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一地鐵隧道盾構(gòu)施工不同階段風險分析

1始發(fā)作業(yè)階段風險分析

在盾構(gòu)始發(fā)階段主要面臨的風險有:①始發(fā)段存在空洞，造成塌方;②始發(fā)段加固不足，導致涌水塌方;③盾構(gòu)基座質(zhì)量不好，導致盾構(gòu)機傾翻;④后靠不穩(wěn)定;⑤鑿除洞封門出現(xiàn)涌土。

2盾構(gòu)掘進階段風險分析

在該階段主要面臨的風險包括:①工作面前方出現(xiàn)地層空洞;②盾構(gòu)前方出現(xiàn)不明障礙物;③盾構(gòu)施工參數(shù)設置不合理;④盾構(gòu)掘進軸線偏差及糾偏不當;⑤盾構(gòu)機械設備故障及維護不當。

3盾構(gòu)到達階段風險分析

在盾構(gòu)到達階段主要面臨的風險包括:①接收端頭加固不當造成沉降過大;②接收端頭密封不好造成淹井;③接收基座強度不夠，盾構(gòu)機傾倒。

二地鐵隧道盾構(gòu)施工不同階段的風險控制措施

1盾構(gòu)始發(fā)作業(yè)風險控制措施

1)始發(fā)基座安裝。在始發(fā)基座安裝之前必須對平面位置和高程進行精準的測量定位，避免因為始發(fā)基座安裝位置偏差的緣故引發(fā)的安全隱患。

2)反力架施工。作為給盾構(gòu)機提供始發(fā)反力的重大構(gòu)件，反力架應根據(jù)施工現(xiàn)場使用受力狀態(tài)實行受力和變形計算，核算安全合格后方可使用。

3)洞口密封施工。洞口密封是盾構(gòu)施工進出洞防止流沙、流水的關(guān)鍵設施，對始發(fā)安全非常重要。洞口密封的安裝應該嚴格按照設計的技術(shù)要求和質(zhì)量進行施工。

4)始發(fā)推進。始發(fā)推進時，由于以上各種因素的影響，再者對于施工操作人員來說，對于地層也需要一個適應過程，盾構(gòu)機的姿態(tài)常常不穩(wěn)，同時盾構(gòu)的合理參數(shù)尚且需要摸索。該階段是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性至關(guān)重要。

2盾構(gòu)掘進風險控制措施

盾構(gòu)掘進過程中的各個階段都有可能會發(fā)生風險事故，依據(jù)我國盾構(gòu)風險事故的案例，同時結(jié)合筆者的從業(yè)經(jīng)驗，本文重點對以下幾項風險高發(fā)階段的控制措施進行研究。

1)同步注漿

在盾構(gòu)施工過程中，盾構(gòu)開挖外徑與盾構(gòu)機外殼之間一般存在20～40cm的間隙，它是盾構(gòu)施工過程中地層損失的主要組成部分，在掘進過程中尚需對管片外側(cè)的環(huán)形空隙進行注裝。同步注漿是控制地表沉降的關(guān)鍵工序，其控制措施如下:

(1)設計和優(yōu)化漿液的配合比，使其與地層狀況和推進參數(shù)相匹配;

(2)嚴格按照設計和施工方案確定的同步注漿壓力、注裝量等參數(shù)進行施工，并根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地面及周圍構(gòu)筑物變形監(jiān)測結(jié)果，及時進行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時解決，保證施工質(zhì)量;

(3)需設專人維護注漿設備及儀器儀表，保證其正常運轉(zhuǎn);

(4)定時檢查注漿壓力表，保證其準確、有效;

(5)由于背后注漿不到位、掘進過程中地層局部沉降形成地層內(nèi)局部空洞等原因，在盾構(gòu)通過一定距離后，可能會產(chǎn)生地面沉降過大甚至塌方等情況發(fā)生。因此，宜在盾構(gòu)機通過地段進行地層空洞的探測和處理。

2)糾偏、線型控制及曲線段推進控制

由于各種條件的限制和約束，盾構(gòu)隧道不總是呈直線型，時常需要盾構(gòu)機在曲線上推進。同時，由于盾構(gòu)推進受低層、液壓系統(tǒng)、管片拼裝誤差等各種因素影響，在盾構(gòu)施工過程中會使隧道的線型在一定程度上與隧道設計軸線發(fā)生偏離。因此，需要對推進線型進行嚴格控制，通過糾偏來控制推進線路，特別是曲線段。對于盾構(gòu)線形的控制主要是靠控制測量、推進、管片拼裝等作業(yè)的精度及糾偏來實現(xiàn)。

3)防噴涌

在噴涌情況發(fā)生之后，一方面，會造成盾構(gòu)機前方泄壓，使前方工作面不穩(wěn)定，可能會導致掘進面上方塌方;另一方面，噴涌發(fā)生后會在管片拼裝區(qū)集聚大量的泥渣，清理工作量極大，往往需要較長時間，但是如果長時間無法恢復管片拼裝和正常推進，可能會引發(fā)注漿系統(tǒng)堵塞等其他問題的出現(xiàn)。因此應采取以下措施防止噴涌的發(fā)生:

(1)在盾構(gòu)機選型和制造時，應注意防噴涌裝置的設置;

(2)選擇適當?shù)耐馏w改良添加劑，調(diào)整土體的可塑狀態(tài)，防止渣土含水量過大增加噴涌的風險;

(3)控制推進質(zhì)量，防止強推猛推使前方工作面壓力過大而產(chǎn)生噴涌的風險;

(4)操作螺旋輸送機等澄土輸送設備時，開口速率應穩(wěn)定而平緩的增加，不能猛開猛關(guān);

(5)開啟螺旋輸送機時，在渣土出口處應有專人監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)噴涌預兆時，及時發(fā)信號給操作室，要求立即關(guān)閉螺旋輸送機;

(6)發(fā)生噴涌時，應立即關(guān)閉螺旋輸送機，及時清理噴涌渣土，盡快恢復推進。

4)地表沉降過大風險的控制措施

地鐵隧道盾構(gòu)施工不可避免地對土體產(chǎn)生擾動，造成隧道附近地表發(fā)生沉降或隆起，如果發(fā)生過大的沉降，就會危及周圍地面建筑設施、道路和地下管線的安全，所以盾構(gòu)施工中需制定相應的措施控制沉降過大的風險。

(1)在盾構(gòu)掘進過程中，應加強對周圍道路、管線和建(構(gòu))筑物的沉降監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時分析處理并反饋，不斷調(diào)整和優(yōu)化盾構(gòu)推進參數(shù)，做到信息化施工;

(2)在盾構(gòu)掘進過程中，若發(fā)生沉降或沉陷，應派專人巡視，嚴密觀察周圍建筑物的沉降變化;

(3)通過同步注漿以及二次注漿及時充填盾尾建筑空隙和因原有漿液固結(jié)收縮所產(chǎn)生的空隙，注漿時應嚴格控制注漿量和注漿壓力，減少施工過程中的土體變形;

(4)如果沉降過大，可在沉陷區(qū)域內(nèi)用鉆機進行地表注漿加固來增加地基的強度，防止沉降擴大化。

3盾構(gòu)到達風險控制措施

盾構(gòu)接收施工主要包括接收端土體加固、接收機座安裝、接收洞門密封和止水設施安裝、洞門鑿除和接收段推進施工。在整個接收過程中應加強對各參數(shù)的觀察與控制，發(fā)現(xiàn)異常情況及時匯報，待確認安全后再繼續(xù)施工。在接收端土體的加固經(jīng)檢驗達到設計強度合格后，才能開始進行此段的掘進施工;接收施工階段實行地面隆沉的24h監(jiān)控，并應盡快將結(jié)果送達項目經(jīng)理及總工，確保及時調(diào)整施工參數(shù)。接收基座在盾構(gòu)到達前要提前安裝好;接收洞門密封和止水設施的安裝經(jīng)驗收合格后，方可進行盾構(gòu)接收作業(yè);盾構(gòu)刀盤距接收洞門5m前搭好洞門鑿樁的腳手架，將洞門松動物清鑿干凈，并確認防水物件已做好保護，盾構(gòu)刀盤距接收洞門小于5m以后，須確保接收洞門四周5米范圍內(nèi)不能有人。

三小結(jié)

本文中首先對盾構(gòu)施工的概念、原理、施工階段的劃分以及盾構(gòu)法在地鐵隧道中優(yōu)缺點進行了簡要介紹，其次依據(jù)我國盾構(gòu)風險事故的案例，結(jié)合筆者的從業(yè)經(jīng)驗對盾構(gòu)施工各個階段的風險進行了分析，最后闡述了對于盾構(gòu)施工各個階段風險的控制措施，供讀者參考。

作者：朱瑞華馮順單位：西華大學建筑與土木學院