浅谈盾构施工风险分析及应对

Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・ｌｌ７・　浅谈盾构施工风险分析及应对　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｒｉｓｋ　张朝君ＺＨＡＮＧ　Ｃｈａｏ－ｊａｎ　（中国城市建设研究院西安分院，西安７１００６８）　（Ｘｉ＂ａｎ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｒｂａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ＇ａｎ　７　１００６８，Ｃｈｉｎａ）　摘要：盾构法施工较以往矿山法施工，在保障人员安全方面，已大大提高，但在施工期间依旧存在一定风险，如涌水涌砂、地表建　筑物沉降等等。本文对盾构施工过程中存在的风险进行分析，并提出相应的控制措施，希望能够对盾构施工项目起到参考借鉴作用。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｅｌｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｂｕｔ　ｔｈｅｒｅ　ｓｔｉｌｌ　ｈａｖｅ　ｓｏｍｅ　ｒｉｓｋｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｇｕｓｈｉｎｇ　ｙａｒｎ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｓｈｉｅｌｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｉｓｋ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｔｏ　ｒｅｆｅｒ　ｔｏ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｈｉｅｌｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　关键词：盾构；施工风险；分析；控制措施　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｉｓｋ；ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　中图分类号：ｒＩＴＬ『７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３１１（２０１３）１７—０１１７—０２　具有唯一性，本文不再累述。　本文就以地铁盾构隧道施工过程中、每个施工环节中　地下空间的开发利用是现代城市建设中的一项重要　内容。而盾构法隧道以其先进的技术方案和相对完善的工　存在的风险进行深入解析，同时提出有针对性的控制措　１概述　艺流程安排，被广泛应用在地下共同沟、上下水道和城市　施，以期降低盾构施工的风险系数。　地铁等隧道施工中。　盾构法隧道施工，即在地面下暗挖建造隧道的施工技　２．１盾构运输、吊装　２．１．１盾构机运输城市地铁施工建设通常采用直径　术。它利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道　６米的盾构机，有的盾构机为缩减后期组装工作量，没有　衬砌的工具，掘进１环，拼装１环，循环反复，直至整条隧　将机具的刀盘（罗瓦特盾构机刀盘需要到工地分块组装）、　道施工完毕。该施工方法对地域和技术管理要求较为严　中前体、盾尾（小松盾构需要到工地二次组装）等进行二次　格，因此在具体实施阶段难免出现各种问题，如施工单位　分割，盾构机直径较大，公路运输超宽，而地铁工程对在繁　技术水平一般，施工管理不严谨；有的城市因为首次引进　华的城中区，这就增大了盾构运输的风险系数。　盾构施工方法，缺乏施工经验，该施工方案的适用范围和　２．１＿２盾构机吊装盾构机最重的零部件重６０ｔ，对吊　施工技术仍处于探索阶段，导致施工过程中事故频发。为　耳的焊接对位等要求较为严格，通常也要用２５０ｔ履带吊　加深业界对盾构施工的理解，提高施工质量，笔者结合工　来吊装盾构机具，因此，为确保工程质量，地面必须有足够　作经验，将盾构施工中各细部环节存在的风险和应对措施　的承载能力。　拆解作详细解析。　２＿２盾构始发　一一２盾构施工风险分析及控制　盾构施工的风险出现的情况非常多，有部分出现隧道　设计（隧道埋深、线形、管片形式、接头形式、止水形式等）、　２＿２．１反力架加固盾构始发阶段要通过反力架提供　的支撑力向前掘进。反力架一侧要支撑在施工完成的车站　内，一侧要用斜撑通过底板上的预埋钢板为盾构机提供反　盾构机选型（机型、刀盘形式、螺旋输送机等），当出现这些　力。大多数情况下，车站和盾构区间的施工任务分别交由　情况时候，盾构施工的风险将非常的巨大，有时造成工程　两个施工单位来完成，或者因为预埋件埋设位置、支撑的　施工成本增加，甚至部分将造成施工灾难。这些前期的施　稳定性达不到设计要求，使得反力架局部被挤压变形，影　工风险在项目立项之前以及项目开始之前都经过了相关　响施工质量。　的专家的论证，相对出现的情况较少，情况也比较复杂，且　２．２．２洞门破除通常情况下，该环节会因为加固体　作者简介：张朝君（１９８３一），男，福建邵武人，工程师，毕业于兰州　交通大学土木工程学院，研究方向为道路工程。　的强度和均一性达不到设计要求而出现涌水等问题，不仅　不利于安全施工，还会对作业人员的生命安全造成极大的　好过程控制，对焊缝外观、内部质量及力学性能进行检验　检测，同必须做好焊后变形、残余应力处理工作。　５结语　准朔线黄河特大桥是目前国内铁路双线拱桥跨度最　大的一座钢管拱桥，该桥是准朔铁路的重点、难点和关键　控制性工程，在准朔铁路全线起着跨越天堑连通两岸的　重要作用，具有科技含量高、工艺要求高、安全质量高施　、、成桥后线形及结构受力合理的关键，具有很大的实用性，　是钢管拱桥施工的着重控制点；本文着重介绍了预拼装过　程的前期技术准备、工艺流程、主要卡控项及尺寸允许偏　差等相关内容，以期为同类项目施工提供借鉴。　参考文献：　工组织难度大等特点；拱肋预拼装是拱桥安装得以实现、　［１］ＧＢ　５０２ｏ５—２００１《钢结构工程施工质量验收规范》［２］ＴＢ　１０２１２—２００９（铁路钢桥制造规范》．　［３］ＪＧＪ　８１—２００２《建筑钢结构焊接技术规程》．　．　・１１８・　价值工程　威胁。所以，应该在洞门破除前认真检查加固体的加固效　２．３．６电盾构施工采用１０Ｋｖ高压电，高电压通过盾　果，同时根据现场条件制定应急预案，以降低该环节施工　构机上的变压器装置后被转换成３６Ｖ、２８０Ｖ、３６０Ｖ等各种　的风险系数，确保人员安全的同时提高工程质量。　安全电压，其中３８０ｖ为照明系统所用电压；在用电方面，　２－２．３始发推进在盾构始发掘进阶段，一般会发生　应该严格执行安全用电规程，严格按三相五线制、“一机、　始发台的定位与轴线发生偏移、折叶板翻转、帘布橡胶板　箱、一闸、～漏保”的用电模式安全用电。　破损、推力过大反力架变形、推力小负环管片掉落、反力架　２．３＿７高压液体盾构机施工采用高压油为数十兆帕　一加固不牢固、盾构机刀盘离开始发台后叩头、刀具贯入度　的液压掘进。盾构上还有高压水和高压泡沫剂，同步注浆　过大刀具损伤、卡刀盘、盾尾离开帘布橡胶板后密封问题　的砂浆等，一旦操作失误，就有可能出现高压液体伤人事　导致涌水、突泥，加固土体强度超限影Ⅱ向掘进速度等诸多　故。因此必须严格按操作规范开展施工建设，以免发生人　问题。盾构始发掘进前应全面预测施工中可能出现的问　员伤亡事故。　题，制定应急预案，以确保始发阶段顺利推进。　２．３盾构掘进　２．３．１地层不明障碍物和沉降超限地铁工程都在地　下完成。盾构施工中一旦遇到地勘时遗落的钻杆、老楼桩　基、条石和原来格构柱等障碍物，都会拖延施工进度，甚至　使施工单位因此而蒙受经济损失。　盾构施工中常常由于未充分掌握地层特点而遇到溶　洞和土洞、塑性粘土、厚砂层、上软下硬地层和孤石等特殊　地层，掘进控制难以把握而导致沉降超限，有时也因为地　面上有建构筑物，或因地面沉降要求严格而影响施工进　度，也对周围环境造成一定的影响。　鉴于此，施工单位应该在开工前认真勘察地质结构，　一般的区间的详勘间距为５０米，结合地层特点，补勘间距　通常设置为２０米，特殊地段甚至可以加密到５米；若条件　允许，应结合地质构造以物探法进而二次勘察，以前面掌　握地质构造特点，降低施工风险。此外，还要根据特殊路段　的地质构造特点制定应急预案，全力应对突发状况。　２。３．２垂直、水平运输大部分盾构工程项目均由竖　井开始，需要用门吊系统垂直调运工程材料和碴土，吊运　也有风险；有轨的电瓶编组列车承担水平运输任务，运输　过程中也可能发生溜车等问题，施工单位会因此蒙受巨　大的损失。为规避运输风险，降低损失，施工单位要严格　按操作规范安排运输工作，并定期对运输设备进行养护　和维修。　２。３．３管片安装装设管片时，单块管片重量较大，安　装过程中难免因人为因素损伤设备：管片内弧面光滑，施　工时有水、泥等，极易因表面湿滑使作业人员摔伤或滑倒；　装设管片螺栓的过程中，风动扳手也可能损伤设备。鉴于　此，必须按相关规范严格工作流程并配套使用劳保用品，　严格按照操规范操作管片安装机，严禁无关人员在安装区　域内活动。　２．３．４开仓在施工阶段，需要开仓检查或更换刀具。　掌子面稳定时常压开仓，掌子面不稳定时带压进仓。　若常压开仓，先要对仓内通风换气，使仓内温度下降　直至其不会影响人员安全，同时检查掌子面确保其稳定后　再开仓：若带压进仓，进仓人员先要通过体检和技能培训，　严格参照带压进仓程序升、降压，同时做好应急预案，以免　压力突变威胁人员安全。　２．３＿５特殊气体盾构施工阶段，地层中可能出现煤　层瓦斯、甲烷等有害气体，或由于隧道内温度过高、通风不　畅，使得作业人员缺氧窒息。为避免这一情况发生，盾构机　上必须设有气体监测装置，以确保人员安全。　２．３．８其它施工阶段进行电焊、氧割、切割、打磨、注　双液浆等工序的操作，为规避施工风险，所有参建人员一　律按操作要求开展施工活动。　２．４盾构到达　２．４．１方向偏差盾构到达端时由于区间施工完成，　对隧道的测量要求比较高，需要从洞内、外分别独立测量，　并联测，必要的时候采用陀螺仪，确保盾构机能够在三维　的空间中准确出洞。　２．４．２到达端推进盾构到达时，应该减小盾构机推　力，放缓推进速度，以确保洞门尽量晚的破坏，尽量多出　土，使盾构机始终按指定方向向前推进，这些都将可能造　成最终几环管片因推力不足无法对止水条施加足够的挤　压力而出现漏水、隧道失圆、难以控制盾构机推进方向等　诸多问题。　基于上述分析，在盾构到达段向前推进时，与盾构始　发要求相同的进行加固地层的垂直取芯、水平探孔检查，　同时采用１８＃“Ｃ”型钢连接最后１５环管片，紧固管片螺　栓：在到达端约１０环的位置向管片壁后注双液浆，将隧道　后部的水封堵，从而降低盾构到达时的施工风险。　３综述　盾构施工对施工技术和工艺流程的安排要求相当严　格，是一个系统化、反复循环的过程，因此，项目成败的关　键在于开工前的准备工作是否到位。地下工程建设不同于　普通的地面施工项目，其项目的唯一性、不可复制性，加之　人认知的局限性、责任性、施工方案和现场管理的不合理　性，使得施工单位难以准确预测盾构施工过程中的风险　因素。盾构施工中的风险点分布面广、跨度大且数目多，　有时候因为个别小风险的叠加，就可能使施工单位蒙受　巨大的损失，因此在开工前，施工单位要结合现场施工条　件合理预测各道工序可能存在的风险点，制定操作规范、　管理制度和各项应急预案，在施工中做到有的放矢，同时　认真总结经验教训，将盾构施工过程的风险控制在一定　范围内。　参考文献：　ｆ１］ＧＢ５０２９９—１９９９．地下铁道工程施工及验收规范【Ｓ】．　『２１张凤详，朱合华，傅德明．盾构隧道（第一版）［Ｍ】．人民交通出　版社，２００４．　ｆ３］周文波．盾构法隧道施３－技术应用．第一版．中国建筑７－业　出版社，２００４，１１．　ｆ４］竺维彬，鞠世健．复合地层中的盾构施工技术（第一版）【Ｍ】・　中国科学技术出版社，２００６．　『５１项兆池，楼如岳，傅德明．最新泥水盾构技术［Ｚ］．上海：上海隧　道工程股份有限公司施工技术研究所，２００１．