范業(yè)蓮

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，廣西南寧530022）

論地鐵盾構(gòu)法隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)防范

范業(yè)蓮

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，廣西南寧530022）

地鐵工程施工屬于高風(fēng)險(xiǎn)工程，其建設(shè)過程的風(fēng)險(xiǎn)管理備受社會(huì)各界關(guān)注，建立和實(shí)行工程風(fēng)險(xiǎn)管理制度已刻不容緩。該文針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中存在的常見風(fēng)險(xiǎn)，將工程風(fēng)險(xiǎn)管理的基本理論應(yīng)用到地鐵盾構(gòu)法隧道施工實(shí)踐中，有效地分析和探究地鐵盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與具體應(yīng)對(duì)措施，從而詳細(xì)詮釋了風(fēng)險(xiǎn)管理在盾構(gòu)隧道施工中的具體應(yīng)用。

地鐵；盾構(gòu)法隧道；盾構(gòu)機(jī)選型；盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)；風(fēng)險(xiǎn)管理；風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

0 前言

目前的地鐵工程施工具有復(fù)雜性、不確定性、較高的風(fēng)險(xiǎn)性和災(zāi)害損失比較大等特點(diǎn)。與此同時(shí)，隨著近年來地鐵隧道的開挖直徑與開挖深度不斷增大，截面形狀增多，地鐵工程施工期風(fēng)險(xiǎn)逐漸加大，建設(shè)過程的風(fēng)險(xiǎn)管理顯得尤為重要，并備受關(guān)注。

圖1 盾體吊裝下井

1 地鐵盾構(gòu)施工過程中的常見風(fēng)險(xiǎn)

1.1 難以預(yù)測(cè)的不良地質(zhì)及障礙物風(fēng)險(xiǎn)

由于地質(zhì)勘探的局限性，要全面了解盾構(gòu)穿越地層的地質(zhì)情況及是否存在障礙物比較困難，給地鐵盾構(gòu)法隧道施工埋下了極大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，無法保證施工的安全性和可靠性；一旦無法保障預(yù)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，不僅增加施工及掘進(jìn)的難度，還極有可能引發(fā)施工安全事故，產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

1.2 盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)豎井施工風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)，系指在始發(fā)井內(nèi)利用臨時(shí)組裝的管片、反力臺(tái)架等設(shè)備，使臺(tái)架上的盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)，從井壁上的到達(dá)口處貫入地層，并沿著規(guī)定路線掘進(jìn)的一系列作業(yè)。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)，系指盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到達(dá)豎井的井壁處，從井內(nèi)側(cè)把井壁上擋土墻拆除，隨后盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)進(jìn)入井內(nèi)臺(tái)架上的一系列作業(yè)。

盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)作業(yè)是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工中最容易產(chǎn)生事故的兩道工序，事故發(fā)生率很高，且事故規(guī)模較大，輕側(cè)洞口涌土、涌水造成地面沉降，重側(cè)造成基坑坍塌，其原因多半是土層不穩(wěn)定。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行始發(fā)和到達(dá)豎井施工時(shí)，打樁和掘削使周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)，造成斷面應(yīng)力釋放，即斷面土體不穩(wěn)定。

1.3 地表、建筑物、既有線路及重要管線的沉降風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)法施工會(huì)引起隧道周圍土體松動(dòng)和沉陷，它直觀表現(xiàn)為地表沉降。受其影響的隧道附近地區(qū)的基礎(chǔ)構(gòu)筑物將產(chǎn)生變形、沉降或變位，在不同程度上影響隧道沿線地面建筑物和地下管線的安全，情況嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)地面建筑裂縫、傾斜、地下管線開裂，甚至坍塌。在對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)通常會(huì)導(dǎo)致地層損失，與此同時(shí)也會(huì)給隧道周圍的地層帶來擾動(dòng)或者剪切破壞，以上兩方面是促使地面出現(xiàn)沉降現(xiàn)象的基礎(chǔ)原因。由于地層損失而產(chǎn)生的地面沉降，絕大部分都會(huì)在施工建設(shè)期間表現(xiàn)出來。通過剪切破壞的再固結(jié)而產(chǎn)生的地面沉降情況，一般而言在砂性土中表現(xiàn)得比較快，而在粘性土中則需要延續(xù)比較長的時(shí)間。

當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，對(duì)于開挖面而言，如果其受到的支護(hù)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層的原始應(yīng)力，那么開挖面上體則開始朝著盾構(gòu)內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，導(dǎo)致地層損失與地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。反之，若其受到的支護(hù)力大于原始應(yīng)力，那么開挖面上體就會(huì)向前移動(dòng)，而導(dǎo)致負(fù)地層出現(xiàn)損失狀況，并且地面也逐漸隆起。因此一定要在做好地表、建筑物、既有線路及重要管線的沉降后才能進(jìn)行盾體吊裝下井。進(jìn)行盾構(gòu)法隧道施工如圖1（深圳深大-桃園區(qū)間左線盾構(gòu)“卓越號(hào)”盾體吊裝下井）。

1.4 盾構(gòu)開倉與換刀作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

隨著地質(zhì)條件的變化，隧道掘進(jìn)過程中需要對(duì)刀具進(jìn)行更換，尤其是當(dāng)巖石強(qiáng)度較高時(shí)，更換刀具的頻率更高。更換刀具時(shí)，換刀人員需要進(jìn)入土倉內(nèi)對(duì)刀具進(jìn)行更換。土倉內(nèi)空間狹窄、濕滑，刀具重量大裝卸困難，作業(yè)時(shí)很容易造成作業(yè)人員受傷。如果出現(xiàn)開挖掌子面不穩(wěn)定、換刀地段處于江河底或者地層冒出有害氣體等情況，作業(yè)人員更隨時(shí)有生命的危險(xiǎn)。所以進(jìn)入土倉內(nèi)更換刀具是盾構(gòu)施工過程中一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較大的作業(yè)工序。

1.5 盾構(gòu)機(jī)壓氣作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

大多先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)均配備了壓氣系統(tǒng)，即向土倉內(nèi)注入空氣，從而提高土倉內(nèi)的壓力，以便能夠平衡外側(cè)土體所受的壓力。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行壓氣作業(yè)時(shí)，操作人員是在一個(gè)密閉的環(huán)境中工作，刀盤內(nèi)空間狹窄，但是卻無法從根本上保證壓入的空氣中不含雜質(zhì)；同時(shí)，由于施工環(huán)境和作業(yè)面的溫度較高，工作人員在操作過程中感到不適的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，需要給予工作人員到減壓艙進(jìn)行減壓后，才能對(duì)工作人員進(jìn)行醫(yī)療救治。壓氣作業(yè)作為盾構(gòu)安全施工中的重要環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)十分復(fù)雜、繁瑣和危險(xiǎn)的工作。

1.6 隧道內(nèi)運(yùn)輸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

中小直徑的盾構(gòu)隧道幾乎均采用軌道運(yùn)輸系統(tǒng)。但是由于盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度相對(duì)較快，為配合盾構(gòu)高效率施工，運(yùn)輸車輛一般設(shè)計(jì)得較長，碴土斗也設(shè)計(jì)得很大，占用了隧道很大空間，見圖2。

圖2 渣土車運(yùn)輸盾構(gòu)渣土作業(yè)施工

管片底部為圓弧形，對(duì)軌枕的穩(wěn)定性有一定影響，十分容易導(dǎo)致運(yùn)輸車輛發(fā)生脫軌，進(jìn)而對(duì)人行道上的施工人員和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成危害，一旦運(yùn)輸車輛在運(yùn)行過程中與盾構(gòu)機(jī)專用的高壓電纜發(fā)生碰撞，后果不堪設(shè)想。當(dāng)隧道坡度較大時(shí)，運(yùn)輸車容易發(fā)生溜車事故；盾構(gòu)機(jī)的后配套與運(yùn)輸車之間的距離比較狹窄，一旦軌道的形狀和方向發(fā)生變化，或者配套設(shè)施的擺放位置發(fā)生更改后，就極容易和運(yùn)輸車輛相撞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1.7 用電安全及其它危害風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)電器設(shè)備多，而且主要設(shè)備使用高壓電，隨著盾構(gòu)向前不斷推進(jìn)，高壓電纜也要經(jīng)過多次連接。隧道內(nèi)環(huán)境潮濕，除了盾構(gòu)機(jī)以外，盾構(gòu)隧道施工其它臨時(shí)用電也很多，不小心使用容易造成觸電事故。盾構(gòu)施工還存在其它風(fēng)險(xiǎn)，例如在危險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境因素危害風(fēng)險(xiǎn)等。

2 加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理采取有效的防范措施

2.1 做好風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理就是對(duì)工程項(xiàng)目活動(dòng)中涉及到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)估并制定相應(yīng)的對(duì)策。數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、專家評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)論證等都是評(píng)判建筑工程潛在風(fēng)險(xiǎn)的措施和手段。在對(duì)建筑工作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，不能依靠單一的方式進(jìn)行評(píng)估，而是應(yīng)該采用多元化的方式進(jìn)行聯(lián)合評(píng)估的方式，對(duì)建設(shè)工程施工過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素、事件以及可能造成的后果進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，以便提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和合理性。風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別可以采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、專家咨詢以及實(shí)驗(yàn)論證等方式來識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。由于在地鐵盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)中，沿線的地質(zhì)條件、地下水狀況、周圍建筑和構(gòu)造物、穿越的地下管線、交替的隧道等具有特殊性，并且盾構(gòu)選型、施工方法、輔助加固工法、施工管理水平等也具有特殊性，因此風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別還應(yīng)具有一定的針對(duì)性，并且還要結(jié)合盾構(gòu)法隧道的施工程序和過程進(jìn)行識(shí)別。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過程要綜合考慮盾構(gòu)選型、地質(zhì)條件、水文條件、隧道施工過程、重點(diǎn)及難點(diǎn)工程、現(xiàn)有施工技術(shù)等，將盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)通過建設(shè)實(shí)施過程有機(jī)地聯(lián)系起來，使風(fēng)險(xiǎn)清單條理清晰、結(jié)構(gòu)完整、重點(diǎn)突出、層次分明。

系統(tǒng)而全面地識(shí)別地鐵隧道施工中盾構(gòu)法的風(fēng)險(xiǎn)只是風(fēng)險(xiǎn)管理的第一步，對(duì)認(rèn)識(shí)到的工程風(fēng)險(xiǎn)還要作進(jìn)一步的分析，也就是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。地鐵工程同一般建設(shè)項(xiàng)目相比，受不可預(yù)見的水文地質(zhì)條件、社會(huì)環(huán)境、施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度等多方面因素的影響較大，其特殊性和眾多的影響因素必然使得地鐵工程成為一種高風(fēng)險(xiǎn)的工程項(xiàng)目。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以使決策更加科學(xué)化，更能減少事故的發(fā)生率，同時(shí)可以為投保稅率的確定提供依據(jù)。

2.2 選擇合適的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

風(fēng)險(xiǎn)回避、損失控制以及風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移等都是建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)管理和控制過程中常用的方式和對(duì)策。風(fēng)險(xiǎn)回避主要指的就是通過某種方式或者采取某種手段切斷與風(fēng)險(xiǎn)源之間的聯(lián)系，徹底消除或者控制風(fēng)險(xiǎn)隱患的發(fā)生，盡可能規(guī)避可能存在風(fēng)險(xiǎn)的不利因素。損失控制與風(fēng)險(xiǎn)回避不同，損失控制是一項(xiàng)十分積極和主動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施，主要包括預(yù)防損失和減少損失兩個(gè)方面。風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移則是建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)管理和控制過程中應(yīng)用比較廣泛的措施，主要包括非保險(xiǎn)轉(zhuǎn)移和保險(xiǎn)轉(zhuǎn)移兩種形式，非保險(xiǎn)轉(zhuǎn)移又稱合同轉(zhuǎn)移，主要通過明確合同條款和責(zé)任主體的方式將工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)移的過程[1]。

2.3 建立健全的應(yīng)急預(yù)案

認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)的目的是為了預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)，因此在地鐵盾構(gòu)法隧道施工過程中，相關(guān)的管理部門還需要結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道施工過程中常見的風(fēng)險(xiǎn)隱患和現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)隱患制定出相應(yīng)的解決方案，建立健全的應(yīng)急預(yù)案，確保即使隧道施工過程中發(fā)生突發(fā)情況，相關(guān)的部門管理人員能夠及時(shí)做出正確的決定，采取有效的應(yīng)急和處理措施，從而力求能夠在最大程度上預(yù)防和控制風(fēng)險(xiǎn)隱患的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失和風(fēng)險(xiǎn)損失。

2.4 應(yīng)對(duì)地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的管理措施

在地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理過程中，管理人員需要結(jié)合施工進(jìn)度采取針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)防范和管理措施，對(duì)以往的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)施工過程中已經(jīng)出現(xiàn)問題或者可能出現(xiàn)問題的方面制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，確保一旦施工過程中出現(xiàn)突發(fā)現(xiàn)象，管理者能夠做出及時(shí)、正確的判斷，將可能造成的損失和不利影響控制在一定范圍內(nèi)。對(duì)所有參與施工的人員、施工材料、施工成本、施工進(jìn)度、施工質(zhì)量等方面實(shí)行全面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)督和管理措施。同時(shí)，聯(lián)合有關(guān)的市政部門共同進(jìn)行地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的管理準(zhǔn)備和防范工作。

2.5 應(yīng)對(duì)地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)措施

采用盾構(gòu)法修建地鐵隧道時(shí)，由于隧道周圍地層應(yīng)力狀態(tài)的不斷變化，使得地層損失必然發(fā)生，無一例外地都將產(chǎn)生或多或少的地面沉降，在不同程度上影響隧道沿線地面建筑物和地下管線的安全，情況嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)地下管線開裂、地面建筑裂縫、傾斜，甚至坍塌，釀成重大事故，因此對(duì)地層的擾動(dòng)大、造成地表沉降是地鐵盾構(gòu)施工的最大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)予以適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)[2]。

為了防止因沒有準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地質(zhì)和地下障礙物情況而造成的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)線路及地層條件選擇合適的盾構(gòu)機(jī)，地質(zhì)、水文變化較大地段要加密勘察，施工前可通過補(bǔ)充地質(zhì)鉆孔等措施，進(jìn)一步查清地質(zhì)情況，為盾構(gòu)機(jī)選型、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的選取及制定相應(yīng)的輔助措施提供第一手準(zhǔn)確資料。盾構(gòu)機(jī)選型時(shí)也應(yīng)充分考慮地質(zhì)勘測(cè)資料不準(zhǔn)確性的影響，各功能參數(shù)選擇要留有余地。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中要時(shí)刻留意開挖面地層的變化情況，發(fā)現(xiàn)地層與地質(zhì)勘察報(bào)告存在較大差異時(shí)，可利用盾構(gòu)機(jī)本身具有超前地質(zhì)鉆機(jī)及超聲波等超前地質(zhì)探測(cè)裝置，進(jìn)一步對(duì)工作面前方地層進(jìn)行探明，以便早發(fā)現(xiàn)、早處理。盾構(gòu)掘進(jìn)過程如遇到不明地下障礙物時(shí)，應(yīng)立即停止掘進(jìn)，探明情況后再采取措施進(jìn)行處理[3]。

3 結(jié)束語

我國的地鐵與地下工程開發(fā)建設(shè)還只是剛剛起步，任重而道遠(yuǎn)，加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理，是防范地鐵工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，是合理開發(fā)利用地下空間，使地鐵工程符合全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀的要求。

[1]周紅波，何錫興，蔣建軍，等.地鐵盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與應(yīng)對(duì)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006(03).

[2]江洪.聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與識(shí)別[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(S1).

[3]王晶，譚躍虎，王鵬飛，等.地鐵隧道施工過程中風(fēng)險(xiǎn)分析與控制[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009(04).

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Risk prevention in Subway Shield Tunnel Construction

Subway engineering is highly risky and its risk management in construction is widely concerned.The construction and implementation of risk managementsystem are quite urgent.Based on the common risks in shield tunnelconstruction,basic theories ofrisk managementare applied in the construction to effectively analyze and explore risk recognition,risk assessment and specific countermeasures.Thus,the application of risk management in shield tunnelconstruction is elaborated in detail.

subway;shield tunnel;shield machine selection;shield tunneling parameters;risk management;risk recognition;risk assessment

TU94+4

A

1671-9107（2013）05-0032-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.05.032

2013-04-02

范業(yè)蓮（1978-），女，山東人，本科，工程師，研究方向?yàn)槠髽I(yè)安全管理。