徐 麗 平

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471009)

盾構(gòu)隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)及規(guī)避對(duì)策研究

徐 麗 平

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471009)

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)法施工中常見(jiàn)安全事故原因的分析，論述了盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究的必要性，并對(duì)盾構(gòu)進(jìn)出洞施工風(fēng)險(xiǎn)、開(kāi)挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)、洞內(nèi)塌方事故風(fēng)險(xiǎn)等規(guī)避措施進(jìn)行了研究，以確保項(xiàng)目工程的順利實(shí)施。

盾構(gòu)法，風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避措施，事故

1 盾構(gòu)法施工常見(jiàn)的安全事故

地鐵隧道工程是地鐵建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，任何一種施工方法都會(huì)對(duì)其周邊環(huán)境形成一定的影響。在地鐵隧道的施工建設(shè)中，引發(fā)安全事故的各類事件，從影響對(duì)象的角度來(lái)進(jìn)行劃分，可以將其分為五類：

1)工程結(jié)構(gòu)事故指的是地鐵建設(shè)的過(guò)程中，由于地鐵工程結(jié)構(gòu)原因?qū)е聦?duì)工程整體結(jié)構(gòu)遭到破壞的情況。

2)人員安全事故指的是在施工的過(guò)程中，有第三方人為因素而導(dǎo)致的人員傷亡事故。

3)環(huán)境安全事故指的是工程施工導(dǎo)致的周圍環(huán)境發(fā)生變化，如地表下陷、建筑物沉降、建筑物傾斜等，并由此而引發(fā)的人員及財(cái)產(chǎn)損失；同時(shí)，地下管線的布置被破壞也屬于環(huán)境安全事故。

4)社會(huì)影響事故指的是工程施工中對(duì)社會(huì)所造成的負(fù)面影響，比如由于地鐵施工導(dǎo)致的交通不便、地下管線被破壞引起的群眾不滿等。

5)生態(tài)環(huán)境事故指的是在工程施工中對(duì)自然生態(tài)所產(chǎn)生的負(fù)面影響，比如地下水位變化、徑流改變、河道變化等。

2 地鐵施工安全事故頻發(fā)的原因分析

1)在進(jìn)行具體施工的過(guò)程中，由于地質(zhì)、水文條件存在差異，工程所在區(qū)域擁有較大的異變性，并且由于地下水的作用，導(dǎo)致在地質(zhì)條件勘探的過(guò)程中，會(huì)使工程施工受到不同程度的制約，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)有針對(duì)性的提出解決方案。

2)工程施工環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，地鐵施工多建于城市中心區(qū)域，建筑周邊環(huán)境相對(duì)更為復(fù)雜。對(duì)于地下鋪設(shè)的管線必須要進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算與測(cè)量，如果出現(xiàn)資料不全或者勘察不力的情況，將會(huì)極大的增強(qiáng)工程施工的不確定性。

3)項(xiàng)目工程準(zhǔn)備不足，工序與工期沒(méi)有按照計(jì)劃實(shí)施，導(dǎo)致工期偏緊或者延遲。由于技術(shù)與條件的制約，很多地鐵項(xiàng)目的工期都較為緊張，通常要用將近4年時(shí)間才完成30 km的地鐵線路鋪設(shè)，同時(shí)也有部分施工隊(duì)為了保證工期而忽視質(zhì)量問(wèn)題，反而造成更為嚴(yán)重的安全事故。

4)項(xiàng)目施工管理薄弱，技術(shù)專業(yè)水平低。我國(guó)專業(yè)地鐵建設(shè)人才數(shù)量有限，在全國(guó)大范圍進(jìn)行地鐵施工的過(guò)程中明顯表現(xiàn)出人才緊張的局面，很多地鐵施工人員都是以外來(lái)務(wù)工人員為主要施工力量，只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的崗前培訓(xùn)即上崗，甚至直接將部分工程分包給資質(zhì)不全的承包商，這些都是在施工管理與專業(yè)水平方面所暴露出來(lái)的問(wèn)題。

5)工程建設(shè)安全意識(shí)差，預(yù)警機(jī)制不健全。在地鐵干線的鋪設(shè)過(guò)程中，我國(guó)仍然處于起步階段，地鐵建設(shè)仍然具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，也正因如此，目前我國(guó)地鐵隧道工程事故屢見(jiàn)不鮮，使地鐵建設(shè)產(chǎn)生極為不良的負(fù)面影響。

3 盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究的必要性

隧道工程作為地下工程，相較于其他工程項(xiàng)目具有更高的隱蔽性，在施工技術(shù)方面更為復(fù)雜，存在的不確定性更大，這也使隧道工程具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。特別是我國(guó)城市地區(qū)，地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，若要進(jìn)行隧道建設(shè)，就必須要注重從設(shè)計(jì)到施工全方面進(jìn)行考慮。如果在決策時(shí)沒(méi)有考慮周全，那么將會(huì)提高施工的難度，并引發(fā)極為嚴(yán)重的后果，對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成威脅。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究主要就是針對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)而提供的決策依據(jù)，并且主要是針對(duì)領(lǐng)導(dǎo)層來(lái)推進(jìn)的，具體表現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)層決策的信息、對(duì)工程進(jìn)度的掌控以及資金流向方面。工程風(fēng)險(xiǎn)研究所要完成的核心內(nèi)容是“工程精算”，也就是對(duì)各種可能存在風(fēng)險(xiǎn)的子項(xiàng)都是以費(fèi)用作為標(biāo)尺來(lái)進(jìn)行衡量，而對(duì)工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施量化，使決策更為專業(yè)和準(zhǔn)確，將可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理規(guī)避與化解。對(duì)項(xiàng)目工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與控制，主要就是為了確保項(xiàng)目工程的順利實(shí)施，并在后續(xù)工作中增強(qiáng)其安全性，進(jìn)而使項(xiàng)目的利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)最大化，這也是防控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主旨。

4 盾構(gòu)隧道施工常見(jiàn)事故的規(guī)避措施

4.1 盾構(gòu)進(jìn)出洞施工風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施

國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，盾構(gòu)進(jìn)出洞這個(gè)階段中，其風(fēng)險(xiǎn)主要集中在洞口土體的穩(wěn)定性方面。如今國(guó)內(nèi)發(fā)生的多起盾構(gòu)施工事故也多發(fā)生于這個(gè)環(huán)節(jié)。端頭加固效果差，甚至存在洞口面流水，進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模的塌方事故，更嚴(yán)重的情況可能會(huì)導(dǎo)致地面沉降，牽涉到周邊建筑物的安全，因而必須要采取有效的方法來(lái)確保盾構(gòu)順利的進(jìn)出口地段。1)要對(duì)施工地層的地質(zhì)條件進(jìn)行認(rèn)真研究，使進(jìn)出洞端頭地層的加固長(zhǎng)度要長(zhǎng)于盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度，同時(shí)對(duì)土體開(kāi)挖面穩(wěn)定性較差的區(qū)域必須要構(gòu)建降水措施；2)洞口打開(kāi)前要對(duì)地層加固效果進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試合格后方才準(zhǔn)確開(kāi)啟；3)由于盾構(gòu)機(jī)推力小，同時(shí)地層比較柔軟，這時(shí)要注意盾構(gòu)機(jī)發(fā)生叩頭；4)采用盾構(gòu)法時(shí)，因?yàn)榕c地層之間沒(méi)有摩擦力，要防止盾構(gòu)側(cè)滾，在此階段適宜緩慢推進(jìn)。

4.2 開(kāi)挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施

如果是存在微承壓水的區(qū)域，如果土壓力設(shè)置不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面失穩(wěn)，或者形成流砂，若沒(méi)有對(duì)其給予重視，則很可能會(huì)危及地面上的建筑物，因而需要對(duì)開(kāi)挖面失穩(wěn)采取一定的措施。首先，在正式施工掘進(jìn)前，對(duì)地層土質(zhì)進(jìn)行采樣分析，取得合理參數(shù)，使挖掘的渣土具有流動(dòng)性與止水性，并確保渣土能夠充滿壓力艙；其次，對(duì)土倉(cāng)壓力進(jìn)行控制，避免開(kāi)挖面出現(xiàn)失穩(wěn)；最后，還要對(duì)推進(jìn)速度以及渣土的排土量進(jìn)行控制，確保開(kāi)挖量維持在一個(gè)穩(wěn)定的均衡水平。

4.3 地表發(fā)生過(guò)大沉降風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施

地鐵隧道施工會(huì)對(duì)施工區(qū)域的地層土體產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)隧道周圍地表土質(zhì)產(chǎn)生位移或其他變化，如果沉降過(guò)大，對(duì)周邊建筑物以及地下管線將會(huì)造成影響。對(duì)此，需要構(gòu)建地表監(jiān)測(cè)機(jī)制，并采取一定方法阻止沉降趨勢(shì)加重。首先，在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，要對(duì)周邊建筑物及其管線進(jìn)行考查，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析與處理，對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整；其次，在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，一旦發(fā)生沉降或者塌陷，要指派專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡視，并對(duì)周邊建筑物的情況進(jìn)行細(xì)致勘察；再則，在注漿或二次注漿過(guò)程中，需要對(duì)盾尾建筑空隙進(jìn)行觀察，進(jìn)而控制注漿量以及內(nèi)部壓力，使施工導(dǎo)致的土體變形所造成的影響降到最低；最后，一旦出現(xiàn)沉降過(guò)大的情況，在沉陷區(qū)域要采取地表注漿，以此來(lái)增強(qiáng)地基的牢固性，避免沉降范圍擴(kuò)大。

4.4 洞內(nèi)塌方事故風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施

掘進(jìn)過(guò)程中一旦出現(xiàn)塌方事故，要立刻對(duì)造成塌方的原因進(jìn)行分析，并啟動(dòng)應(yīng)急機(jī)制，避免地面產(chǎn)生更大范圍的沉降，確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利通過(guò)沉降處。首先，如果發(fā)生事故，要盡快切斷四周地表水，避免下水滲透導(dǎo)致更嚴(yán)重的塌方；其次，在加大注漿量的同時(shí)要對(duì)注漿質(zhì)量進(jìn)行核審，避免沉降范圍擴(kuò)大；再則，要對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)速度與出土速度進(jìn)行控制，進(jìn)而控制好內(nèi)部土壓，平衡內(nèi)外部壓力，使地表沉降量有所降低；最后，技術(shù)人員要對(duì)周邊地質(zhì)水文條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。

5 國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道施工事故案例

5.1 上海地基土層概述

上海地處長(zhǎng)江入?？冢L(zhǎng)江三角洲腹地，其第四紀(jì)堆積物厚度約為300 m。在地表下75 m以上含有3個(gè)海相軟土層，其中土壤含水率高，土質(zhì)空隙明顯，壓縮性強(qiáng)。上海地區(qū)地下水在地表以下1 m范圍，微承壓含水層承壓水頭距離地表3 m～6 m；深層承壓水頭距離地表6 m～11 m，最深處在25 m左右。

5.2 地下工程施工

施工過(guò)程中，盾構(gòu)深度約為10 m～25 m，土層屬高塑性、高靈敏度飽和土，地質(zhì)疏松，蠕變量偏大，容易產(chǎn)生流砂、坍塌、管涌等情況。車站底板埋深在13 m～18 m之間，個(gè)別車站埋深達(dá)到30 m，因而基坑支護(hù)的牢固性尤其重要。

5.3 事故案例分析

1)事故情況。

2003年7月1日凌晨，上海軌道交通4號(hào)線，越江隧道段施工作業(yè)面中，由于涌入大量水以及流砂，導(dǎo)致隧道坍塌。周邊建筑物嚴(yán)重傾斜，黃浦江防汛墻圍堰出現(xiàn)管涌，由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理得當(dāng)，并未造成人員傷亡。不過(guò)，就此估算其直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到1.5億元，原地修復(fù)造價(jià)約7億元。

2)事故原因分析。

a.設(shè)計(jì)因素。在設(shè)計(jì)方面對(duì)原有的凍結(jié)方案進(jìn)行了調(diào)整，凍土平均溫度進(jìn)行了下調(diào)，由原方案中的-10 ℃調(diào)整為-8 ℃；旁通道處垂直凍結(jié)管數(shù)量下調(diào)，原方案中設(shè)計(jì)為24根，具體工程施工中為22根；原方案中25 m深的7根凍結(jié)管中4根長(zhǎng)度縮短到14.25 m，另外3根長(zhǎng)度縮短至16 m，導(dǎo)致旁通道與下行線隧道腰線以下凍土層不實(shí)，無(wú)法承受相應(yīng)的水土壓力。這份方案的調(diào)整為事故的發(fā)生埋下了隱患，整體施工方案程序?qū)彾ú灰?guī)范，在下達(dá)決策時(shí)不慎重，設(shè)計(jì)與施工存在不足，對(duì)施工條件下相關(guān)系數(shù)的確定不準(zhǔn)。

b.施工因素。2003年6月28日上午，隧道下行小型制冷劑出現(xiàn)故障停止制冷達(dá)7.5 h。施工人員進(jìn)行技術(shù)勘察時(shí)，在其內(nèi)部安裝水文觀測(cè)孔，發(fā)現(xiàn)存在壓力水并滲漏，用模板對(duì)掘進(jìn)面進(jìn)行封堵，但收效甚微。29日凌晨，水閥指示水壓與外部第七層承壓水水壓相近，險(xiǎn)情初露端倪，但現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人向相關(guān)上級(jí)匯報(bào)，并造成險(xiǎn)情逐漸惡化。7月1日零時(shí)，中煤上海分公司某項(xiàng)目經(jīng)理在清楚通道凍土結(jié)構(gòu)有安全隱患的情況下，仍然指揮當(dāng)班班長(zhǎng)，執(zhí)意拆除凍土前掘進(jìn)面封板，使用風(fēng)鎬鑿出直徑0.2 m的孔洞，準(zhǔn)備注入混凝土，但水和流砂從此孔洞不斷涌出，同時(shí)掘進(jìn)面右下角以及側(cè)墻也不斷出現(xiàn)滲漏，最終封堵無(wú)效導(dǎo)致事故的發(fā)生。

c.管理因素。盡管新的凍結(jié)方案經(jīng)過(guò)總工程師批準(zhǔn)，但在審批流程方面并沒(méi)有按照相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行，沒(méi)有交由總承包方以及監(jiān)理公司進(jìn)行核定，而總承包方以及監(jiān)理公司在知悉施工方案改動(dòng)后，沒(méi)有履行職責(zé)將施工方的要求向上級(jí)報(bào)送，也沒(méi)有對(duì)調(diào)整后的方案進(jìn)行更為具體的考查與分析。其中，總承包方存在管理失控之責(zé)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理嚴(yán)重失職。

6 結(jié)語(yǔ)

施工安全與風(fēng)險(xiǎn)防范管理在工程項(xiàng)目建設(shè)中至關(guān)重要，是項(xiàng)目工程順利實(shí)施的基礎(chǔ)前提。盾構(gòu)隧道工程存在很高的隱蔽性，并且內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜多變，各種不確定因素都使其存在施工風(fēng)險(xiǎn)。多數(shù)事故并不是由一種原因造成，而是受多種危險(xiǎn)因素的影響而產(chǎn)生的。因此，在盾構(gòu)隧道施工項(xiàng)目中必須要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，事無(wú)巨細(xì)，只有這樣才能有效確保工程的質(zhì)量。本文著重對(duì)盾構(gòu)施工所存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行闡述，并且提出了可行性的方案與對(duì)策，對(duì)規(guī)避盾構(gòu)施工中的各種風(fēng)險(xiǎn)具有積極的理論與實(shí)踐意義。

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Study on shielding tunnel construction risks and preventive measures

Xu Liping

(ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd,Luoyang471009,China)

The paper analyzes common shielding tunnel construction safety accidents causes, discusses the necessity of studying shielding tunnel construction risks, and discusses preventive measures to shielding tunnel exit construction risks, excavation instability risks and internal tunnel collapse accidents and so on, with a view to guarantee smooth engineering implementation.

shield method, risk, preventive measures, accident

2015-01-10

徐麗平(1976- )，女，工程師

1009-6825(2015)08-0188-02

TU455.43

A