摘要：地铁在实际应用过程中具有高效、轻型、低污染、高承载力等优势,能够很好的解决当前我国人口交通问题,减轻大型城市的交通压力,降低城市道路的堵塞。当前地铁施工过程中广泛应用盾构施工法,具有施工扰动低、高效快速、对周边建筑影响较小等优点,颇受广大施工单位青睐。施工安全与风险防范管理在工程项目建设中至关重要，是项目工程顺利实施的基础前提。盾构隧道工程存在很高的隐蔽性，并且内部环境复杂多变，各种不确定因素都使其存在施工风险。因此，在盾构隧道施工项目中必须要对各个环节进行严格把关，事无巨细，只有这样才能有效确保工程的质量。盾构法在当前我国地铁工程施工过程中应用十分广泛,但是考虑到盾构法施工具有一定的风险性,因此在施工过程中应严格把控环境因素以及人为因素对于地铁盾构施工带来的影响,在实际施工过程中严格依照盾构法施工的工艺流程进行施工,根据工程性质建立相关风险评价模型,以此来对地铁盾构施工时可能遭遇的风险进行逐点拆析,做好相应的风险控制工作。但是,地铁盾构施工法在实际施工过程中会受到诸多风险因素的影响和干扰,基于此,本文针对盾构法施工风险展开分析研究,多方面阐述地铁盾构法施工风险的识别以及控制措施。
关键词：地铁；隧道盾构；施工风险；控制措施
1盾构隧道施工风险管理的必要性
隧道工程作为地下工程，相较于其它工程项目具有更高的隐蔽性，在施工技术方面更为复杂，存在的不确定性更大。这也使隧道工程具有较高的风险性，特别是我国城市地区，地下管网错综复杂，若要进行隧道建设，就必须要注重从设计到施工全方面进行考虑。如果在决策时没有考虑周全，那么将会提高施工的难度，并引发极为严重的后果，对人们的生命和财产造成威胁。
2盾构法施工及其风险辨识
2.1盾构施工法
盾构施工法是指使用特定的盾构机械设备在土体中进行钻掘,并利用盾构外壳及管片对地下土体进行保护的一种隧道暗挖施工方法。事实上,盾构法产生的历史极早,可以追溯到十九世纪法国工程师M.I.Brunel对虫洞的观察。而盾构法真正得以在工程上使用,是在十九世纪四十年代英格兰Thames河的水下隧道钻掘工程中。而我国应用盾构法的时间并不长,直到2004年我国才在上海上中路越江隧道中使用盾构法进行施工,时至今日,盾构机的功能随着时代发展不断更新。当前,我国已经实现了大型盾构设备的国产,摆脱了对昂贵进口设备的依赖。
2.1.1盾构法特点
就盾构法本身而言,其施工过程中对地层扰动低、沉降小,安全快速等特点都是其优势所在。当然盾构法也存在一些弊端。关于盾构法施工的特点总结如下:盾构法施工对地表沉降控制好,在城市建筑物、地下管线等密集区施工优势非常明显;盾构法施工对地层的适应性强,尤其是穿越江河湖海是其它工法无可比拟的优越性;盾构法施工开挖衬砌一次成型,机械化程度高,安全高效;盾构法施工噪音小,对周边环境影响小;施工时不受雨雪天气影响。与此同时,盾构施工法具有以下弊端:在小半径曲线,尤其是90°折线段盾构法施工难度大,较难实现;若隧道处在浅覆土的条件下,采用盾构施工地表沉降难以控制,甚至对成型隧道整体质量难以保证;盾构法施工涉及机电、液压、自动控制、土木等专业,对从业人员素质要求高;在孤石或者卵石地层,盾构的掘进能力会受到很大影响;在高水压地层盾构容易发生喷涌,目前还没有很好的处理措施;盾构设备投入大,成本高。
2.1.2盾构法工艺及流程
盾构法根据其对开挖断面的不同支护方式可以划分为多种类型,其中最为常用的有土压力盾构以及复合泥水盾构等。
2.2盾构施工中的风险机理分析及评价模型
2.2.1盾构施工风险产生机理
(1)风险的产生环境。风险的产生环境是指,在特定的条件下,灾害或事故的发生几率远高于正常情形的环境。事实上在实际工程中,当在城市地铁建设中使用盾构法进行施工时,特殊的地层地貌、建筑群、河流甚至是埋藏在城市地下各类管道与线路都会成为引发工程灾害的不利环境因素。然而这些不利的环境因素是客观固有的,绝大多数是地铁施工都难以绕开对这些不利因素的处理。因此,风险环境就是地铁盾构施工风险发生的内因所在。在穿越地下土体时,为减少盾构施工对周边土体所造成的影响,可采取一系列的加固土体措施,采用混凝土支护土体结构的方式来确保地铁隧道的安全施工。(2)风险的引发因子。风险的引发因子是指能够提高风险发生概率的关键因素。例如在进行盾构法地铁施工时,在地层中遭遇阻碍物,或者掘进机械发生机械故障,或是遭遇溶洞、含水层等意料之外的地质构造等都是导致工程灾害的关键因素。从另一个角度看,风险的产生环境为风险的发生提供了潜在的孕育环境,而风险的引发因子则是直接导致风险发生的因素,因此风险的引发因子是地铁盾构施工风险发生的直接原因。
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从其中可以看到,在风险环境与风险因子的共同作用下导致施工事故的发生,而这些事故按照作用对象的差别可以进一步进行归类划分主要有盾构隧道、建筑物、路面系统、地下管线、已建成隧道、特定的社会群体、自然环境以及施工人员等八大部分。若再将这八个主要受影响的对象按照损失的内容进行分类则可以分为七大类主要有:工期损失、耐久性损失、直接经济损失、环境影响损失、社会影响损失、生态环境损失、人员安全损失等。将这七大方面综合在一起就是风险发生所导致的总体损失。
2.2.2盾构施工风险的评价模型
在生活或是工程实践中,对于风险发生的概率或是预计造成的影响,人们往往倾向于使用“大概”、“可能”、“极有可能”、“应该”等感性化或者说不确定性的词汇。由于语言本身的含糊性以及不同接受对象之间的差异,导致这种感性判断不具备普适性和传递性。因此,为了更加科学、准确、系统、有效的评价盾构施工的风险发生概率,需要借助模糊数学的方法来建立其风险评价模型。这一过程可以按步骤描述为:(1)以层次分析法确定盾构施工的指标体系。(2)通过9度标记法赋予各指标相应的权重。(3)将风险因素从工程系统中提取出。(4)通过专家系统法对各风险因素予以风险初估计。(5)建立风险矩阵P以及风险级别范围矩阵C。(6)计算处理矩阵P、C得到风险评价指标R,其中R=P×C。(7)对R中的各风险指标进行加权处理。(8)建立风险指标与各因素之间的对应关系并最终划分风险等级。
3盾构法施工机械风险及控制措施
3.1盾构进出洞施工风险的防范措施
盾构进出洞这个阶段中，其风险主要集中在洞口土体的稳定性方面，如果这个环节的施工出现问题，会对周边建筑物的安全带来严重威胁，因而必须要采取有效的方法来确保盾构顺利的进出口地段。首先，要对施工地层的地质条件进行认真研究，使进出洞端头地层的加固长度要长于盾构机的长度，同时对土体开挖面稳定性较差的区域必须要构建降水措施；其次，在打开洞口之前，地层的加固效果一定要经过相关的测试，以确保达到相关标准之后，才能打开，最后，采用盾构法时，因为与地层之间没有摩擦力，要防止盾构侧滚，在此阶段适宜缓慢推进。
3.2开挖面失稳风险的防范措施
如果是存在微承压水的区域，如果土压力设置不当，则会导致开挖面失稳，或者形成流砂，若没有对其给予重视，则很可能会危及地面上的建筑物，因而需要对开挖面失稳采取一定的措施。首先，在准备开始施工开挖前，为了获得第一手更科学可行的数据，可以先收集区间地层的碴土进行改良的实验，这样就可以让挖掘出来的渣土具有塑性、流动性和止水性，还可以让渣土填满压力舱；接着要对土仓的压力进行控制，避免开挖面出现失稳等问题：最后，对掘进的速度与渣土的排量进行严格的控制，确保开挖量维持在一个稳定的均衡水平，从而保证工程科学有序地开展。
3.3盾构施工中沉降的防范措施
（1）在盾构掘进时，施工单位一定要布置专业的技术人员对周围的管线，对周边建筑物及其管线进行考查，并在第一时间分析并处理相关的检测数据，对那些不正常的数据要加强相关的监测与分析，并及时优化和调整，从而进一步确保做到信息化的建设施工。
（2）在盾构掘进时，一旦发生沉降或者塌陷，要指派专人进行现场巡视，并对周边建筑物的情况进行细致勘察处理，并且做好相关的记录工作。
（3）在注浆与二次注浆过程中，我们可以运用同步注浆与二次注浆的方法对盾尾的建筑空隙和因浆液收缩而产生的空隙进行填充，在具体施工过程中，需要对盾尾建筑空隙进行观察，进而控制注浆量以及内部压力，以便既能把空隙填充完整还不会让土体产生变形。另外，可以运用钻机进行地表注浆的方法，对沉降情况较为严重区域进行加固，从而进一步增加地基的强度，以免沉降情况再次发生、扩大。如果需要，还可以提前加固出现危险情况的建筑物。
3.4洞内塌方事故风险的防范措施
在掘进施工中，如果出现塌方事故，要立刻对造成塌方的原因进行分析，并启动应急机制，避免地面产生更大范围的沉降，确保盾构机能够顺利通过沉降处。首先，一旦发生事故，要立即切断四周地表水，防止下水渗透导致更严重的塌方：其次，在加大注浆量的同时要对注浆质量进行核审，避免沉降范围进一步扩大；再则，要把握好盾构掘进速度与出土速度，进而控制好内部土压，平衡内外部压力，使地表沉降量有所降低：最后，技术人员要对周边地质水文条件进行监测，并及时对掘进参数进行调整与优化。
结论
综上所述，在进行盾构隧道的施工中，存在着不同程度的风险，施工单位在规避风险的过程中，要充分考虑地质的复杂性，长距离掘进，高水压等影响因素，采取切实可行的控制措施，采取科学的施工方案，从而防止可能出现的安全风险，进一步确保地铁施工的安全。
参考文献:
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论文作者:孙言宁
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
标签：盾构论文; 风险论文; 隧道论文; 地铁论文; 地层论文; 发生论文; 工程论文; 《防护工程》2019年11期论文;