隧道盾構風險分析及施工技術研究

馮 德 威

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建 福州 350000)

隧道工程具有不確定性、復雜性和隱蔽性等特點，施工風險比較大。如果選用的施工措施不合理，極易造成事故，造成經濟方面的損失，甚至會影響作業(yè)人員的生命財產安全。文章結合實際案例，對隧道盾構風險進行了分析，然后對施工風險的控制措施進行了探討。

1 工程概況

圓博圓站—天元湖站區(qū)間以圓博圓站為起點，向北沿規(guī)劃的背景南大街下方敷設，側穿綜合管廊后到達天元湖站，區(qū)間沿線主要為空地，區(qū)間上方修建市政道路，管廊的寬度為8.4 m，高度為5 m，考慮到綜合管廊未貫通，里面無市政管線，區(qū)間隧道采用盾構法進行施工，右線盾構起始里程為K32+911.190，終止里程為K22+735.900。線路總長度為824.71 m，右線盾構起始里程為K32+911.190，終止里程為K33+735.900，線路總長度為824.683。文章以此工程為例，對盾構施工過程中存在的風險進行分析和探討。

2 采用盾構法進行隧道施工存在的風險

2.1 盾構進出工作井施工過程中容易引發(fā)的事故

2.1.1吊裝和拼裝時容易出現事故

在采用大直徑盾構機進行施工時，需要分塊進行吊裝然后在工作井內完成拼裝，而且拼裝工作需要花費較長的時間，若在此期間發(fā)生暴雨等災害性天氣，由于這時工作井內的排水設施未能做好，因此極易發(fā)生災害性事故[1]。另外，如果現場管理混亂、未能按照圖紙的實際要求進行安裝或設備吊裝中的指揮不當等，同樣也會發(fā)生此類事故。

2.1.2盾構出發(fā)時易形成的事故

當工作面被鑿開時，可能形成的事故有：1)由于凍結失效導致工作面出現了漏漿的情況。2)由于盾構的直徑比較大，在鑿開工作面后會產生很大的壓力，會因土體的壓力導致盾構不能順利推進，若所形成的逆向推力過大，還會導致盾構出現后退，由此形成事故。3)在盾構推進的過程中，土體開挖量比較大，一旦開挖的土體量超過上浮土體量，會導致盾構出現上浮的情況。經過分析發(fā)現，上述問題出現主要是因為拆除臨時擋土墻的方式不對、盾構施工控制措施不正確、止水帷幕失效等原因造成的。

2.1.3盾構抵達時很容易產生事故

盾構抵達時，如果止水帷幕失效、拆除臨時擋土墻的方法不正確、盾構的掘進速度和推力不能達到設計要求，均會引發(fā)事故。此外，盾構姿勢的控制不當也會引發(fā)此類事故。

2.2 盾構穿越過程中存在的風險

盾構在穿越砂層時易發(fā)生多重風險，主要表現為以下方面：

1)因為地質等因素，施工過程中可能會遇到孤石等不明故障物，在這種情況下，若盾構機在向前推進過程中遇到這些障礙物時，則極容易發(fā)生安全事故。

2)由于覆土較淺、水壓較大，當盾構機到達這一區(qū)域時，如果支護壓力設置不當，那么極易出現開挖面斷裂等事故。

3)采用盾構法進行隧道施工時，如果盾尾注漿壓力小、注漿量不足，那么就容易發(fā)生上部覆土坍塌的情況，從而導致涌水涌砂事故的發(fā)生；若注漿壓力過大時，則極易因冒漿密封失效而導致涌水涌砂事故。

2.3 超大盾構工作面有失穩(wěn)的風險存在

在進行盾構施工過程中，如果泥水壓力過大，很容易導致開挖面出現隆起的情況。如果泥水壓力過小時，會使開挖面出現坍塌的情況[2]。通過分析認為，導致這種風險主要是由于下述因素造成的：

1)由于壓力沒有達到要求，導致泥水艙中進入了開挖土體，導致地基出現了比較大的沉降，甚至會使地表出現塌陷。

2)因支護壓力過大而致使地表處出現隆起。當施工面位于江底時，很容易出現失穩(wěn)的情況，嚴重時會使水回灌到隧道中，甚至會將隧道淹沒。

2.4 管片密封失效造成的風險事故

若管片密封失效，則極易引發(fā)風險事故。這種事故發(fā)生的原理在于：管片密封失效導致管片接頭位置發(fā)生漏水、漏漿，然后在承壓水的作用下引發(fā)隧道內突然出現涌水的現象，在這種情況下，極易引發(fā)地表的沉降。

2.5 盾尾凍結法施工的風險原因

1)盾構機變位凍結時，在凍土力的影響下會使盾構機出現變形，并進一步導致隧道橫斷面出現變形，由此導致隧道的橢圓度達不到設計要求。

2)在盾構隧道凍結施工的過程中，盾構機受力變形之后會引發(fā)隧道橫斷面的變形，而隧道橫斷面的變形會使隧道管片承受較大的壓力，因此會導致管片環(huán)出現開裂。

3)在隧道凍結施工過程中，如果凍結儀出現故障會造成冷卻備料過少、突然出現停電、冷卻質量不達標等問題。

4)解凍時主要存在下述兩方面的施工風險：解凍會導致地基產生變形，從而形成地表的沉降及地下管線的受損；解凍后的隧道會產生回縮變形，并導致隧道出現滲漏水。

3 隧道盾構施工風險的正確應對措施

3.1 盾構從工作井進出時的施工風險正確應對措施

1)必須按照地下工程防水施工的基本要求開展作業(yè)；2)會導致工作井的排水和降水施工量增大；3)在洞口和進洞一定區(qū)域開展凍結加固作業(yè)，并控制好凍結施工質量；4)盾構施工之前，要先將盾構端頭井分為接收井、出發(fā)井，并布置臨時支座抵御千斤頂產生的推力，對地基進行加固確保盾構進出工作井時的安全性；5)盾構機必須具有精準度較高的導向定位系統(tǒng)。使用井下跟進導線系統(tǒng)和地面三角網測量吊架的軸線，安排工作人員測量各環(huán)的襯砌，如果和設計軸線存在偏差時，則應及時進行糾正。在測量過程中通常采用全站儀與水準儀作為測量儀器，這種測量由于對測量精確度要求比較高，所以需要定期核對校驗。

3.2 盾構從砂層穿越時風險應對措施

1)要做好地質勘探工作，并準確的把地層的真實情況反映出來；2)強化對泥水倉壓力的測試，以此確保開挖面的穩(wěn)定性；3)控制好掘進參數；4)合理確定渣土的松散系數，嚴格控制出土量；5)加強管片拼裝質量的管理，確保防水良好；6)確保注漿過程中注漿壓力和注漿量保持在合理狀態(tài)；7)做好監(jiān)測工作，及時反饋監(jiān)測信息。

3.3 盾構工作面的失穩(wěn)風險應對措施

1)做好水泥質量的管理工作；2)根據地質條件的具體情況，合理的布置泥水壓力；3)要做好水倉壓力的監(jiān)測工作，適當增加監(jiān)測的頻率，確保開挖工作面處在穩(wěn)定的狀態(tài)下；4)在盾構機處于停機的狀態(tài)時，要重點做好泥水的管理工作。

3.4 管片密封事故風險的應對措施

1)要做好管片拼裝工作者的培訓工作；2)隧道的襯砌拼裝成環(huán)必須按照由下向上的安裝順序進行施工；3)在管片的安裝過程中，應將防止止水橡膠脫膠作為施工中的重點環(huán)節(jié)，并采取有效措施予以應對；4)針對管片弧面上產生的混凝土剝落和開裂問題，需要安排作業(yè)人員及時處理。

3.5 盾尾凍結法風險應對措施

1)需要根據地質的具體情況設置泥水支護壓力。2)利用壓力降土顆粒之間的空隙水排出，提升土體抗剪強度。不僅可以充分對隧道的累積沉降量進行控制，并且可以對地表的沉降速率進行抑制，從而使地層變形快速歸于穩(wěn)定。3)利用注漿的方式使圍巖物理力學性質得到改善。

4 結語

在進行過江隧道盾構施工過程中，存在著非常高的風險，為了保證隧道工程能順利開展，避免出現風險事故，需要認真分析過江隧道盾構風險的成因，并對施工風險有可能引發(fā)的后果進行分析，針對風險形成的原因制定出相應的風險控制措施，本隧道工程順利完成了施工，達到了施工要求，值得類似工程借鑒和參考。

[1] 李俊偉，李麗琴，呂培印.復合地層條件下盾構選型的風險分析[J].地下空間與工程學報，2007(S1)：1241-1244，1260.

[2] 白中仁.廣州地鐵修建中的盾構選型[J].現代隧道技術，2004(1)：10-13.