地铁盾构施工风险的分析与控制

地铁盾构施工风险的分析与控制

黄武

电建南方建设投资有限公司，广东深圳，518000

摘要：从地铁工程的建设来看，其具有施工环境复杂、投资大、周期长、施工难度大等特点，这也就导致施工中存在着多种风险。随着地铁工程施工技术的发展，盾构法逐渐地被应用到地铁项目施工建设中，虽然盾构法对于地铁区间隧道的建设有很多的优势，然而由于所使用的设备投资大、操作要求高、影响因素多，尤其是在具体的施工中还存在很多的不确定因素，这就导致盾构法施工存在着诸多的风险。基于此，本文将对地铁盾构施工风险的分析与控制对策进行分析。

关键词：盾构施工；风险控制；城市轨道；地铁施工

1 地铁盾构施工风险控制研究的目的

与其他交通系统不同，城市地铁工程是一项复杂、风险大、易受地下地质环境和地面建筑影响的综合性工程。地质条件多变、环境不确定、对地下施工的施工工艺要求高、专业复杂等特点决定了地铁施工的高风险。因此，及时开展地铁盾构隧道施工中各个环节的风险辨识和分析，针对高风险阶段进行针对性的控制，在地铁安全施工中显得尤为重要。通过风险控制管理，为地铁施工技术方案提供科学的支撑，保障工程安全建设，降低施工成本，缩短施工工期。

2盾构法施工原理分析

盾构法属于地下隧道暗挖法施工中较为常见的一种施工方法，盾构法主要是采用盾构机设备开展地下隧道工程的掘进工作，通过盾构外壳从而有效地方式在地下掘进的过程中出现崩塌的情况，以此使得开挖面保持稳定，盾构机设备能够在展开隧道开挖施工以及衬砌作业过程中实现隧道的建设。盾构法在工程的建设过程中主要是为了作业过程中减少对围岩的扰动，同时尽可能的减少对地面建构物以及地层内埋设物所造成的影响。现阶段地铁隧道施工过程中经常施工的盾构机设备为泥水平衡盾构机与土压平衡盾构机，泥水平衡盾构机与土压平衡盾构机在具体的施工过程中因为能够将开挖工作与开挖面进行有效地结合，并且在具体实践过程中不需要其他辅助设备能够充分满足地质情况变化相对较大的地层施工要求。

盾构法在具体的施工过程中其施工工序主要为土层开挖以及掘进与纠偏还有衬砌的拼装和背后压注等内容。该些工序在具体的应用过程中均应当进行及时有效地开展，从而明确具体的停顿时间，进而尽可能避免盾构机设备在具体施工中造成对地层严重的扰动以及对地面还有地下构筑物造成施工影响。在进行土层开挖的过程中，所采用的土层开挖方式相对较多，在具体的施工过程中，应当有效结合所采用的盾构机设备类型以及施工区域的地质情况予以有效明确开挖方式，在具体的施工过程中经常采用的开挖方式有开挖时与挤压式以及机械切削式等方式。盾构机设备在具体的施工过程中进行隧道的掘进过程中，应当注重采用有效措施实现对盾构机设备的具体位置还有掘进方向予以有效地控制。通常情况下，结合监测数据关于高程以及平面位置的相关信息，通过此种方式获取第二次盾构掘进工作开展过程中所需的施工设备以及施工相关参数，以及掘进方向方面的调整。装配式衬砌主要是采用多块预制管片展开对盾尾处进行拼装，针对衬砌圆环来讲其分块通常情况下是结合管片的制作以及运输还有安装等方面的实践经验进行确定的。根据拼装形式能够将衬砌圆环分为通缝圆环与错缝圆环。所谓的通缝圆环指的是各个衬砌换的纵缝呈现的未一线的拼装形式，而各圆环建纵缝呈现相互错开的形式未错缝拼装形式。在具体的实践过程中，衬砌环往往是采取错缝拼装的形式开展拼装工作，错缝拼装的优势在于分布相对较为均匀，能够充分发挥圆环接缝刚度优势。但是错缝拼接形式在管片的精度方面相对较低的情况下，极有可能导致管片被顶破或顶碎的情况出现。进行衬砌背后压注其目的主要是为了有效降低地表沉降情况的出现，通过压注主要是能够有效提高衬砌防水效果，并且还能够有效改善衬砌的受力状态。在盾构掘进的过程中在衬砌与盾尾处会出现一定的空隙，该种情况下进行一次压注从而进行水泥类砂浆的有效压注，利用预留的孔洞，在足够的压力下进行空隙的有效填充。

3 地铁盾构施工风险来源分析

3.1 地质因素

地铁盾构机掘进部位地层地质条件高度复杂，土层沉积环境中透镜体形式较多，且局部存在受压缩气体，在盾构掘进期间，因气体突然释放极易形成地下水通道，造成盾构后方承压水沿通道涌向洞口。特别是在微承压水层局部夹杂高富水、大渗透性粉砂薄层或者地道旋喷桩加固地层时，会导致掘进困难，提高设备故障出现概率，进而招致工艺操作隐患。

3.2 设备的选择

盾构机等设备是地铁盾构区间隧道工艺操作主要用设备，也是隧道工艺操作风险主要来源之一。比如，盾构机测量自动导向系统VMT系统输入盾构推进计划线数据文件错误时，会导致盾构机沿着错误的计划线推进，引发盾构隧道轴线偏差。

3.3 人员的操作

人员的操作是地铁盾构区间隧道工程工艺操作过程的主要风险因素，表现为人员缺乏自我防范意识、安全意识淡薄、现场安全操作漏洞。比如，操作人员违反《盾构机操作说明书》中的规定操作，擅自安排现场工作者打开螺旋机观察孔，会导致地下水喷涌事故，进而促使螺旋机被水泥土混合物固结块卡堵无法运转。

4风险管理概念简述

风险管理属于具有系统化与完整性的一个过程，在具体实施过程中发挥着管理方面的功能。风险管理主要是通过展开对风险的有效辨识从而展开科学合理的评估进而实现对风险的有效控制。地铁隧道盾构法施工方面的风险管理主要是管理组织通过展开对地铁隧道盾构法施工过程中可能产生的相关风险展开科学合理地辨识，并且展开对风险因素的有效分析与评估，进而采用管理手段以及技术手段，以此促进地铁隧道施工成本方面以及施工工期还有质量安全方面的目标的实现。在进行风险管理的过程中对于风险辨别上主要是针对项目风险在产生之前，通过采用多样化的识别方法进行系统化与规范化的方式进行所面临风险查找，在进行风险因素的识别过程中因为系统复杂程度相对较高并且风险的种类相对较多，因此在识别过程中通常情况下需要采用多样化的识别方法展开对风险的有效筛选，进而实现对风险的有效管控。同时在进行风险辨识的过程中应当有效明确风险源与风险事件以及风险特征，并且还应当有效明确三者之间的联系。

在进行风险评估的过程中主要涉及到对风险的估计以及风险的评价。通常情况下是根据数理方面的统计等定量的方法展开有效地分析，并且展开对项目风险的科学估计，同时结合项目风险对项目目标所造成的具体影响，进而针对项目风险展开风险等级分类。风险评价主要是为了使得风险管理人员以及项目负责人员明确认识到项目风险的风险程度，进而展开对项目风险标准展开有效地对比，获取到风险水平进而展开有效地控制。在进行风险管理的过程中对风险方面的控制通常情况下指的是进过对风险的有效识别以及评估后结合相关数据展开对风险的有效控制，在风险控制过程中主要是采用经济性较高以及相适应的技术与方向控制工具展开项目风险的有效处理，以此尽可能的降低因为风险因素从而造成经济方面以及施工质量方面受到一定程度的影响，在展开风险管理的过程中风险计划与风险跟组还有风险银盾中均涉及到了对风险控制的实践活动。

5 地铁盾构施工风险分析

5.1 盾构始发阶段的风险

在盾构施工的始发作业阶段，施工风险主要体现在以下方面：始发段的施工作业容易导致前方存在各种空洞，引起出现塌方事故，威胁施工人员的生命；在始发段的施工过程中，若是顶部与护壁的加固不牢，则可能会引起涌水塌方；应用盾构法施工时，需要使用到盾构机，若是盾构机的基座不稳、质量差，这就容易出现盾构机倾翻的情况，为施工人员带来安全风险；在盾构施工中，还存在反力架不稳定的情况，这也会存在安全风险；在盾构施工中，对于洞封门的凿除，若是没有及时清除土则可能会造成涌土，为施工的顺利进行带来了风险。

5.2 盾构掘进阶段的风险

在盾构施工掘进阶段，所面临的风险主要体现在以下几方面：在盾构施工的前面容易出现地层空洞，这就会对施工人员的安全造成威胁；盾构施工的前方易出现不明障碍物；盾构施工设置的参数缺乏合理性，也会为工程施工带来风险；在盾构掘进作业中，轴线比较容易出现偏差；盾构机械设备存在故障，或者日常维护不到位，也会存在安全风险。

5.3 盾构到达阶段的风险

在盾构到达阶段，此时存在的施工风险主要体现在以下几方面：①接收端头加固不当，就会存在沉降过大的现象；②接收端头没有密封好，可能会造成淹井的现象；③接收基座的强度不够，盾构机存在倾倒的风险。

6 地铁盾构施工风险的有效控制措施

6.1 完善风险预警机制

地铁项目的建设相较于其他施工项目所遭遇的不确定性因素较多，所要考虑的内容也更为复杂，单单用人工进行风险管理的方式远远不能达到其风险预测的要求。因此，一定要借助现代化的管理手段和信息技术来对其风险预警机制进行完善。具体要求是定期对项目建设进行巡视分析，对于其施工中可能出现的风险要及时进行反映，并借助信息分析管理技术，制定合理的风险应对方法，及时对其可能出现的隐患进行排除。不断完善风险预警机制，减少施工过程中各种风险的发生。监测信息属于预警管理工作中的重要内容。在进行信息的监测过程中需要进行监测信息与预测其望信息展开科学地对比以及有效分析，进而制定可实施性较强的措施。监测信息预警管理涉及到监测信息分析与发布预警。在展开监测信息分析的过程中施工监测部门与第三方监测单位需要展开对监测数据的有效处理，并且还需要将该部分数据进行科学合理分类制作文档进行管理，在数据处理的过程中需要进行换算的数据应当采用合适的计算方法进行及时处理，从而取得科学的处理结果。监测数据完成数据处理以后还应当对每个监测周期的信息数据，从而整理出日变形量与变形速率等。根据监测数据进行累计沉降量以及变形速率曲线的绘制，进而展开综合性分析以此进行发展趋势的科学判断。同时对数据以及数据处理结果进行及时上传到安全预警系统，通过查看系统内的监测数据的变化趋势展开对人工分析展开合理对比。

6.2 加强突沉现象的控制

在进行地铁项目的施工时，经常发生一些突沉现象，从而对项目进程和周围环境形成影响。而想要控制突沉现象的发生，就要在项目进行时，对周边地理状况进行详细的考察，对其地下的管道分布，地质状况进行细致研究，从而掌握可能出现突沉现象的具体位置。而为了完善风险发生后的应对措施，就必须在具体施工开始之前对其周边建筑物提出相应的保护措施，以免在施工中出现突沉现象后对其周边造成难以挽回的损失。与此同时，建筑企业还应加强对隧道沉降控制网的建立，这样才能对其地下施工状况进行实时监控，通过所测量到的相关数据，对其可能出现的风险进行分析，并明确其风险的影响程度。除此之外，为了防止沉降现象的发生，还应对其地面进行相应的加固，提高施工过程中的稳定性，并在具体的施工过程中，减少大型机械设备对周围建筑和环境的影响。

6.3 开仓作业

需要提前了解开挖面的稳定情况和渗水情况，并根据周围地质条件进行加固处理，如有渗水情况需要提前进行降水处理，特殊条件下应实施压气作业。开仓作业前需要制定完善的应急预案，应急物资和备用设备需要随时待位，在各方面准备充分后方可进行开仓作业，以防止造成安全事故。

6.4 加强人员风险意识

定期组织管理人员、技术人员和作业人员进行教育培训，组织举办以风险控制为主题的专项活动，提升专业技术人员的技术水平，提升风险意识。在施工过程中狠抓风险管理，制定完善的风险管理制度，严格按照设计和施工要求进行施工作业，同时监理单位应做好监督工作。

6.5 做好有关设备的管理工作

在盾构设备选择时，因盾构机刀盘是盾构机掘进期间机械故障主要来源，在工序操作前，应综合考虑工期、设计、经济、安全、环境要求，选择与工程地质相匹配、满足工程掘进长度及线形、与后续设备相匹配、与始发基地相匹配、可辅以辅助工法、对周边环境干扰小的刀盘。

在盾构机安装调试时，应以第一块盾构壳体吊装到位为入手点，每天召开工地例会，进行项目节点计划的详细划分，保证偏差问题的及时发现、处理。在工地总装完毕后，开始盾构机的试掘进操作，要求各方全天候跟班监测、调试，保证设备在短时间内得到完善。同时，由专业人员根据试掘进期间总结经验，对管片拼装、同步注浆、车架纠偏、起重、泥水接管等工序设备现场管理规程进行详细规划。并根据盾构机系统划分，制定详细的周、日、月、年保养记录表，全面反映月度盾构设备运行情况，降低系统故障发生概率。因盾构设备运行工况较为恶劣，需长时间连续工作，备品备件消耗量较大。因此，在设备保养时，应以拼装机密封条等耗材为重点，建立专业维护保养方案，避免维护保养不及时导致的设备损坏、工期延滞情况。

6.6 加强人员防范措施

在进行具体施工之前，应当积极做好相应的准备工作。设计人员要根据具体的施工环境进行合理的设计规划，在设备的选择上要符合地质状况，并且还应邀请相关领域的专家组织专门的课题探讨，对施工中可能出现的风险要做到充分预测和提前预防。对于具体的施工队伍，要选择专业能力强，综合素质高的团队。在工程开工前，要让施工人员提前了解施工的具体环境，面临的风险因素等，并对施工规范进行培训和指导，然后通过考核的方式剔除不满足要求的人员。在对工程进行施工时，还要建立相应的监督管理体系，对施工人员的操作规范进行严格监督，对可能出错的环节进行重点监测。只有这样，才能充分保障工程进行过程中的人员管理工作，有效避免安全事故的发生。

6.7 加强日常管理控制

要想减少地铁施工过程中发生的风险，降低其风险发生后的危害，就必须加强施工单位的日常管理。首先，在盾构机的选择上，一定要选择具有良好口碑的厂商所生产出的设备，保证其设备在使用过程中的性能和效率。并且还要重视日常施工中对设备的检测与维护，对于极易发生损坏的地方，一定要重点检查。其次，还要规范施工人员对其设备的使用方式，定期开展员工的日常培训工作，提升施工人员整体的盾构技术操作水平。对于不符合相关要求的人员要及时进行淘汰，确保施工人员整体的素质达标。最后，建筑企业还应加强单位内部的竞争，激发相关工作人员的工作积极性，使员工养成自我学习、自我提升的日常习惯。同时，对于施工过程中的责任分配也要做到合理明确。这样才能提高项目整体的施工质量同时降低一些风险发生的几率。

7 结束语

从地铁工程的盾构施工来看，由于段沟隧道建设的规模比较大，所以在具体施工中存在的影响因素也比较多，这就导致盾构施工存在较高的施工风险。所以，作为地铁工程的建设单位，必须将各个施工环节的安全管理工作重视起来，在施工之前对盾构施工中存在的风险进行预测和分析，并制定好应急预案，以此来有效地应对安全事故，全面提升地铁工程建设的安全性，推动城市轨道交通网络的完善。

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