魏燃

[摘 要]針對(duì)南寧特殊工程和水文地質(zhì)特點(diǎn)，從機(jī)械、施工操作及對(duì)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)，有針對(duì)性地提出盾構(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

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0350-02

1 引言

2011年12月29號(hào)，隨著南寧地鐵1號(hào)線的全線開(kāi)工建設(shè)，南寧地鐵開(kāi)工建設(shè)的序幕正式拉開(kāi)，此后2號(hào)線、3號(hào)線陸續(xù)開(kāi)工，南寧市軌道交通快速發(fā)展。南寧地鐵穿越位置主要為富水的砂卵石地層，工程和水文地質(zhì)條件呈現(xiàn)“三高”特點(diǎn)：地下水位高、卵石含量高、地層強(qiáng)度高。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，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到刀盤(pán)刀具磨耗嚴(yán)重、地面沉陷、盾構(gòu)涌泥涌沙、地下管線破壞、地面建筑物破壞等諸多風(fēng)險(xiǎn)。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、施工操作及對(duì)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(duì)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)區(qū)間隧道通過(guò)的地層主要為卵石土，局部位置穿越細(xì)砂層和泥巖層，該地層主要有以下特點(diǎn)：

（1）卵石含量高：卵石土地層中卵石含量40%以上，為該地層的骨架成分；

（2）砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量約12%-33%，呈透鏡體分布；

（3）顆粒間膠結(jié)物：膠結(jié)物廣泛分布于砂卵石中；

（4）地下水位高：枯水期水位埋深3m-5m，豐水期水位埋深2m-4m。但由于沿線車(chē)站等基坑降水作用，區(qū)內(nèi)地下水位埋深約6m-12m。地下水位年變幅約為1m -2m。

（5）地層透水性：卵石土地層滲透系數(shù)高達(dá)12.5m/d-48.5m/d，透水性強(qiáng)。

3 南寧地鐵盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)

3.1 盾構(gòu)施工機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)械的適應(yīng)性和使用性能將對(duì)工程建設(shè)造成重大影響，不僅影響施工效率、工程成本，還關(guān)系到隧道能否成功貫通。盾構(gòu)機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)包括以下情況：

（1）刀頭磨損

長(zhǎng)距離施工導(dǎo)致大刀盤(pán)、刀頭磨損較大、無(wú)法正常推進(jìn)；由于地層介質(zhì)的變化，使得刀頭每間隔一定距離由于高度磨損變平需要更換。

（2）泥漿泵及管路磨損、堵塞

排出泥漿中砂石成分對(duì)泥漿泵及排送管路的磨損，致使刀盤(pán)切削的土體無(wú)法正常排出。

（3）主軸承磨損，密封件防水失效

由于長(zhǎng)距離推進(jìn)導(dǎo)致主軸承磨損，密封件防水失效，密封倉(cāng)內(nèi)泥漿向盾構(gòu)機(jī)內(nèi)滲漏，不能保證工作面土壓力。

（4）盾尾密封失效

盾尾密封系統(tǒng)不可靠或長(zhǎng)時(shí)間磨損，導(dǎo)致周邊水土流失，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)涌水或沉陷。

（5）鉸結(jié)（轉(zhuǎn)向）

密封鉸結(jié)（轉(zhuǎn)向）密封裝置失效，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)內(nèi)漏水、漏砂。

（6）液壓推進(jìn)系統(tǒng)漏油

液壓推進(jìn)系統(tǒng)漏油，無(wú)法提供正常的推力或?qū)е露軜?gòu)后退。

（7）注漿管路堵塞

注漿管路由于漿液硬化等原因堵塞，使注漿無(wú)法正常進(jìn)行。

3.2 盾構(gòu)施工操作風(fēng)險(xiǎn)

（1）工作井的結(jié)構(gòu)和支護(hù)不當(dāng)，將產(chǎn)生過(guò)大的變形甚至基坑失穩(wěn)，土體坍塌，盾構(gòu)機(jī)被掩埋。

（2）盾構(gòu)始發(fā)時(shí)姿態(tài)控制不良，導(dǎo)致管片拼裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)。

（3）高水壓下長(zhǎng)距離施工及換刀及開(kāi)倉(cāng)，掘進(jìn)中途設(shè)備檢修和更換刀具風(fēng)險(xiǎn)極大。

（4）土倉(cāng)壓力選擇不當(dāng)，致使前方地表產(chǎn)生較大的隆起或沉陷。

（5）盾構(gòu)施工過(guò)程中，軸線控制不當(dāng)導(dǎo)致隧道軸線標(biāo)高偏離設(shè)計(jì)線路過(guò)多或左右偏差過(guò)大，影響隧道的使用。隧道距離很長(zhǎng)時(shí)，如果在推進(jìn)過(guò)程中軸線控制不好，在進(jìn)洞時(shí)，很可能會(huì)偏離目標(biāo)井較大。

（6）盾構(gòu)在進(jìn)洞或?qū)訒r(shí)由于軸線偏差較大，又不具有足夠的糾偏距離，使得盾構(gòu)機(jī)偏離目標(biāo)井或?qū)渝e(cuò)位。

（7）更換盾尾密封裝置時(shí)防止涌水措施不當(dāng)導(dǎo)致盾構(gòu)內(nèi)水淹或沉陷。

（8）千斤頂?shù)呐渲貌缓侠硎构芷菀桩a(chǎn)生裂縫。

3.3 盾構(gòu)施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)施工將引起一定范圍內(nèi)地層的變形。對(duì)于位于影響范圍內(nèi)的建筑物，由于地基土體的變形而導(dǎo)致其外力條件和支承狀態(tài)發(fā)生變化，而外力條件的變化又將使已有建筑物發(fā)生沉降、傾斜、斷面變形等現(xiàn)象。外力條件的變化類(lèi)型主要包括：

（1）地層應(yīng)力釋放引起的彈塑性變形，導(dǎo)致建筑物地基反力的大小和分布發(fā)生變化。主要由開(kāi)挖面坍塌、盾構(gòu)蛇行與超挖、盾尾間隙的產(chǎn)生、襯砌變形等引起；

（2）因有效覆土壓力的增大而導(dǎo)致的土體壓密沉降，使建筑物地基的垂直土壓力增大。主要由各種因素導(dǎo)致的水位下降而引起；

（3）因土體負(fù)載而導(dǎo)致的彈塑性變形，使建筑物地基的土體壓力增大。這主要由盾構(gòu)推力過(guò)大、盾構(gòu)與周?chē)馏w間的摩擦、壁后注漿壓力等引起；

（4）因土性變化而導(dǎo)致的彈塑性沉降和蠕變沉降，引起建筑物地基的反力分布發(fā)生變化。主要由盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)而使土性發(fā)生變化所引起。

4 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)防范措施

在對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)之后，風(fēng)險(xiǎn)管理者應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目存在的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)和潛在損失編制切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃，確定既符合實(shí)際，又有相應(yīng)效果的具體應(yīng)對(duì)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。盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)集液壓、電子、機(jī)械等多學(xué)科為一體的現(xiàn)代化施工機(jī)械，配套設(shè)備多，施工牽涉的方面和事故的隱患也多，這就要求現(xiàn)場(chǎng)必須重視機(jī)械設(shè)備的正常保養(yǎng)維護(hù)，加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的熟悉和了解。

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

（1）加大盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)口尺寸及開(kāi)口率

為減少盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)刀具的磨耗和換刀頻率，提高掘進(jìn)速度。對(duì)盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)能夠排出的小粒徑卵礫石盡可能地用排出的方式進(jìn)行解決，只有對(duì)通不過(guò)的大粒徑卵礫石才采用破碎的方式。刀盤(pán)開(kāi)口尺寸要與能通過(guò)螺旋輸送機(jī)卵礫石最大粒徑相適應(yīng)。刀盤(pán)周邊開(kāi)口率及開(kāi)口尺寸的減小和增大中心部位的開(kāi)口率，保證前方土體能順暢進(jìn)入土倉(cāng)，同時(shí)有效防止隧道拱頂部位的碴土塌落不到土倉(cāng)中。

（2）加大螺旋輸送機(jī)的直徑

由于加大盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)口尺寸后，部分砂卵石在盾構(gòu)前面不被破碎直接進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)，增加螺旋輸送機(jī)的直徑，達(dá)到可以順利排放砂卵石的目的。

（3）選用具有破碎大粒徑卵礫石能力的盾構(gòu)機(jī)

盾構(gòu)機(jī)要破碎大粒徑卵礫石，刀盤(pán)需配備滾刀。雖然刀盤(pán)也采用硬巖配刀方案配備滾刀，但硬巖地質(zhì)的特性和砂卵石地質(zhì)的特性是有區(qū)別的，特別是砂卵石地層不均勻和不連續(xù)的特點(diǎn)，決定了兩種地層的破巖機(jī)理是有區(qū)別的。在砂卵石地層中硬巖滾刀的布設(shè)與在純硬巖地段滾刀的布設(shè)上可以有區(qū)別，即滾刀刃的軌跡間距可以加大，加大的距離可以參照螺旋機(jī)能通過(guò)的最大粒徑。

（4）提高刀盤(pán)面板、刀具、螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的耐磨性

通過(guò)在刀盤(pán)面板上焊耐磨塊、耐磨條、耐磨網(wǎng)格提高刀盤(pán)的耐磨性；通過(guò)選用鑲嵌有耐磨合金塊的軟土刀具、選用硬度較高的滾刀來(lái)提高刀具的耐磨性；在螺旋輸送機(jī)的進(jìn)料口處焊耐磨網(wǎng)格、鑲嵌耐磨合金塊提高螺旋機(jī)的耐磨性。

4.1.2 對(duì)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)，通過(guò)改進(jìn)盾構(gòu)設(shè)計(jì)，提高盾構(gòu)技術(shù)性能，以滿(mǎn)足盾構(gòu)設(shè)備在富水砂卵石地層條件下施工的要求。

（1）開(kāi)挖機(jī)械故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施

優(yōu)化刀具的結(jié)構(gòu)，設(shè)置合理的刀具組合，選用合理的刀具，設(shè)定合理的高差，提高盾構(gòu)的挖掘能力；向土倉(cāng)內(nèi)加入改良劑，對(duì)碴土進(jìn)行改良，減少對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)刀具的磨損；定期開(kāi)倉(cāng)檢查刀具磨損情況，分析磨損、偏磨原因，優(yōu)化刀具配置；對(duì)沿線地質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)勘，充分了解沿線地質(zhì)情況和障礙物，設(shè)置合理盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，防止扭矩突變。加大主軸承直徑，提高盾構(gòu)刀盤(pán)抗扭的能力；加強(qiáng)主軸承、密封件等設(shè)備保養(yǎng)和維護(hù)。

（2）推進(jìn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施

加強(qiáng)推進(jìn)千斤頂和液壓系統(tǒng)設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)。推進(jìn)過(guò)程中，設(shè)定合理的推力。尤其在拼裝管片伸縮千斤頂時(shí)，要力求各個(gè)千斤頂均勻受力，防止局部千斤頂受力過(guò)大或者出現(xiàn)明顯偏壓。

（3）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)。注漿完畢后，及時(shí)清洗注漿管道，防止注漿管道堵塞。加強(qiáng)漿液管理，選用合格的注漿材料，適當(dāng)?shù)呐浔?，避免不合格材料堵塞管道?/p>

（4）出碴系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施

向土倉(cāng)內(nèi)、螺旋輸送機(jī)內(nèi)加入改良劑，對(duì)碴土進(jìn)行改良，減少對(duì)螺旋輸送機(jī)，輸送皮帶的磨損。已對(duì)螺旋輸送機(jī)耐磨性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在螺旋輸送機(jī)加焊耐磨層，增強(qiáng)輸送機(jī)的抗耐磨性能。通過(guò)小半徑曲線時(shí)，減小皮帶傳速，避免皮帶跑偏。

（5）提高盾構(gòu)機(jī)防水密封性的控制措施

盾尾密封選用三排鋼絲止水密封刷；鉸接密封采用唇形橡膠鉸接密封和充氣式緊急密封，構(gòu)成可靠的鉸接密封體系；主軸承外密封采用三重唇形橡膠密封，并在迷宮式防水密封的通道處同時(shí)采用了HBW密封脂密封，為主軸承的防水密封提供了雙重保險(xiǎn)。

4.2 盾構(gòu)施工操作失誤風(fēng)險(xiǎn)防范

4.2.1開(kāi)挖和頂進(jìn)控制失誤風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）加強(qiáng)盾構(gòu)設(shè)備操作技術(shù)員工的技能培訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，盡量減少操作失誤。

（2）對(duì)隧道線路進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘察，充分認(rèn)識(shí)沿線工程地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)置合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

（3）正確地計(jì)算選擇合理的平衡土壓，確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。

（4）合理的開(kāi)動(dòng)分組千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，推進(jìn)時(shí)千斤頂?shù)膲毫鶆蜃饔迷诙芪补芷瑐?cè)端，避免管片碎裂。

4.2.2軸線控制不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)控制

加強(qiáng)施工測(cè)量，確保盾構(gòu)機(jī)有可靠的軸線定位，如：激光導(dǎo)向；可靠的地面三角網(wǎng)及井下引進(jìn)導(dǎo)線系統(tǒng)，每50m設(shè)吊架（欄）對(duì)軸線跟進(jìn)測(cè)量；每環(huán)襯砌測(cè)量與設(shè)計(jì)軸線的偏差；并要求全站儀，水準(zhǔn)儀，精度高，且經(jīng)常校驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)，要求勤糾偏，緩慢糾偏。

4.2.3注漿控制不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）漿液要求符合設(shè)計(jì)要求。漿液配比、和易性、流動(dòng)性配比要適當(dāng)。

（2）嚴(yán)格控制注漿壓力與注漿量，保證及時(shí)注漿。

（3）防止同步注漿管路堵塞、擠扁失效，并應(yīng)設(shè)置備用管；注漿結(jié)束后，及時(shí)清洗注漿管路和漿液罐，對(duì)注漿管路定時(shí)檢修維護(hù)。

4.2.4密封防水失誤風(fēng)險(xiǎn)控制

盾尾設(shè)三排密封刷，在鋼彈簧板和鋼絲刷上涂氟樹(shù)脂防銹劑。推進(jìn)過(guò)程中及時(shí)注入盾尾油脂，每次過(guò)站檢修密封刷；要求采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油脂。

4.3 盾構(gòu)穿越地面建筑物的風(fēng)險(xiǎn)防范

根據(jù)南寧地質(zhì)的特性，盾構(gòu)施工引起的沉降主要在施工階段，后期沉降很少。因此施工中須采取有效措施，將盾構(gòu)對(duì)土體擾動(dòng)減少到最小，以確保地面建（構(gòu)）物的安全。

（1）嚴(yán)格土量管理

嚴(yán)格控制出土量在55m3/環(huán)以?xún)?nèi)，同時(shí)合理控制與出土量有關(guān)的施工參數(shù)，最大限度減少超挖、欠挖，盡量降低盾構(gòu)穿越帶來(lái)的影響。

（2）嚴(yán)格控制盾構(gòu)的推進(jìn)速度及推力

正常推進(jìn)時(shí)速度控制在2～3cm/min，土倉(cāng)壓力保持穩(wěn)定，其波動(dòng)值控制在0.02Mpa內(nèi)；總推力適當(dāng)降低，控制在15000kN以?xún)?nèi)。同時(shí)盡量做到均衡施工，減少對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)。

（3）嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量

在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，使盾構(gòu)均衡勻速施工，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過(guò)大過(guò)頻。每環(huán)檢查管片的超前量，隧道軸線和折角變化不能超過(guò)0.4%。注意觀察管片與盾殼的間隙，控制一次糾偏量，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，并為管片拼裝創(chuàng)造良好條件。

（4）嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量

及時(shí)足量進(jìn)行同步注漿，注漿量為理論值的180%- 220%，即每環(huán)7m3以上。調(diào)整同步注漿的配合比，提高漿液的早期強(qiáng)度。根據(jù)建筑物及地面沉降監(jiān)測(cè)情況，采用二次注漿甚至多次注漿來(lái)控制地面的后期沉降量，漿液采用快凝的水泥一水玻璃雙液漿。

（5）加強(qiáng)碴土改良

改善碴土的止水性和流動(dòng)性，使得土倉(cāng)內(nèi)碴土處于塑性狀態(tài)而確保工作面穩(wěn)定。

（6）實(shí)行信息化反饋

在梁、墻等結(jié)構(gòu)上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)和測(cè)斜點(diǎn)，兩小時(shí)一次跟蹤測(cè)量，并進(jìn)行信息分析，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)施工參數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)南寧地鐵盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)管理問(wèn)題進(jìn)行了探討，在施工過(guò)程中，要充分做好施工組織管理，針對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)定期進(jìn)行安全生產(chǎn)專(zhuān)項(xiàng)檢查和安全生產(chǎn)重大隱患排查，確定可能影響項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)，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(duì)方案和檢查進(jìn)行調(diào)整，參建施工、建設(shè)、監(jiān)理、社會(huì)安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)及專(zhuān)業(yè)分包各方負(fù)責(zé)人均要予以重視，共同參與，保障項(xiàng)目施工安全順利地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王占生，王夢(mèng)恕. 盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)ㄖ锏陌踩绊懠疤幚泶胧J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2002，12（2）：45～49.

[2]陳中. 成都地鐵盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析及策略[D].四川：西南交通大學(xué)，2008.

[3]許景昭. 北京地鐵盾構(gòu)施工安全管理與風(fēng)險(xiǎn)防范[J].施工技術(shù)，2010，39：312～315.

[4]竺維彬，鞠世健.地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源及典型事故的研究[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2009：1-5.

[5]張博.地鐵盾構(gòu)法施工風(fēng)險(xiǎn)管理與應(yīng)用研究[D].湖南：中南大學(xué)，2009.