摘要 某盾構(gòu)區(qū)間與線路上方機場下穿通道存在交叉作業(yè)施工，文章從風(fēng)險概率及風(fēng)險損失方面對盾構(gòu)停機風(fēng)險進行了分析，并對盾構(gòu)停機前后提出了相應(yīng)措施。結(jié)果表明，黏土地層盾構(gòu)停機風(fēng)險為二級，應(yīng)盡量避免停機，確需停機應(yīng)縮短停機時間，并嚴格落實停機前及復(fù)推的各項措施，同時加強地面監(jiān)測及巡視。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)；停機；復(fù)推；地表沉降

中圖分類號 U455.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0192-03

0 引言

盾構(gòu)停機的風(fēng)險概率受多種因素的影響，在黏土地層中，由于土壤含水量較高，土體穩(wěn)定性較差，容易引發(fā)塌陷或變形等問題。特別是在地鐵工程施工中，該工程涉及復(fù)雜的地下和地上結(jié)構(gòu)，因此在施工過程中需特別關(guān)注盾構(gòu)機在黏土地層地質(zhì)條件下的運行狀況，尤其是停機操作可能帶來的風(fēng)險。為確保施工安全與順利進行，應(yīng)盡量避免不必要的停機；如確需停機，則應(yīng)盡可能縮短停機時間，并嚴格執(zhí)行停機前及復(fù)推的各項措施，同時加強地面監(jiān)測與巡查。

1 工程概況

某盾構(gòu)區(qū)間隧道由中間風(fēng)井始發(fā)，向東北方向轉(zhuǎn)入濱江濱海路后敷設(shè)，后在S203前向東南方向轉(zhuǎn)入機場高速敷設(shè)。采用φ8590氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機進行掘進施工，設(shè)置7座聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間盾構(gòu)先后長距離側(cè)穿機場高速（1 400 m）、下穿仙岐IV號小橋和DN250燃氣管，側(cè)穿中航油加油站、機場高速箱涵橋，下穿機場路廣告牌、側(cè)穿南進場路B點樁基、下穿機場二期翔匯路4號通道（總長515 m，其中暗埋段長約211 m，U形槽段長304 m，基坑寬度約22 m，開挖深度為10.3～12.2 m，所處地層為lt;2-4-1gt;淤泥質(zhì)土、lt;2-4-2gt;粉質(zhì)黏土層）。區(qū)間總平面見圖1所示。

區(qū)間沿線穿越的主要地層有雜填土、耕植土、填砂、粉質(zhì)黏土、粉細砂、淤泥質(zhì)土、泥質(zhì)粉細砂、（含泥）粉細砂、中細砂、（泥質(zhì)）細砂、（泥質(zhì)）粉細砂、（含砂）圓礫、（含泥）粗中砂、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖。區(qū)間結(jié)構(gòu)主要穿越淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、（含泥）粉細砂。區(qū)間沿線地表水發(fā)育，并分布有成片池塘。

根據(jù)工籌安排，盾構(gòu)下穿施工與下穿通道基坑開挖存在交叉作業(yè)的施工風(fēng)險。為減少土層擾動，下穿通道基坑開挖期間盾構(gòu)應(yīng)停機等待，該文對盾構(gòu)長時間停機風(fēng)險進行討論分析。

2 風(fēng)險論述

盾構(gòu)停機過程及恢復(fù)推進會對周邊環(huán)境造成較明顯的附加擾動影響。

地面塌陷風(fēng)險。盾構(gòu)停機過程對周邊環(huán)境造成較明顯的擾動；黏土在水的浸潤作用下易導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散及強度降低，進而軟化、剝落，在開挖面上方形成局部孔洞；隨著時間延長，局部孔洞向上發(fā)展貫穿地表，造成地表塌陷[1]。此外，盾構(gòu)機在長時間停機后重新啟動時，泥水繼續(xù)滲入土體，導(dǎo)致土體軟化和崩解。隨著掘進施工的恢復(fù)，擾動作用使得孔洞向上擴展，上部及周圍的土體逐漸剝落，在孔洞下方形成松散的堆積體，從而引發(fā)地表出現(xiàn)少量附加沉降。當(dāng)盾尾通過停機位置時，如果注漿量不足以填充并滲透松散土體的孔隙中，孔洞將繼續(xù)向上擴展，地表附加沉降也會隨之增加，最終孔洞可能貫穿整個黏土地層。此外，由于砂土地層和松散填土地層的強度較低，無法形成有效的拱效應(yīng)，這可能導(dǎo)致地表突然發(fā)生塌陷。

（2）姿態(tài)超限、管片破損等風(fēng)險。因盾構(gòu)機自身較重，軟土地層長時間停機時將壓縮下臥土層，加大了該位置已完成拼裝的管片沉降，使管片不均勻沉降過大，受力不均；恢復(fù)掘進時，姿態(tài)難以控制，且極易因受力不均勻造成管片破損。

（3）其他影響。長時間停機容易造成盾構(gòu)機液壓管破裂、管片拼裝機失靈、泥漿管堵塞破裂等，以及對周邊環(huán)境造成較明顯的附加擾動影響，如上方地層損失、掌子面土壓平衡破壞等[2]。

3 風(fēng)險評估

3.1 風(fēng)險評估方法

（1）風(fēng)險評估的參考標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險量為風(fēng)險發(fā)生的概率估值與風(fēng)險發(fā)生后可能造成的損失估值的乘積。地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險發(fā)生的可能性，一般是采用概率或頻率作為衡量指標(biāo)，見表1所示：

軌道交通施工的風(fēng)險損失評估，應(yīng)綜合考慮五個方面：人員傷亡、經(jīng)濟損失、工期延誤、環(huán)境破壞及社會影響，以全面評定風(fēng)險損失的嚴重程度。人員傷亡等級標(biāo)準(zhǔn)見《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》（GB 50652—2011）表3.2.3～3.2.7中的相關(guān)要求。

風(fēng)險損失等級標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。

（2）風(fēng)險評估的分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)工程建設(shè)風(fēng)險發(fā)生的可能性和綜合損失等級，將地鐵建設(shè)工程風(fēng)險等級分為四個級別，建立風(fēng)險分級矩陣，具體見《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》表3.3.1～3.3.2中的相關(guān)要求，Ⅳ級到Ⅰ級由輕到重依次排序。不同等級風(fēng)險一般對應(yīng)不同的預(yù)防處置方案。從工程建設(shè)初步設(shè)計階段，就應(yīng)綜合周邊地質(zhì)、環(huán)境等考慮工程的風(fēng)險等級，對風(fēng)險等級進行初步判斷，再綜合考慮施工現(xiàn)場周邊環(huán)境設(shè)施、風(fēng)險單元等級及相互影響關(guān)系，最終邀請業(yè)內(nèi)專家進行評審并結(jié)合以往工程建設(shè)經(jīng)驗對等級進行適當(dāng)調(diào)整，以確定最終的風(fēng)險等級。風(fēng)險等級打分及對應(yīng)等級見表3所示。

3.2 風(fēng)險源辨識與評價

結(jié)合現(xiàn)場資源配置情況、技術(shù)能力狀況、當(dāng)?shù)貧庀?、水文條件，以及隧道段地質(zhì)情況，對施工過程中存在的危險因素進行辨識和評價，然后根據(jù)評價結(jié)果對風(fēng)險等級較大的風(fēng)險源采取控制措施。風(fēng)險源辨識如表4～5所示。

4 建議措施

4.1 盾構(gòu)停機前主要措施

為確保盾構(gòu)機在長時間停機期間不發(fā)生沉降、不出現(xiàn)泄漏，并能隨時恢復(fù)掘進，必須選擇停機位置，使其底部具備良好的承載能力，拱頂應(yīng)具有充足的支撐力；與外界接觸部位密封良好，盾構(gòu)機在停機過程中應(yīng)維修保養(yǎng)到位[3]。

（1）停機位置的確定

停機位置的選擇關(guān)系隧道及地面的穩(wěn)定，盾構(gòu)機停機位置的地層條件應(yīng)選擇承載力相對較高的地層；承載力不足時建議提前對停機位置進行注漿加固。

（2）姿態(tài)控制

根據(jù)勘察報告、實地情況，以及以往盾構(gòu)停機的經(jīng)驗：由于盾構(gòu)機頭部較重，為防止其在停機時出現(xiàn)“磕頭”或下沉現(xiàn)象，需要綜合考慮盾構(gòu)機所處區(qū)域的坡度和土層條件。在停機前，應(yīng)確保盾構(gòu)機的實際軸線略高于設(shè)計軸線，且盾構(gòu)機頭部位置略高于尾部，以維持整體穩(wěn)定性[4]。

（3）盾構(gòu)機與外界接觸部位的防水措施

在盾構(gòu)施工過程中，與外界環(huán)境接觸的主要位置包括主軸承密封處、鉸接部位及盾尾。

1）在推進至距離停機環(huán)5環(huán)左右時，將鉸接千斤頂回縮至收回狀態(tài)。2）停機前對最后一環(huán)管片盾尾間隙進行嵌縫封堵。3）在盾構(gòu)推進施工過程中進行注漿時，優(yōu)先選用比重較大的單液漿，并確保其及時、足量且均勻壓注，以保證建筑空隙得到充分而密實的填充。4）盾構(gòu)機停機后，及時進行二次注漿（盾尾后10～15環(huán)）。

（4）同步注漿及二次注漿

盾構(gòu)同步注漿主要為填充土體與管片環(huán)之間的建筑間隙，減少后期變形，應(yīng)做到及時、均勻、足量，確保其建筑空隙得以及時充填，停機前應(yīng)調(diào)整同步注漿配比，減少其含沙量，避免漿液裹住盾尾，造成恢復(fù)推進困難。

二次注漿目的是穩(wěn)定成形隧道，阻斷隔開隧道后方的地下水。在壓漿過程中，安排專人負責(zé)，對壓入位置、注漿量和注漿壓力進行詳細記錄。同時，根據(jù)地層變形的監(jiān)測信息及時調(diào)整壓漿參數(shù)，以確保壓漿工序的施工質(zhì)量。

（5）監(jiān)控測量

監(jiān)控量測分為周邊環(huán)境監(jiān)測、隧道拱底隆沉監(jiān)測、盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測等，停機期間應(yīng)做到環(huán)境監(jiān)測點的加密布置、拱底隆沉監(jiān)測頻率加密，盾構(gòu)姿態(tài)應(yīng)采用自動測量系統(tǒng)，每天測量并做好記錄。

4.2 恢復(fù)掘進措施

在停機過程中，必須確保盾構(gòu)機能夠隨時恢復(fù)掘進。影響盾構(gòu)機正常運行的主要因素包括刀盤抱死、設(shè)備維護不當(dāng)導(dǎo)致的故障，以及注漿管路堵塞等。針對這些問題，可以采取以下措施：

（1）向土倉內(nèi)注入高濃度膨潤土置換土倉內(nèi)的渣土（停機前3～5環(huán)），定期旋轉(zhuǎn)刀盤，防止刀盤抱死。

（2）停機后向中盾構(gòu)機周圍徑向注漿孔注入濃膨潤土漿液，防止盾體被周圍土體固結(jié)。

5 結(jié)束語

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，黏土地層中的盾構(gòu)停機風(fēng)險評估為Ⅱ級，屬于中等風(fēng)險級別。如果發(fā)生盾構(gòu)停機事故，可能會導(dǎo)致一系列的嚴重后果，如隧道結(jié)構(gòu)損壞、施工進度延誤、經(jīng)濟損失等。特別是在機場下穿通道附近施工時，任何意外情況都可能影響機場的正常運營，進而造成更大的社會和經(jīng)濟影響。因此，必須充分考慮這些潛在的風(fēng)險損失，通過科學(xué)合理的風(fēng)險管理措施，可以有效降低盾構(gòu)停機帶來的風(fēng)險，確保地鐵工程的安全順利進行。

參考文獻

[1]張亞洲，閔凡路，孫濤，等.硬塑性黏土地層泥水盾構(gòu)停機引起的地表塌陷機制研究[J].巖土力學(xué)， 2017（4）：1141-1147.

[2]何彥承，童磊，劉興旺，等.考慮停機影響的軟土盾構(gòu)隧道施工變形性狀分析[J].四川建筑科學(xué)研究， 2020（S1）：48-55.

[3]張平，劉國棟.淺談盾構(gòu)機掘進過程中長時間停機措施[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化， 2019（8）：91-92.

[4]吳意.城市地鐵隧道盾構(gòu)機停機保障措施[J].居舍， 2019（24）：154-155.

收稿日期：2025-01-06

作者簡介：鄭彬（1990—），男， 碩士研究生，工程師，主要從事安全科學(xué)與工程方面的研究工作。