南寧地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理研究

摘要：南寧地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道主要經(jīng)過富水的砂卵石地層，呈現(xiàn)出地下水位高、地層強(qiáng)度高、卵石含量高的工程和水文地質(zhì)特點(diǎn)。文章針對南寧特殊工程和水文地質(zhì)特點(diǎn)，從機(jī)械、施工操作、對周邊環(huán)境影響三方面分析了地鐵盾構(gòu)施工存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出了盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)防范的具體措施。

關(guān)鍵詞：南寧地鐵；盾構(gòu)施工；風(fēng)險(xiǎn)管理；風(fēng)險(xiǎn)防范措施；地鐵工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0187-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.091

1 概述

2011年12月29號(hào)，隨著南寧地鐵1號(hào)線的全線開工建設(shè)，南寧地鐵開工建設(shè)的序幕正式拉開，此后2號(hào)線、3號(hào)線陸續(xù)開工，南寧市軌道交通快速發(fā)展。南寧地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道主要經(jīng)過富水的砂卵石地層，呈現(xiàn)出地下水位高、地層強(qiáng)度高、卵石含量高的工程和水文地質(zhì)特點(diǎn)。由于特殊的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，南寧地鐵采用盾構(gòu)法施工的區(qū)間隧道面臨眾多技術(shù)難題。本文根據(jù)南寧地鐵盾構(gòu)隧道施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從機(jī)械、施工操作、周邊環(huán)境影響三方面分析盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)對策，為今后地鐵盾構(gòu)隧道施工的安全進(jìn)行提供參考。

2 南寧地鐵工程和水文地質(zhì)條件

南寧地鐵盾構(gòu)隧道區(qū)間通過的主要地層為卵石土，呈現(xiàn)出如下特征：第一，卵石土地層中含有45%以上卵石，卵石含量較高，構(gòu)成該地層的主要部分；第二，顆粒間膠結(jié)物廣泛分布在砂卵石中；第三，砂含量約為9%～25%，含量較高；第四，卵石土地層透水性極強(qiáng)，滲透系數(shù)達(dá)15.8～50.8m/d；與此同時(shí)，地下水位高，豐水期水位埋深約2.4～4.2m，枯水期水位埋深約3.1～5.1m，受沿線車站等基坑降水影響，區(qū)間內(nèi)地下水位埋深約5～12m，年變幅約1～2m。

3 南寧地鐵盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)分類

3.1 盾構(gòu)施工機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)械的使用性能關(guān)乎施工效率和工程成本，是保證盾構(gòu)施工順利進(jìn)行的基本前提。機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)主要包括：

3.1.1 機(jī)械磨損。長距離施工推進(jìn)過程中，主軸承大刀盤、刀頭會(huì)發(fā)生較大磨損，從而推進(jìn)無法正常進(jìn)行。

3.1.2 排出泥漿中的砂石成分會(huì)造成泥漿泵和排送管路的磨損和堵塞，導(dǎo)致刀盤切削的土體排出受阻。

3.1.3 密封件防水失效。長距離推進(jìn)導(dǎo)致密封件防水失效，密封倉內(nèi)泥漿滲漏到盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，工作面土壓力得不到保證。

3.1.4 液壓推進(jìn)系統(tǒng)漏油，不能提供正常的推力，甚至導(dǎo)致盾構(gòu)后退。

3.1.5 盾尾密封失效。盾尾密封不合格或出現(xiàn)較大磨損，容易造成周圍水土大量流失，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)涌水或沉陷。

3.1.6 注漿管路堵塞。由于漿液硬化等原因，注漿管路會(huì)發(fā)生堵塞，導(dǎo)致注漿無法正常進(jìn)行。

3.2 盾構(gòu)施工操作風(fēng)險(xiǎn)

在盾構(gòu)施工過程中，往往因操作不當(dāng)，造成重大風(fēng)險(xiǎn)事故。盾構(gòu)施工操作常見風(fēng)險(xiǎn)有如下四種：

3.2.1 由于工作井的結(jié)構(gòu)不合理或支護(hù)不當(dāng)，造成變形嚴(yán)重，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，土體發(fā)生坍塌，造成盾構(gòu)機(jī)被埋沒。

3.2.2 錯(cuò)誤地選擇土倉壓力，造成前方地表發(fā)生較大的沉陷或隆起。

3.2.3 水壓較高的情況下，長距離施工、換刀和開倉，掘進(jìn)過程中，將加劇檢修設(shè)備和刀具更換的風(fēng)險(xiǎn)。若隧道較長，在施工過程中控制不好軸線，不具有足夠大的糾偏距離，很可能在進(jìn)洞時(shí)偏離目標(biāo)井或錯(cuò)位對接。

3.2.4 盾尾密封裝置進(jìn)行更換時(shí)，一旦預(yù)防涌水措施做不到位，盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)會(huì)被水淹或發(fā)生沉陷。

3.3 盾構(gòu)施工周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)施工會(huì)造成一些地方變形，地基土地的變形會(huì)給建筑物受到影響，其外力條件和支撐情況會(huì)發(fā)生改變。出現(xiàn)傾斜、沉降、斷面變形等現(xiàn)象。主要包括：

3.3.1 由開挖面坍塌、超挖與盾構(gòu)蛇行、襯砌變形、盾尾間隙的產(chǎn)生等原因，導(dǎo)致建筑物地基反力的分布和大小發(fā)生變化。

3.3.2 盾構(gòu)過程中推力過大，壁后注漿壓力或與周圍土體發(fā)生摩擦，造成土體負(fù)載，使建筑物地基的土體壓力增大。

3.3.3 由于水位下降導(dǎo)致有效覆土壓力增大，土體壓密沉降，造成地基垂直土壓力增大。

3.3.4 受盾構(gòu)施工的擾動(dòng)，建筑物周圍土性發(fā)生變化，造成蠕變沉降和彈塑性沉降，改變地基的反力分布。

4 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)防范措施

在對工程項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)之后，風(fēng)險(xiǎn)管理者應(yīng)對工程項(xiàng)目存在的各類風(fēng)險(xiǎn)和潛在損失編制切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對計(jì)劃，確定既符合實(shí)際，又有相應(yīng)效果的具體應(yīng)對措施。盡量規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)損失降低到可接受的范圍內(nèi)。

4.1 盾構(gòu)機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)防范

機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)多與不規(guī)范、不正確的違章操作有直接關(guān)系，所以嚴(yán)格操作規(guī)范，是避免事故的重要前提。

4.1.1 盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具選型風(fēng)險(xiǎn)的控制措施。

第一，合理選擇刀盤開口尺寸及開口率。對于可以排出的小粒徑卵礫石，盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)盡量采用自然排出法，無法通過的大粒徑卵礫石經(jīng)破碎后排出，從而降低盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具的磨耗和更換頻率，提高掘進(jìn)效率。刀盤開口尺寸的選擇要參考可通過螺旋輸送機(jī)的最大卵礫石粒徑。減小刀盤周邊開口率及開口尺寸，增大中心位置的開口率，確保前方土體能順利進(jìn)入土倉，防止隧道拱頂部位的碴土塌落不到土倉中。

第二，增加螺旋輸送機(jī)的直徑。若增加盾構(gòu)機(jī)刀盤開口尺寸，一些砂卵石不被破碎直接進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)，可能會(huì)造成堵塞。增加螺旋輸送機(jī)的直徑，確保砂卵石正常排出。

第三，提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性。通過刀盤面板的焊耐磨條和耐磨塊可以提高耐磨性。提高刀具的耐磨性可選用嵌有耐磨合金塊的軟土刀具和硬度較高的滾刀；提高螺旋機(jī)的耐磨性可在進(jìn)料口處鑲嵌耐磨合金塊或焊耐磨網(wǎng)格。

4.1.2 對盾構(gòu)機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的控制措施。為控制盾構(gòu)機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，需改進(jìn)盾構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化盾構(gòu)設(shè)備使用性能，達(dá)到在富水砂卵石地層條件下盾構(gòu)施工

要求。

第一，開挖機(jī)械故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施。合理選擇道具組合，優(yōu)化刀具的結(jié)構(gòu)，提高盾構(gòu)的挖掘性。注意定期檢查刀具、主軸承、密封件磨損情況，分析磨損成因，及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)；設(shè)定合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，加大主軸承直徑，防止盾構(gòu)刀盤扭曲變形。

第二，注漿系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施。加強(qiáng)注漿系統(tǒng)設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)。為預(yù)防注漿管道發(fā)生堵塞，在注漿完成后，需及時(shí)清洗注漿管道，選用質(zhì)量合格的注漿材料，漿液進(jìn)行適當(dāng)配比。

第三，出碴系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施。為降低螺旋輸送機(jī)和輸送皮帶的磨損，可通過向土倉、螺旋輸送機(jī)內(nèi)加入改良劑改良渣土實(shí)現(xiàn)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對螺旋輸送機(jī)加焊耐磨層，以增強(qiáng)輸送機(jī)的抗耐磨性能。通過小半徑曲線時(shí)，降低皮帶傳速，防止皮帶發(fā)生偏移。

4.2 盾構(gòu)施工操作失誤風(fēng)險(xiǎn)防范

4.2.1 開挖和頂進(jìn)控制失誤風(fēng)險(xiǎn)防范。通過補(bǔ)充地質(zhì)勘察摸清隧道線路沿線工程地質(zhì)情況，設(shè)置合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。正確計(jì)算平衡土壓，保證開挖面的穩(wěn)定性。合理的開動(dòng)分組千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。

4.2.2 軸線控制不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)防范。加強(qiáng)施工測量，每50m設(shè)吊架（欄）對軸線跟進(jìn)測量，通過激光導(dǎo)向、地面三角網(wǎng)、井下引進(jìn)導(dǎo)線系統(tǒng)等對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的軸線定位；使用精度較高的全站儀和水準(zhǔn)儀，并定時(shí)加以校驗(yàn)。

4.2.3 注漿控制不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)防范。漿液配比要適當(dāng)，嚴(yán)格控制注漿壓力與注漿量，保證及時(shí)注漿，防止注漿管路堵塞失效。注漿完成后，及時(shí)清洗漿液罐和注漿管路，定時(shí)檢修維護(hù)注漿管路。

4.2.4 密封防水失誤風(fēng)險(xiǎn)防范。盾尾處設(shè)置三排密封刷，在剛彈簧板和鋼絲刷上可涂氟樹脂防銹劑。推進(jìn)過程中及時(shí)注入盾尾油脂，要求采用優(yōu)質(zhì)潤滑油脂，注意每次過站時(shí)檢修密封刷。

4.3 盾構(gòu)穿越地面建筑物的風(fēng)險(xiǎn)防范

根據(jù)南寧地鐵特殊的工程水文地質(zhì)條件，盾構(gòu)施工引起的沉降主要在施工階段，后期幾乎沒有沉降，因此在盾構(gòu)過程中要將對土體擾動(dòng)降至最低，確保地面建筑物的安全。

4.3.1 嚴(yán)格控制出土量。出土量要嚴(yán)格控制在60m3/環(huán)以內(nèi)，與出土量有關(guān)的施工參數(shù)均要嚴(yán)格把關(guān)，盡量避免超挖、欠挖等不當(dāng)操作，以降低盾構(gòu)穿越造成的不良影響。

4.3.2 保持正常推進(jìn)速度和推力。正常推進(jìn)時(shí)速度要保持在2～3cm/min范圍內(nèi)，土倉壓力波動(dòng)值不能超過0.02MPa，盡量維持穩(wěn)定；總推力控制在15000kN以內(nèi)，可根據(jù)具體情況適當(dāng)降低。盡量做到均衡施工，降低對周圍土體的擾動(dòng)程度。

4.3.3 嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量。在保證盾構(gòu)正面沉降控制良好的前提條件下，盡量讓盾構(gòu)均衡勻速施工，避免盾構(gòu)形式出現(xiàn)頻繁和較大的偏移。每環(huán)檢查管片的超前量，確保折角變化和隧道軸線不能超過0.4%。注意觀察管片與盾殼的間隙，控制糾偏量來創(chuàng)造好的條件。

5 結(jié)語

本文對南寧地鐵盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)管理問題進(jìn)行了研究，在盾構(gòu)過程中，要充分做好施工組織管理，針對潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全生產(chǎn)專項(xiàng)檢查和重大隱患排查，編制風(fēng)險(xiǎn)分析清單，保證安全與風(fēng)險(xiǎn)管理的及時(shí)性，并適時(shí)對方案和檢查進(jìn)行調(diào)整，保障項(xiàng)目施工安全順利地進(jìn)行。

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作者簡介：魏燃（1987-），男，河北平泉人，供職于中鐵西北科學(xué)研究院有限公司西南分院，碩士，研究方向：南寧市軌道交通項(xiàng)目施工監(jiān)測。

（責(zé)任編輯：周 瓊）