城市轨道交通盾构施工中始发试掘进风险识别及应对措施

李济灵

（浙江天成项目管理有限公司，杭州 310005）

杭州机场轨道快线土建施工SGJC-4标段，包含2号区间风井—西溪湿地站区间，采用盾构法施工，区间总体施工示意图如图1所示。本文对施工期间始发试掘进风险的识别进行了分析，提出了相应的应对措施，供大家参考。

图1 区间总体施工示意图

1 工程风险评估及对策

1.1 盾构始发试掘进风险影响的主要因素

盾构始发试掘进风险影响的主要因素极其复杂、繁多，通过区间地质、周边环境的认真研究和分析，并结合以往施工经验，总结认为风险影响的主要因素如下：①盾构机、龙门吊安装吊装安全风险，盾构区间施工端头加固、始发、掘进和组装等施工风险。②因人员管理、制度管理、施工用电、设备吊装、安全防护和消防安全等建设工程行为带来的人身安全风险和财产损失风险。③因施工管理、质量控制措施不到位带来的盾构隧道漏水、结构尺寸偏差、盾构隧道轴线偏差影响盾构始发、接收限界等质量风险。

1.2 风险识别分析

具体内容见表1。

表1 盾构始发试掘进施工风险源识别分析

1.3 始发、接收时突发性事故的预防与处理

1.3.1 洞门凿除时出现涌土、流砂，洞口土体流失（1）风险特征。盾构始发时，在破除车站围护结构后，如果由于大气降水、地表废水、城市自来水管及排水管漏水等通过隧道范围内的孔隙而引起涌水、涌泥或坍塌时，可能出现从刀盘开口或螺旋输送机涌水、涌泥，或从盾构机外壳和原预留洞门间孔隙冲破帘布橡胶的阻挡而涌水或涌泥，进而造成地面沉降。

2）产生风险的原因。第一，洞口的土体加固质量有待提升。在施工中由于各种因素，洞口土体的加固质量并没有达到相关的施工要求和标准，导致在后续施工中容易出现塌方的现象。或者在进行洞口土体加固施工中，存在加固不均匀的问题，进而导致洞口的隔水效果较差，影响洞口土体的质量，造成风险的发生。第二，洞口正面土体失去支护，导致洞口坍塌现象的发生。在进行洞口施工时，施工人员在拆除洞门的混凝土后，未能及时将盾构靠上土体，导致土体得不到及时的支护，进而出现塌方的现象。第三，洞门密封性有待提升。在实际施工中容易出现止水橡胶帘带内翻的现象，从而导致洞口的密封性能不高，容易出现水土流失的现象，造成风险的发生。或者洞门的密封装置出现强度不足的问题，无法承受较高的土压力，从而导致洞门受到挤压，影响洞门作用的发挥。而且在实际施工中，部分盾构外壳上的注浆管等物体也会对洞门的密封性造成影响，导致密封性不达标，进而造成风险的发生。第四，始发、接收时未能及时安装好洞圈钢板，致使洞门装置被顶坏。第五，由于刚开挖时渣土量很小及推进油缸的推力较小，而不能用土压平衡模式或不可能很快转换成土压平衡掘进模式，导致井外大量土体塌入井内。

3）风险控制。第一，做好洞口土体的加固施工。在进行土体加固施工时，施工人员要保证加固的强度和均匀性，进而确保施工质量。第二，做好洞口封门拆除的准备工作。在拆除之前，施工人员要做好各项准备工作，例如做好始发、接收工作等。第三，保证洞门的密封性。在进行密封圈操作时，必须要确保安装的准确性，施工人员要认真观察盾构推进的过程，避免出现盾构在推进过程中对密封橡胶圈造成影响，进而影响洞门的密封性，并且及时在密封圈中加涂润滑剂。为了确保洞门的密封性，施工人员要及时做好扇形钢板的调整，保证密封圈的强度，保证其较高的承受力。在始发盾构时，施工人员要及时降低洞口正面土体的平衡压力，避免对洞门造成不良的影响，影响洞门的密封性。第四，利用螺旋输送机反转，向土仓内加入黏土，以阻止涌水涌泥。待涌水涌泥停止或减少到足够少时，以最短时间恢复生产，尽量加大开挖速度，以便尽早拼装管片，用管片来防止涌水、涌泥及坍塌。

4）风险产生后的补救措施。第一，在凿除过程中若出现塌方、涌水等情况，施工人员要及时做好土面的支撑，避免土体出现坍塌的现象，并及时在地面及洞门口水平进行加固注浆，保证土体。必要时启用基坑外的应急降水井。第二，为了快速恢复洞口的密封性，施工人员需要及时将已经受压变形的密封圈压回到洞口，并且做好弧形板的固定工作，及时调整好密封圈的工作状态。考虑在洞门密封圆环板外加弧形钢板,也可用扇形压板，并用横撑支撑于车站结构和弧形钢板间，以阻止涌水涌泥。第三，做好加固施工。当洞口土体承受较大的压力时，施工人员可以先将钢筋网片和围护的钢筋进行焊接，然后再用钢筋和木板进行支撑，进一步提高洞口的承受力。为了进一步提高土体的承受力，施工人员还应当在围护的外围及洞门进行注浆，进而起到加固的作用。有必要时可注入掺加速凝剂的纯水泥浆液（速凝剂∶水泥=1∶0.05），以提高凝结速度减少土体的流失。

1.3.2 始发托架变形风险控制

1）风险特征。盾构在始发时，始发的托架容易发生变形的现象，从而导致盾构的掘进轴线和设计的轴线之间发生偏离，或者会对洞圈的止水效果造成影响。盾构在接收时，拉坏管片，从而造成各种意外情况发生，例如渗水、管片环缝等，严重影响到盾构的始发、接收。

2）产生风险的原因。一是始发托架不够固定。在进行始发托架设计时，所采用的固定方式不够全面合理，容易发生各种问题，如底板未垫平的问题，从而导致托架不够稳定。此外，始发托架的刚度及强度也难以保证，进而导致托架的稳定性不高。二是存在多次使用始发托架的现象。由于多次使用，托架会产生损耗，进而容易发生各种问题，例如钢材生锈等，从而影响托架的质量和稳定性，导致风险的发生。三是工作人员的影响。在使用始发托架时，工作人员会私自对托架的结构进行更改，进而影响托架的稳定。而且许多工作人员并没有做好托架的专项检查工作，从而造成风险的发生。

3）风险控制。一是选择恰当的始发托架。在选择时，工作人员要对托架的基座结构进行检查，确保该结构的强度和刚度能够符合盾构的工作需要。例如，要确保托架能够承受土体在加固时所形成的反向推力。在选择时，工作人员要做好检查工作，必须要确保托架底板垫平，底板的接触面积要符合基座的安放要求。二是做好始发托架的维修工作。由于许多始发托架都存在多次使用的现象，工作人员必须要定期做好托架的检查和维修工作，确保始发托架的强度和刚度都能够符合相关的要求。

4）风险产生后补救措施，做好修补加固工作。由于托架的多次使用，托架的部分构件容易发生变形或者损坏的现象，所以工作人员不仅要定期进行检查，还要及时维修，针对损坏的构件，要做好修补和加固工作，保证托架的稳定性。当发现托架出现严重的变形现象时，工作人员要及时将盾构脱离出托架，然后再对托架进行修补和加固处理。

1.3.3 盾构后靠支撑系统变形风险控制

1）风险特征。由于受到盾构推进顶力的影响，盾构在始发时，会出现支撑问题，例如发生局部变形或者出现位移过大的现象，这些问题都会对盾构的后靠支撑系统造成严重的影响，导致管片出现碎裂的现象，或者盾构轴线出现超标的现象等，进而导致洞口出现水土流失现象。

2）产生风险的原因。一是盾构推力过大，或受始发推进油缸编组影响，导致盾构后靠支撑体系出现受力不均匀现象，进而产生了应力集中的影响，造成了风险。二是盾构后靠支撑体系的性能不符合要求。例如，受力作用面和构件的强度不达标、钢构件的焊接强度不达标等。在进行混凝土填充时，出现填充不密实或者混凝土强度不达标等问题，进而影响盾构后靠支撑系统的作用。

3）风险控制。一是确保盾构推进时的受力均匀。工作人员要控制好油缸编组，避免出现受力不均匀的问题。二是提高盾构后靠支撑体系的各项性能。针对体系构建的强度和刚度，工作人员要做好校验工作，确保构件的各项性能都符合要求。在进行钢构件焊接时，也要确保焊接的质量。在进行混凝土填充施工时，必须要确保填充密实，还要保证混凝土强度符合施工要求。

2 质量、环保保证措施

2.1 质量保证措施

2.1.1 盾构机始发质量保证措施

要确保盾构机的始发质量：第一，需要做好洞口橡胶止水条的检查，保证安装质量；第二，做好洞圈混凝土的质量检查，保证混凝土的捣固质量和密封性；第三，做好管片和洞圈间隙的填充质量，应当使用硬性浆进行填充；第四，做好监督工作，专职质检员要做好洞门封堵的全过程监督工作，并且对封堵质量进行跟踪检查；最后，控制好盾构的性能指标，特别是强度和刚度要求，确保构件所有指标都达到施工要求。

2.1.2 盾构推进、同步注浆质量保证措施

要确保盾构推进和同步注浆质量：第一，做好对施工人员的专业培训，保证施工质量；第二，做好盾构的测量工作，不仅要进行自动测量工作，还要做好人工校正工作；第三，做好注浆质量和推进进度的控制，确保推进和注浆过程中各项压力的平衡性；第四，加强对施工过程的控制，例如制定详细的注浆过程及控制程序，并且成立专门的队伍来开展工作，保证注浆质量。

2.1.3 隧道轴线质量保证措施

测量在每环拼装后进行，做到勤测勤纠，避免误差积累；曲线段选择合适的管片；隧道衬砌每循环都要测量盾尾间隙。

2.1.4 管片拼装质量保证措施

①做好管片材料的安装和运输。做好管片安装位置的选择，并且确保拟合设计路线和盾构机姿态之间的相符性。为了保证运输质量，工作人员需要制定科学可行的运输方案，并且做好各项预备工作。严格按规范和设计要求正确安装管片防水材料，加强管片运输过程保护。②防止已拼装管片错台。首先安装管片时要做到该环第一块管片与前一环的管片接触紧密、2片管片的曲面要横向水平、2个连接螺栓孔三角必须对齐；然后注意其他顺序，要先抵油缸，再穿螺栓，最后松开管片安装机。要求管片纵缝、环缝错台不能超过2 mm。③防止已拼装管片不破损。要求顶油缸时按照顺序进行施工，顶油缸的顺序为先中间后两边，待F块装好后，必须从1—16号整体检查一遍所有油缸是否顶完顶紧，确保每根油缸都给管片作用力。④防止已拼装管片漏水。要求止水条用专用胶水正确粘贴牢固，如发现已粘贴好的止水条遇水泡涨后须立即更换；在装管片连接螺栓时，两头的密封圈必须得装。⑤防止管片错台导致管片纵缝、环缝漏水。要求对管片连接螺栓进行2次紧固：第1次在F块装完后立刻紧固；第2次在下一环掘进100 mm时必须紧固。⑥防止管片吊装孔及吊装中心表面完好。要求：严禁管片安装司机用高速档旋转抓有管片的管片安装机；油缸顶住管片后严禁操作管片安装机（除松开和离开管片操作）。⑦防止管片螺栓孔内PVC管不破损和不掉落。要求：严禁用铁锤猛击管片连接螺栓；禁止用已损坏的管片连接螺栓。

2.2 环境保证措施

2.2.1 自然环境保护

第一，在施工过程中，工作人员不能私自移除或者破坏周边的树木，而且要做好树木的保护工作，特别是古树木。第二，施工人员要做好施工现场垃圾的清运工作，按照要求，将施工垃圾清运到指定的地点，不能随意丢弃在施工现场周边，避免对周边环境造成影响。第三，必须落实好“门前三包”责任制度，及时处理好施工所产生的垃圾。针对一些特殊的施工废弃物，要进行特殊处理，例如针对可以回收使用的应当尽量回收使用，不能回收的要严格按照规定清运到指定地点，特制的泥浆和固体废弃物要运用特定的车辆进行运输和清理。

2.2.2 噪声污染控制措施

第一，在进行施工时，必须要严格控制好施工现场噪声的大小，减少对周边居民的影响。而且要结合周边居民的作息时间来制定合理的施工时间，例如，施工时间尽量安排在居民的上班时间，避免对居民的休息造成影响。第二，严格控制好施工声音。施工人员应当尽量使用低噪声的机械和设备。如果要使用强噪声的施工设备，应当搭建好封闭式的机棚，机棚的位置应当尽量远离居民住宅区，避免对周边居民造成噪声污染。针对夜间的作业，也要严格控制好声音，如夜间的运输车辆应当禁止鸣笛，而且要轻拿轻放施工材料。

2.2.3 大气污染控制措施

在施工过程中，也会造成大气污染，因此施工人员要制定相应的控制措施。例如，在施工现场，要设置密闭式的垃圾站，并且定期清运垃圾，要对施工材料进行遮盖。施工中，要优先选用电动机械，尽量减少内燃机械对空气的污染，并指派专职人员每天用环境检测仪器负责检测空气质量，并及时汇报和处理。

2.2.4 水污染控制措施

第一，在施工之前，要做好排水设施的建设，保证废水能够按照规定排入到指定的下水道。第二，在进行废水排放时，必须要严格按照相关的标准，不能出现超标排放，避免对周边土体造成污染。例如，食堂要设置隔油池，生活污水不能直接排入到施工场地外面，需要接入到指定的地下水管道中进行排放。

2.2.5 文物保护措施

在施工过程中，全体人员都应当树立良好的文物保护意识，避免对文物造成破坏。如果在施工过程中发现文物，要及时上报给相关的部门，并且按照规定立刻停止施工，协助相关部门做好保护现场的设置。

3 结束语

为了进一步保证盾构施工的安全，工作人员应当要全面且准确地认识到施工中存在的风险，了解风险的产生原因，结合不同的风险，采取不同的应对措施，确保施工质量的同时，又可以进一步保证施工人员的人身安全。