基于风险分析的软土地区盾构进出洞施工管理

申通地铁上海轨道交通十号线发展有限公司 上海 201103

1 工程概况

上海市轨道交通某区间隧道工程线路单线长782.83 m，隧道内径5 500 mm、外径6 200 mm，最小平面曲线半径799.93 m，采用外径6 340 mm的土压平衡式盾构机进行施工。

该区间隧道工程中1 条隧道需要穿越1 座措施井，所以整个工程需要实施3 次进洞和3 次出洞，所涉及土层主要为④、⑤1、⑤2层。其中，④层淤泥质黏土、⑤1层粉质黏土具有明显的触变和流变特性，在动力作用下土体结构易破坏，造成土层流动以致开挖面失稳。⑤2层砂质粉土层在水头压力作用下易产生流水、流砂，引起开挖面失稳和地面下沉。

2 盾构进、出洞位置的环境情况

2.1 始发井出洞时的土质情况和周边环境情况

盾构机在始发站出洞后9 m即需下穿新建的综合管沟。管沟在隧道轴线上的投影长度为10 m，盾构顶距管沟底3.2 m。盾构出洞土层为④、⑤1层，盾构开挖面底部侵入⑤2层砂质粉土层。

2.2 措施井进、出洞的土质情况和周边环境情况

1 条隧道在中途设置措施井1 座，施工中盾构需要在措施井处实施1 次进、出洞。盾构机在措施井的进、出洞施工均为全断面的⑤2层砂质粉土层。

2.3 到达井进洞的土质情况和周边环境情况

盾构机在到达井进洞时处于全断面⑤2层砂质粉土层中，并且在距接收井15 m处有1 幢7 层砖混结构房屋，该建筑物对于沉降极为敏感，对建筑物的保护是本工程最大的难点。

3 风险控制[1-4]

经风险分析，本区间进、出洞段的风险因素总计11 项，其中可接受级风险的有3 项，不可接受级风险的有2 项。针对严重于可接受级风险制定以下应对措施，对于其他的风险采用技术交底、施工现场管理制度等方法来进行控制。

3.1 开口负环碎裂失稳

盾构在始发站出洞的后靠体系采用了部分开口环的形式，后靠设施由负环管片、Π形钢构件、Φ609 mm纵梁钢管以及钢后座等组成。出洞反力通过上述传力结构传至端头井中的钢筋混凝土结构之上。由于采用开口环拼装形式，降低了管片的整体受力稳定性，容易造成管片碎裂。

在盾构机的出洞施工过程中，合理控制盾构的总推力、推进速度，尽量使千斤顶合理编组，使开口负环管片均匀受力，避免应力集中。刚刚出洞时，由于洞外土体已经加固，土压力很小，无需按常规土压设定掘进参数。此时推力的大小完全取决于掘进速度，瞬间施加的推力过猛，会造成后坐反力过大，负环受力不均，局部压应力超过管片受压极限强度而破坏。

3.2 工作面漏水、漏砂甚至坍塌

土体加固是盾构进、出洞中相当重要的一个组成部分，质量良好的加固可避免盾构进、出洞时工作面漏水、漏砂甚至坍塌的风险。

本区间工程在措施井和到达井进、出洞施工所涉及的土层中均包含有⑤2层砂质粉土层，始发站盾构出洞时，掘进面的下部也侵入⑤2层砂质粉土层。

本区间盾构土体加固的原设计方案采用搅拌桩结合旋喷桩的形式，考虑到每次进、出洞施工均涉及到⑤2层，在每次进出洞施工时均增设了降水井进行辅助施工。

措施井与到达站盾构进出洞施工时，洞门全断面土层均为⑤2层灰色砂质粉土层。由于加固深度较深，深层搅拌桩的垂直精度为0.4%，各桩体底部不能确保搭接，加固不能确保隔断⑤2层微承压水的渗流通道，存在出洞口涌水、涌砂的重大风险。因此对该风险点在搅拌桩加固区与地下连续墙之间的土体加固增加了隔断渗水通道效果较好的冻结法。

3.3 洞门橡胶帘布板失效漏水

选用质量能够得到保证的密封帘布板，正确安装洞门密封装置，盾构出洞时合理操作，防止止水橡胶帘带内翻。同时提高洞门密封装置的强度，以承受较高的土压力，避免受挤压而破坏。盾构完成出洞后及时进行洞圈注浆加固，对洞圈渗漏点进行封堵。

为保证洞口的止水效果，在洞圈内增加设置1 道加长的盾尾刷，因为盾尾刷具有一定的强度和弹性，在进、出洞过程中可以保持完好，保证了进、出洞过程中不发生漏水。

3.4 盾构姿态控制错误无法出（进）洞

如果因盾构姿态控制错误盾构无法出（进）洞，将造成已建成隧道的报废，发生严重的质量事故。为防止此类事故的发生，必须提前认真复核盾构姿态和门洞的坐标，搞清两者的相互关系，发现偏差及时纠正。

3.5 洞口周围地面严重沉降

本区间工程盾构在到达井进洞时需首先下穿1 幢对沉降较为敏感的7 层砖混结构建筑，且该建筑物离到达井仅15 m，因此一旦洞口周边地面沉降严重将造成极其严重后果。

针对到达井站盾构进洞处于全断面⑤2层砂质粉土层的情况，方案中扩大了盾构进洞的土体加固范围，加固厚度达到了10 m（原设计厚度为3.5 m），大于盾构机的长度，确保了在盾构机刀盘靠上地下连续墙后能够通过脱出盾尾的管片进行注浆，从而封堵盾构机与加固土体之间的渗漏通道。同时，为了降低盾构进洞阶段的沉降风险，盾构机的进洞施工采用二次甚至是多次进洞的施工工艺，发现盾尾后部沉降过大及时用环形钢板封堵盾构机与洞圈的间隙，封堵后及时注浆充填，待充填注浆的浆液固结后继续进洞过程。

加大了加固厚度后，每次进洞加固的数量增加了2 000 m3，措施费用增加50 万元，远小于可能发生的风险损失。

4 施工风险管理组织措施[5,6]

工程施工随着各工序的转换，风险也在不断的变化，各项风险的发生概率及其损失也是动态的。因此业主、监理和施工单位组建风险管理机构、建立有效的风险管理机制和工作流程，及时了解、沟通工程风险信息，使风险管理真正落到实处是十分必要的。

对工程风险状态进行跟踪与管理，督促风险规避措施的实施，同时及时发现和处理尚未辨识的风险，施工风险跟踪管理流程见图1。

图1 施工风险跟踪管理流程

5 结语

施工风险管理是工程项目管理的重要组成部分，成功的隧道工程项目风险管理依赖于对风险因素的事前识别和预先采取有效的控制措施。上述研究成果不仅为本盾构区间的施工顺利进行提供了技术支持，也为今后类似隧道施工风险管理提供宝贵的实践经验。