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地铁盾构法施工常见风险及安全对策

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：方祖送

[导读] 摘要：当前，随着我国经济的发展和社会的进步，我国交通业的发展业逐步深入，地铁交通更是为民众出行提供了极大的便利，因此，地铁建设规模也越来越大，盾构机作为一种兼具经济性、安全性、环保性以及高效性的施工机械，势必会在城市轨道交通施工中得到进一步的应用。

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        摘要：当前，随着我国经济的发展和社会的进步，我国交通业的发展业逐步深入，地铁交通更是为民众出行提供了极大的便利，因此，地铁建设规模也越来越大，盾构机作为一种兼具经济性、安全性、环保性以及高效性的施工机械，势必会在城市轨道交通施工中得到进一步的应用。但盾构法施工期间也存在一定的问题，给地铁施工带来一些不良影响。为了能够规避上述风险，就必须结合地铁盾构施工实际情况，对施工期间的风险要素进行科学评估，并加以合理防范。
        关键词：地铁盾构法；施工；风险；安全对策
        引言
        盾构法主要是指在施工过程中工作人员在地铁隧道开挖过程中灵活应用现有的保护罩功能的开挖设备，并且具备良好的衬砌，在实际的操作过程中，以设备为基础开展施工，将其作为施工的基础点，对岩土进行合理的切割，在施工过程中将施工产生的岩土碎屑及时清理，并充分发挥出衬砌的功能，实现高质量的施工。近年来，国内地铁建设者提出了直接采用盾构法或在盾构法的基础上扩建地铁车站，从而发挥盾构法施工安全快速、对周围环境影响小等优点。盾构法在地铁建设中的广泛应用不仅提高了地铁建设质量，且缩短了施工工期，降低了工程造价，还解决了明挖法占用车道，影响交通等问题。
        1盾构法概述
        盾构技术是现阶段施工中的重点问题，灵活利用盾构机的优势开展施工，保证隧道施工的安全性，合理开展支撑，进而避免在施工过程中呈现坍塌或者渗水情况，以提升整体的施工质量。现阶段的盾构法施工技术应用较为广泛，在我国的地铁隧道工程中较为常见，充分发挥出其技术优势，保证施工整体质量与效率。受盾构法自身的性质因素影响，在实际施工过程中，容易出现地面沉降问题，因此需要工作人员进行合理的控制，选择更合理的盾构机以降低其影响。盾构机的种类较多，不同的盾构机呈现出的特点不同，如现有的部分敞开式盾构机以网格式为主，将隔板作为稳定机构，可以合理地适应流动性较大并且自稳定性较差的土层，呈现出明显的优势，工作人员可以合理地进行操作，降低其施工难度，通过简单的结构排出存在的障碍物，但该机构也存在一定的缺陷，如难以适应现阶段较为硬质的底层或者含沙率较高的围岩，存在一定的施工限制。全敞开式也是常见的型号，该形式构造中主要以机械式、受掘式以及半机械式为基础，该形式中主要适用于现阶段的块石地层、砂性土、黏性土等，具有较强的优势，如便于清理障碍物、资金成本较低、工作效率较高、工作人员投入较少等，可以从整体上提升施工质量，满足现阶段的施工要求。但该形式也存在明显的缺点，如在施工中存在一定的危险性，尤其是手掘式，劳动强度大，容易造成严重的经济损失。封闭式构造中，其形式以泥水平衡式为主，适用于现阶段的含地下水的松散型底层，在施工过程中可以灵活应用自身的优势提升其施工质量，调节精度较高，满足现阶段的施工要求，但其缺点在于施工进度较慢。工作人员在实际的施工过程中，需要根据现阶段的实际情况开展施工，针对性处理，根据实际情况选择合理的型号，保证其盾构机高质量施工，满足现阶段的需求。
        2地铁盾构法施工常见风险
        首先是设备风险。盾构机是涉及多种学科、多种材料、多种工艺技术及多种高新技术等的大型高科技施工设备，具有较大的体积和智能化、多功能化等特点。主要风险体现在盾构选型时，刀具配置、渣土改良装置、带压进舱系统设计不合理等。盾构掘进时会面临被迫停机进行开仓检修等风险。此外，常压进仓作业与带压进仓作业分别会出现开挖面坍塌以及压缩气体威胁工作人员安全等风险。其次是盾构穿越建构物风险。当盾构机穿越密集建筑群，尤其是一些建筑年代较久的基础砖混结构房屋时，一旦加固措施不到位、掘进参数未控制好、超方严重时，极易发生楼房开裂甚至塌陷事故。在砂砾石地层中，当隧道区间上方存在老旧污水管（普遍为承插式混凝土管道）时，一旦污水管发生渗漏，将会使管道下方地层砂土流失产生空隙，盾构掘进时扰动地层，会发生超方而引发塌陷，致使排污管道破坏，污水灌入隧道区间。
        3地铁盾构法施工常见风险的安全对策
        3.1盾构刀具配置
        ①为适应强风化泥岩、中风化泥岩、中风化砂岩的地层掘进，在进行刀具设计时，应配置撕裂刀、刮刀、周边刀、仿形刀等，特别要加强周边刀具的配置，增加撕裂到数量，在刀盘边缘处增加保护刀等，同时要充分考虑刀具的耐磨性和抗冲击性，以减少掘进中换刀的风险。②由于周边刀具磨损较快，为了增加刀盘掘进数据，避免频繁换刀，宜适当增大刀盘开挖直径，一般以增大30 mm左右为宜。③盾构刀盘扭矩。选用的刀盘额定扭矩不小于5 000 kN• m。④盾构推进系统。盾构推进系统在盾构掘进中提供的最大推力应根据地层条件和管片强度来综合考虑，最大推力不能低于30 000 kN。⑤盾构掘进速度。盾构的掘进速度要与盾构掘进同步注浆能力相匹配，且确保满足盾构施工工期要求。⑥盾构螺旋输送机。a.在螺旋输送机土仓进口处设置可开闭闸门。螺旋输送机需具有伸缩功能，可回缩螺旋输送叶片。b.螺旋输送机叶片和筒壁整体上做耐磨、防锈处理。c.螺旋输送机应能排出不大于300 mm粒径的卵石，并具备自动开启控制系统。
        3.2管棚法
        管棚法是在2个区间隧道的上方安装一系列弧形管棚，在管棚的支护作用下进行下方管片的拆除与开挖，其施工示意如图1所示。

                                图1管棚法施工示意
        3.3地铁盾构机掘进阶段施工技术
        在该施工环节中，可以将掘进分为两个部分，一部分为初步的掘进试验环节，另一部分为正式的掘进施工环节，工作人员在施工过程中应根据实际的施工情况针对性处理，以保证施工质量。例如，在工作人员尝试掘进过程中，应重点分析施工模式，明确施工方案，结合工程的实际情况开展施工，分析现阶段的施工理念，针对性操作，保证相关的施工数据在标准范围内，按照施工初始参数开展，满足现阶段的发展需求。在施工现场如果受施工实际因素影响可能出现不合理情况，此时工作人员应针对其问题开展分析，根据实际情况对盾构机的参数开展适当的调整，保证其始终以正确的姿势开展施工，以提升施工质量。与此同时，工作人员在施工中还需要离开灵活应用计算机技术进行处理，通过技术优势明确其设备的掘进方向、刀盘掘进进度等，保证其掘进的稳定性。工作人员还应结合实际情况对施工土层进行分析，明确现阶段的设备运转情况，针对其情况进行处理，及时发现施工中存在的问题，保证施工进度与质量。
        3.4地铁盾构施工风险的测度界定
        地铁盾构施工风险评价中，其施工过程复杂性决定了影响施工的潜在风险因素众多，评价信息更为庞大，传统的评价方法很容易导致信息失真。对于地铁盾构施工风险程度的表述本身是一个定性化的灰概念，将“风险”科学定量处理才能进一步进行风险评价。根据实际经验对地铁盾构施工风险等级进行合理界定，得到地铁盾构施工风险评价测度表（见表1）。
                 表1地铁盾构施工风险评价测度表

        结语
        地铁区间盾构施工是一个涉及沿线地质情况、周边构（建）筑物、地下管线等综合性、复杂性的施工过程。应以实际的需求为基础开展测量监督，从根本上避免其出现沉降问题，提升整体的施工质量。
        参考文献：
        [1]谷昀.基于模糊综合评判法的地铁施工风险评估研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2013：15.
        [2]杜栋，庞庆华，吴炎.现代综合评价方法与案例精选[M].北京：清华大学出版社，2014.