简介：本文针对盾构隧道施工的技术特点，探讨其在我国城市交通建设事业发展中的价值，并结合当下我国盾构隧道施工工作的具体实际以及相关技术的应用现状，逐步分析目前盾构隧道施工过程中所面临的诸如地质风险、管片上浮风险、机械故障、渗水风险、工人操作失误等风险产生的原因及其危害，以此为基础，重点探讨针对这些风险所应采取的管控措施和应急对策，旨在为我国城市盾构隧道施工质量与效率的提高提供借鉴与参考。
关键词：盾构隧道施工；施工风险；成因；危害；风险管理
盾构工法降低了过去明挖法受地形、地貌、气候和环境限制的弊端，减少了城市作业中对交通、地下管线和建筑设施带来的影响，而且更有利于施工自动化与智能化的有效发挥，以达到建设质量、施工进度、工程经济性与社会性的有机统一。但由于在施工规划、技术实施、质量管控上的不尽合理与完善，在盾构施工过程中会产生诸多安全及质量风险，从而为隧道的高效施工以及相关人员的生命与财产安全带来严重的威胁。
1、盾构工法的技术简述
盾构工法作为一种全机械化施工的隧道暗挖施工方法，主要是在盾构机械推进的过程之中，利用与隧道截面相同但口径稍大，由钢筒和管片构建的保护外壳支撑起地层的压力，防止隧道产生塌方的同时，实现前方高效的土层掘进与残土输出工作，然后利用千斤顶在后部的加压推进，对隧道进行拼装管环的衬砌工作，最后对衬砌与地层间的缝隙进行注浆，以构建隧道型制的一种施工方法。
总的来说，盾构施工需要实现竖井建造、盾构机械安装配置到位、盾构稳步推进、舱内机械出土、隧道衬砌、注浆七个施工程序，其中掘削的平稳、盾构姿态与方式的控制以及衬砌作业的质量把握是所有工序中的重点，也是提高盾构隧道施工质量与效率的关键[1]。
2、盾构隧道施工过程中存在的风险及其产生的原因
虽然盾构工法在地形地貌及施工土质上的要求不至严苛，能够适应多种自然条件和多重地层范围内的高效施工，如果技术及过程控制得当，不仅可以到达隧道建设质量强化以及施工成本缩减的目标，在施工过程中也不会对周边环境与设施构成过大的影响，所以逐渐成为城市隧道施工的工法主流，但是，由于地下施工环境的复杂，加上地质勘测上的局限性以及施工管控的缺失，会造成施工过程中诸多施工风险，从而给施工的高效推进，甚至是周边正常的生活环境以及人员的生命财产安全构成威胁。一般来说，盾构隧道施工过程中存在的风险主要有以下几点：
2.1始发端头坍塌突涌风险
由于端头加固设计方案在接缝的处理上不甚严谨，产生接缝过多、不成体系等不良结构，加上掌子面地层本身的软弱，以及地下管线和建筑物所造成的加固盲区，对加固质量把控不到位等原因，致使端头加固的技术标准不符合具体施工的实际，如果洞口的密封工作存在缺陷，就很容易造成突泥涌水现象的发生，甚至会引起地面土层的坍陷，严重影响着之后施工工作的开展。
2.2盾构机械设备故障风险
主要是由于盾构机械配在配置的过程中在开挖装置、刀头设备等部件上的选择不符合地层开挖的实际要求，以及液压、电气和控制系统在处理协调上存在不合理之处，另外，为了实现更加效率的开挖进度，工程人员会对盾构机进行一定的改制，改制过程中存在的操作失误和人为损害便会造成不必要的机械设备故障，从而构成施工成本的提升和工期的延误。如果检修工作配合不到位，便会造成严重的施工安全事故。
一般来说，在实际的工程操作过程中，主要存在着开挖器械故障、土压与取土设备故障、顶进系统故障和注浆系统故障四种故障类型，每一种故障都会对工程建设和施工人员的生命安全构成严重的威胁[2]。
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2.3不良地质风险
地下施工环境极其复杂，即便前期做好一定地质勘测工作，也会在施工过程中遭遇障碍物、地层涌水、地层空洞、流沙和有害气体等不良地质与现象，如果处理不当，就会造成机械损毁、管片渗水、洞口塌方、地面沉陷、管涌等事故，致使施工进程停滞，更会对人员的生命健康带来损害。
2.4盾构推进风险
由于不良地质的影响，以及开挖操作的不规范和土层压力处理的不恰当，便会在盾构推进过程中造成刀盘刀头磨损或大轴承的断裂、盾构的磕头甚至沉陷、工作面失稳、泥饼事故等施工风险，影响施工进度的同时，还会造成大面积的地面突隆和沉降，从而给地面交通造成严重阻碍。
2.5管片拼装风险
管片衬砌是盾构工法的关键一环，也是保证隧道施工质量的重点步骤，而在现实的施工过程中，由于管片设计上的不合理，形状参数、防水性能、配筋率、螺栓强度等没有达到实际施工的质量要求，再加上管片供应的不及时，就会对工程进度与质量把控构成阻碍。此外在管片拼接过程中会出现安装的不到位以及操作不当引起的整圆器时效和管片结构损坏等不良现象，从而造成管片错台、破损、开裂、渗水和上浮等病害，致使隧道建设质量大大降低。
3、城市盾构隧道施工中风险管理的具体措施
首先，进行科学规范的施工设计和施工过程管理，严格监察洞口的加固防护措施，保证做到不塌孔、不出水，冻结厚度与温度符合设计标准要求。此外还要强化对施工材料、施工器械的质量把控，确保注浆材料和注浆的配比的合理性与可操作性，适当利用先进仪器（地质雷达等）探测注浆厚度，及时发现注浆空洞，并进行补浆。
其次，做好施工前全面的地质勘查工作，并实现地质勘查与施工设计上的有效衔接，对施工过程中所要遇到的不良地质、地下水、有害气体、流沙管涌提前展开分析，并给出合理而有效的应对举措，避免施工过程中由于障碍物的出现和不良地质的威胁而造成施工的停滞和安全事故的发生。除此之外，可以针对性地采用横波反射法、SSP地震波反射法、微差爆破技术等预处理手段，有效规避地质风险[3]。
再次对盾构机械进行定时而全面的检查，及时发现机械的不良反应和质量问题，以采取针对性地措施予以修护;此外，为增加盾构在土体中的灵活性，可以在盾构装备选型阶段将机头设计为锥形，同时在施工过程中改进传统同步注浆工艺，保证隧道的稳定性与抗渗性,在推进过程中可以灵活采用不同楔形量的管片，实现急曲线段的高效施工。
最后针对刀盘结泥饼及刀具磨损严重的现象，通过采用化学试剂、改良刀具形式、改善中心系统等措施，以有效控制刀具磨损的速度，减少换刀频率，提高施工效率，稳步提高隧道施工的质量。
结语
城市盾构隧道施工方法虽然具有众多的优点，而且能够有效实现隧道施工的自动化和智能化，但是，仍然需要对施工设计、施工过程以及施工材料与器械的质量与操作适应性进行严格地管控，以减少施工各个环节风险的发生概率，达到我国隧道建设高质量、高效率、安全性和经济性的有机统一。
参考文献
[1]薛绍祖.地铁盾构隧道施工的风险管理[C]//中国土木工程学会年会.1993.
[2]杨秀权.复杂地质盾构隧道安全管理与风险防范对策[C]//中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会.2012.
[3]苟敏.地铁区间隧道盾构施工风险管理研究[D].青岛理工大学,2014.
论文作者:郭然
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：盾构论文; 隧道论文; 管片论文; 风险论文; 过程中论文; 地质论文; 地层论文; 《基层建设》2018年第34期论文;