土体施工不可避免的扰动以及盾构的选型。综合分析主观因素与客观因素后，施工部门需要在明确问题的基础上，加强对盾构施工技术的有效控制：如盾构机进出洞门时应优化反力架的强度、注重盾构机自身的旋转状态，并保障加固区的加固强度。

结束语

在地铁盾构施工过程中，安全风险管理可以有效控制地铁盾构施工中常见的安全风险，提升地铁盾构施工技术的可靠性。文章对某地铁盾构施工建立风险指标体系，使用专家打分法对盾构施工中可能出现的风险因素进行评价打分，利用层次分析法分析、划分风险等级。根据风险的等级，提出可行的具有针对性的风险规避方案，最大化地减小施工事故带来的损失。

参考文献：

[1]董金奎.地铁盾构施工风险管理研究[J].企业改革与管理，2017（24）：207-208.

[2]代腾龙.地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[J].城市建设理论研究（电子版），2017（34）：52.

[3]张智方.地铁隧道盾构施工风险分析及对策[J].居舍，2017（32）：122.

[4]田磊.浅谈如何开展盾构施工安全风险管控[J].低碳世界，2017（30）：219-221.