摘要：与传统的交通运输方式相比，地铁具有速度快、运量大、安全性好、绿色环保等优点，是解决现代城市交通拥堵问题的一种有效途径，成为了现代城市发展的一个显著标志。在地铁施工中，盾构法有着广泛的应用，能够在保证施工效率的同时，减少对于地面交通的影响。而在盾构过河施工中，容易遇到各种各样的风险和隐患，需要做好相应的管理工作。本文集合佛山市城市轨道交通二号线工程一期工程中湾华站～登洲站区间的具体情况，对地铁盾构过河施工的安全技术风险管理进行了分析和讨论。
关键词：地铁；盾构；过河施工；安全；风险管理
1 引言
随着城市化进程的加快，城市人口迅速增加，机动车数量也相应增加。因此，中国大多数城市都面临着交通拥堵的问题。缓解城市交通压力，提高人们出行效率已成为现阶段市政管理部门关注的热点问题。目前，发展地下轨道交通是改善城市交通拥堵的有效措施，因此地铁受到了社会各界的广泛关注。盾构法作为地铁施工中常用的一种方法，其基本原理是用盘形滚刀破碎围岩，使隧道的整个断面一次性成形。盾构法自产生以来，以其高效、安全、环保等优点在水利、交通、矿山等领域得到了广泛的应用[1]。在市政轨道交通地下隧道施工中采用盾构法，可以在保证城市交通系统正常运行的前提下，减少施工对地面交通的影响，保证地铁工程的顺利施工。
2 工程概况
湾华站～登洲站区间为佛山市城市轨道交通二号线工程一期工程的中线段地下区间，设计范围区间段位于佛山市禅城区湾华站至顺德区登洲站之间，区间线路基本呈东南走向。区间在YDK38+583.208～YDK38+613.868设中间风井。本区间共设4个联络通道，中心里程分别为：YDK37+840.0、YDK38+412.5、4#联络通道中心里程为YDK39+180.0，3#联络通道位于中间风井，其中2#联络通道兼废水泵房。采用矿山法施工、复合式衬砌结构，根据工程地质及地面施工场地情况，由2台复合式土压平衡盾构机先后从登洲站端头盾构井始发（错开2个月），同时掘进区间左、右线隧道，采用过站的方式通过中间风井，在湾华站大里程端头盾构井起吊，具体如图1所示。
图1 湾华站～登洲站区间示意图
盾构隧道开挖断面为6.29m，隧道结构型式装配式衬钢筋混凝土单层衬砌，砌环采用“标准环+转弯环”，错缝拼装，管片背后注浆回填。隧道管片采用强度等级为C50的高性能混凝土，抗渗等级P12，管片外径为6000mm，内径为5400mm，平均环宽1500mm，衬砌楔形量为38mm，采用单面楔形。管片之间采用弯螺栓连接，环与环间以10根M24纵向弯螺栓相连，块与块之间以12根M24环向弯螺栓紧密相连[2]。
3 地质水文分析
结合相应的地质勘查数据，在湾～登盾构区间左、右线地质情况相近，区间隧道下穿东平水道段地质自上而下依次为素填土、淤泥质土、淤泥质粉细砂、淤泥质粉土、粉细砂、中粗砂、粉质黏土、淤泥质土、强风化泥岩、砂质泥岩、中风化泥岩、砂质泥岩，盾构掘进断面大部分为砂质泥岩和中风化砂质泥岩，右线上部覆土厚度最小为6.996m，左线上部覆土厚度最小为7.514m。考虑到盾构过河问题，对东平水道的水文地质进行了综合评价，该水道的最大深度为16m，盾构隧道与河底的最小净距在7m左右，从河底到隧道顶板之间，地层依次为粉质粘土、中粗砂以及全风化岩和强风化岩。如果河水透过砂层下渗，则可能会给盾构施工以及地铁的运营安全造成威胁。在盾构隧道施工中，采用土压力平衡盾构法，理论上不会影响掌心表面的稳定性和安全性。不过，考虑到盾构主要穿越的构筑物有东平水道南大堤、近穿佛陈大桥和东平水道北大堤，从保障安全的角度，需要设置相应的止水和防水措施[3]。
4 施工方案及危险源分析
4.1施工方案
根据东平航道段水文地质条件及盾构施工特点，该段施工要点如下：进入东平水道前计划分别在 YDK39+136.107 和 ZDK39+200 采用素地连墙加固处开仓换刀→进入东平水道试掘进段掘进（101.5m）→下穿东平水道段掘进（201.381m）→盾构过东平水道施工结束。
4.2施工难点
（1）在盾构隧道过河段，覆土厚度仅为7m，如果河水在流动过程中对河床产生了较为强烈的冲刷作用，则这个厚度还会进一步削减。加上隧道上方的砂层厚度达到了4.0m，使得隧道本身抗浮能力严重不足，在盾构施工的过程中，存在着较为严重的风险和隐患，对于盾构本身的密封性能、掘进刀具的耐磨性能等有着严格的要求，还需要切实做好地层的沉降控制[4]。
（2）盾构施工需要从下方穿过东平水道大堤，而大堤采用的是重力式挡墙结构，其本身的自重较大，如果盾构施工对堤坝的基础造成了扰动，很可能会导致堤坝的不均匀沉降问题，需要得到足够的重视和防范。
（3）在盾构过河施工环节，盾构机需要穿越强风化和中风化的砂质岩层，在土压和水压的双重作用下，很容易形成泥饼，如果不能做好泥饼的有效预防和治理，不仅会导致推力的增加，影响推进的速度，还会加快刀具的磨损，甚至可能引发盾构机损坏或者地表塌陷等问题[5]。
4.3危险源分析
根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011）中关于危险源辨识的要求，经过专家与技术人员的分析讨论，形成了盾构穿越东平水道施工危险源评估，如表1所示。
表1 盾构穿越东平水道施工危险源评估表
5 施工安全技术风险管理措施
5.1做好设备管理
盾构施工前，应做好必要的总结和准备工作，总结类似工程的施工经验，从工程本身的地质条件出发，制定合理的盾构机刀具配置和掘进参数，对设备而进行保养工作，进行刀具的更换，确保设备能够处于良好的待机状态[6]。对于检修中发现的问题，必须及时进行处理，避免设备的带病作业，以保障施工的顺利开展。以刀具的更换为例，在进仓后，需要首先清理切口环，对掘进作业面的稳定性进行检查，如果必要，应该设置相应的支护措施，在充分保障安全的前提下进行刀盘的清理。在检查过程中，需要严格参照有关标准和规范的要求，确认刀具的磨损情况。一般来讲，中心滚刀与正滚刀刀圈的磨损极限不能超过25mm，边滚刀的磨损极限不能超过15mm，因此，如果发现刀具磨损严重，需要对其进行更换。考虑到可能存在的开挖面部分崩塌，进入土仓进行刀具的更换非常危险，需要安排专人随时观察开挖面的状态，保证所有人都能够顺利进入紧急安全室，做好可靠支护来保证安全[7]。
5.2强化施工管理
一是应该做好土仓压力的管理，确保其能够实现与土压力和开挖面静止水压平衡，保证施工的顺利进行。隧道穿越东平水道时，位于全风化和强风化泥质砂岩层中，需要提前对照隧道的排版以及管片本身的超前量，对盾构过河段的管片埋深进行明确，依照相应的地质勘查报告，对水土压力进行计算，做好土仓压力的调整工作；二是应该对盾构的姿态进行调整，在穿越前，确保其能够向轴线靠拢，而在穿越的过程中，需要对盾构机的纠偏量进行管控，确保其不能超过3mm，使得盾构机能够按照既定的姿态推进。考虑到施工地层存在的上软下硬问题，需要对上下千斤顶的推进油压进行控制，适当加大顶部油缸的推力，避免出现盾构姿态上抬的问题；三是做好注浆管理。同步注浆链接，注浆压力和注浆量应该控制，和每个环的实际注浆量应根据实际需求决定，以保证灌装的紧张，确保灌浆材料初始强度高和良好的流动性，并避免大体积收缩。在二次灌浆过程中，应做好材料准备和浆体混合，使水灰比控制在1：1。第二次注浆的注浆压力可根据土仓压力和同步注浆压力来确定，一般比同步注浆压力高0.2 mpa左右[8]。
5.3重视施工监测
盾构穿越东平水道期间，除日常的洞内管片收敛与隧道沉降监测外，要重点监测施工影响范围的河堤沉降和佛陈大桥桥沉降偏斜及左右线东平水道江底形变。在河堤周边设置相应的测量控制点，沿河堤方向的监测点间距为3m，为了保证测点位置明显，在河堤表面钻孔，设置长度1000mm，直径20mm的螺纹钢，确保其外露约100mm。在佛陈大桥两岸的桩基上分别设置沉降观测点，与河岸两端桥台的观测点共同发挥沉降观测的职责。在盾构穿越期间，需要按照每天两次的频率进行监测，穿越后可以降低为每天一次，当沉降稳定后，可以进一步将监测频率降低为每月一次[9]。
5.4兼顾其他管理
一个是质量管理，全面质量管理体系必须建立完美的工程和质量控制程序，明确的目标的质量项目，从项目的特点和具体情况，计算出实际和有效的质量保证措施，施工过程中，应加强现场质量控制，确保工程质量满足设计和施工的要求；第二，日程管理，结合工程设计方案，合理组织施工，通过优化资源配置，确保盾构施工的范围链接，所有的流程实现有序的凝聚力，实现资源的合理使用，减少资源浪费，确保施工计划的顺利实施，使项目交付；第三，环境管理，在施工中，需要做好必要的勘察工作，充分了解施工现场周围的环境，在施工中做好环保工作。合理安排施工场地，加强施工过程的环境控制，采取切实可行的措施，减少施工过程对环境的污染和生态破坏，营造绿色施工环境。例如，对于施工中产生的各种垃圾，需要预先规划好排放地点，避免随意排放导致的水源和环境污染。在工程施工完成后，需要对施工中造成的环境破坏问题进行整治和修复，防治出现水土流失等问题，自觉接受环保部门对于工程环境管理工作的监管。
5.5完善应急预案
首先，为保证盾构隧道顺利穿越东平航道，避免施工风险，成立了应急救援领导小组和应急响应小组。同时，施工前与佛山市水务局取得联系，并充分沟通，健全盾构穿越施工应急体系；其次，明确应急程序，当出现突发情况或者紧急情况时，由现场作业人员向地面控制中心发出告警信息，启动应急响应程序，做好及时应对；然后，在施工前，需要做好应急演练，落实应急措施相关人员的责任，提升其应急反应能力，确保能够在第一时间启动应急状态[10]。
结束语
总而言之，在该工程中，盾构隧道需要下穿东平水道南大堤、近穿佛陈大桥和东平水道北大堤，施工中的扰动会对地基结构产生影响。为了保障施工安全，需要采取相应的组织、技术管理措施，从多个方面强调安全、质量等问题，在保证施工顺利进行的同时，尽可能减少其对于周边环境和地面构筑物的不利影响。
参考文献：
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[9]曲昆.长春地铁2号线下穿伊通河施工技术研究[J].农家科技旬刊，2016，（11）：250.
[10]毛红梅.盾构穿越河底浅覆盖层施工技术及风险预案[J].现代城市轨道交通，2011，（6）：82-85.
论文作者:吴银河
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：盾构论文; 东平论文; 隧道论文; 水道论文; 地铁论文; 管片论文; 泥岩论文; 《基层建设》2019年第13期论文;