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53现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 2 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.2 No.7Apr.2023盾构施工环境风险源分析及控制措施申 亮（深圳市特区铁工建设集团有限公司，广东深圳 518034）摘 要：施工风险包括自身风险和环境风险两种。将城市地铁小盾构施工所面临的环境风险作为研究的对象，根据国家风险等级及控制标准，对案例工程盾构施工区域内风险源进行了识别，并确定了风险源的风险等级。通过有限元数值模型对各风险源进行了沉降和水平变形模拟分析，提出了可行的控制措施，对本工程盾构施工起到了指导性的作用。关键词：盾构施工；风险源；控制措施中图分类号：U455.43;U231.3 文献标识码：AAnalysis and Control Measures Of Environmental Risk Sources in Shield ConstructionShen Liang(Shenzhen Special Zone Railway Construction Group Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518034)Abstract:Construction risks include self-risk and environmental risk.This paper takes the environmental risks faced by subway shield construction as the research object,and identifies the risk sources in the shield construction area according to national risk levels and control standards,and determines the risk levels of the risk sources.The finite element numerical model was used to simulate the settlement and horizontal deformation of each risk source,and proposed feasible control measures,which played a guiding role in the shield construction of this project.Keywords:shield construction;risk source;control measures 作者简介：申亮（1988），男，深圳市特区铁工建设集团有限公司业务经理、工程师，研究方向为盾构施工环境控制。当前，地铁建设进入快速发展期，工程规模不断扩大，越来越受到社会的关注。盾构隧道在当今地铁建设中被广泛应用1-5。但是盾构施工常常受到各种地质因素的限制，而且由于工程周围复杂的地下设施，施工难度和建设风险大大增加，安全事故不断出现6-10。本文以盾构施工环境风险源为研究对象，首先介绍了风险源分类及划分规则，然后针对本案例地铁盾构施工环境风险源的特点，拟定了预防和控制措施。1 区间概况盾构区间长587.6m，从复兴路站始发，彭刘杨路站接收。管片外径为6.2m，管片厚0.35m。左线设置“人”字坡，右线设置“V”字坡，左右线平面局部重叠，左右线空间最小净距2.3m。隧道左线覆土厚度6.711.5m，右线覆土厚度10.416.0m。本区间左线隧道近距离侧穿一混3楼房，过读书院后侧穿首义师苑砼17裙楼砼3楼房，过彭刘杨路后侧 穿楚天国际，右线与拟建市政隧道最小净距1.4m，通过设置上下错落段隧道，平面上避开了市政隧道，如图1 所示。图1 工程平面位置2 风险等级划分及控制标准2.1 风险等级划分依据（1）环境设施重要性分类11如表1所示。54现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期表1 环境设施重要性分类环境设施类别环境设施重要性类别重要设施一般设施地面和底下轨道交通既有城市轨道交通线路和铁路既有地面建（构）筑物省市级以上的保护古建筑，高度超过 15 层（含）的建筑，年代久远、基础条件较差的重点保护的建筑物，重要的烟囱、水塔、油库、加油站、气罐、高压线铁塔等15 层以下的一般建筑物；一般厂房、车库等构筑物既有地下构筑物地下道路和交通隧道、地下商业街及重要人防工程等地下人行过街通道等既有市政桥梁高架桥、立交桥的主桥等匝道桥、人行天桥等既有市政管线雨污水干管、中压以上的煤气管、直径较大的自来水管、中水管、军用光缆等，其他使用时间较长的铸铁管、承插式接口混凝土管小直径雨污水管、低压煤气罐、电信、通信、电力管（沟）等既有市政道路城市主干道、快速路等城市次干道和支路等水体（河道、湖泊）江、河、湖和海洋一般水塘和小河沟绿化、植物受保护古树其他树木（2）不同施工方法与周围环境设施的邻近关系如 表2所示。表2 不同施工方法与周围环境设施的邻近关系施工方法非常 接近接近较接近不 接近说明明挖法盖挖法 0.7H0.71.0H1.02.0H2.0HH 为地下工程开挖深度或埋深矿山法（包括钻爆法、浅埋暗挖等）0.5B0.51.5B1.52.5B2.5BB 为矿山法隧道毛洞宽度，当隧道采用爆破法施工时，需研究爆破振动的影响盾构法顶管法 0.3D0.30.7D0.71.0D1.0DD 为隧道的外径沉井法 0.5H0.51.5H1.52.5H2.5HH 为地下结构埋深（3）城市轨道交通地下工程施工环境影响的风险 分级如表3所示。表3 城市轨道交通地下工程施工环境影响的风险分级风险等级环境设施分类相邻位置关系说明级邻近重要设施非常接近 注意分析地下工程施工方法及穿越邻近形式；需考虑现场邻近设施保护要求和特点进行具体分析；风险评估可根据施工方法适当进行等级调整。级邻近重要设施接近一般设施非常接近级邻近重要设施较接近一般设施接近级邻近重要设施不接近一般设施较接近2.2 环境风险控制标准2.2.1 建筑物桩基变形控制标准不均匀沉降是造成高层建筑物危害的主要原因，桩基建筑物的整体倾斜值必须控制在 建筑桩基技术规范（JGJ 942008）规定的范围内12，如表4所示。表4 建筑桩基沉积变形允许值变形特征允许值多层和高层建筑的整体倾斜Hg 240.00424 Hg 600.00360 Hg 1000.0025Hg 1000.0022.2.2 建筑物浅基础变形控制标准根 据 城 市 轨 道 交 通 工 程 监 测 技 术 规 范（GB 509112013）相关变化值控制范围13如表5所示。表5 浅基础检测控制变形特征沉降变化速率差异沉降浅基础沉降（+10-30mm）一级风险源15mm2mm/d0.0015L二级风险源30mm3mm/d0.001L注：L为相邻基础的中心距离。2.2.3 穿越既有轨道控制标准根据GB 509112013第9.3.5条，地铁隧道沉降累计控制值有如下规定：对既有隧道的影响隧道结构上浮控制标准为5mm，沉降控制标准为10mm。2.2.4 铁路变形控制标准根据下穿国家铁路的施工经验，结合相关铁路线路修理规则一级武汉地方铁路局文件，确定本项目下穿国家铁路控制标准为：轨道平面高点和低点差距6mm，道岔区域轨道平面高点和低点差距6mm，缓和曲线5mm。2.2.5 穿越既有城市道路控制标准当无地方工程经验时，对风险等级较低且无特殊要求的高速公路与城市道路，根据GB 509112013第9.3.4条，城市道路累计控制值具体详见表6。表6 路基沉降控制值监测项目累计变化值（mm）速率（mm/d）沉降一二级城市道路10303三级城市道路204035555建造科技3 盾构区间环境风险源分析及控制措施3.1 风险源分析3.1.1 小净距盾构施工在右DK12+300右DK12+520里程范围为小净距盾构施工（图2），线路上下错开，左右线隧道空间净间距小于0.7倍盾构直径。左右线平面净距最小0.2m，空间净距最小2.3m。隧道左线覆土厚度7.411.5m，右线覆10.416.0m。隧道穿越粉质黏土层、黏土夹碎石等地层，左线局部穿少量的1-2a素填土混淤泥。根据表2规定，该环境风险等级为级。图2 近距离隧道平面位置对该范围隧道进行加固和不加固两种情况进行了有限元沉降模拟对比分析，如图3、图4所示。图3 加固前隧道沉降云图图4 加固后隧道沉降云图根据有限元沉降云分析可知，在严格控制盾构超挖量，及时进行同步注浆和二次注浆，并进行隧道洞内注浆处理地层的情况下，两条隧道开挖完成后，加固前隧道沉降为10.0mm，管片收敛14mm0.002D=12.4mm，变形不满足，加固后隧道沉降5mm，管片收敛8mm，变形符合相关技术规范中隧道的净空收敛变形要求（12.4mm）。3.1.2 侧穿拟建市政隧道右DK12+200右DK12+500侧穿拟建市政隧道，其中右DK12+300右DK12+500为盾构小净距段隧道侧穿，与市政隧道平面最小净距1.4m（图5），空间净距0.3D。盾构穿越10-2黏土夹碎石及10-2b粉质黏土地层。根据相关技术规范GB 506522011中条文说明可评定该环境风险等级为级。图5 侧穿拟建市政隧道平面位置及剖面若地铁隧道先施工，根据有限元模型拟合分析（图6）可知市政隧道施工引起地铁隧道底沉降3mm5mm控制标准，满足要求。图6 地铁先施工侧穿拟建市政隧道沉降云图若市政隧道先施工，根据有限元模型拟合分析（图7）可知地铁隧道施工引起市政隧道U型槽最大沉降为6.2mm10mm控制标准，暗埋段最大沉降2.4mm，满足要求。图7 市政隧道先施工侧穿拟建市政隧道沉降云图3.2 风险控制措施3.2.1 小净距盾构施工风险控制措施施工时采用“先下后上”施工，对重叠区域内隧道申 亮：盾构施工环境风险源分析及控制措施56现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期净距4.2m范围土体采用的加固方法为三轴搅拌桩，所用的水泥参量根据位置不同有所调整，其中洞身范围外1m，该区域为强加固区，水泥掺量大一些，为20%；重叠区域顶至地面，该区域为弱加固区，水泥掺量小一些，为7%。加固后的土体应具有良好的均匀性，其强度（无侧限抗压）指标1MPa。对于左右线局部重叠段，除采用地面加固、“先下后上”施工方法外，掘进上行隧道过程中对已施工的下部隧道洞内架设钢支撑，以增强其整体刚度。3.2.2 侧穿邻近构（建）筑物风险控制措施（盾构施工过程控制）（1）盾构施工前，建立完整的测量和监控量测系统，控制隧道轴线偏差，对地层及结构进行监测，同步进行反馈信息，做到信息化施工。（2）运用复合式的土压平衡盾构技术，根据地质情况及数字模拟信息，选择合理的技术施工参数，保证工作面的稳定，推进过程中严格把控同步注浆工序，如果后期有必要进行二次补充注浆，综合控制地面沉降及建构筑物变形。（3）施工过程中，要做到动态控制，根据实际情况实时调整盾构掘进参数，严禁超挖和欠挖，从而减轻和预防盾构机刀盘前方土体的各种不稳定现象，降低地基土横向变形引起的建筑物基础变形。（4）采用同步注浆，尽量避免拼装的管片与隧道外土体环境形成空隙，从而减少对地上建筑的沉降和变形 影响。（5）通过分析地质条件和周边环境等，选择合适的二次注浆浆液的配合比，及时对脱出盾尾的管片进行二次注浆，尽量减少地面的沉降。（6）针对不同的位置，采用相应的监测措施，包括对施工场地内的重要建筑物沉降、倾斜的监测，如发生监测数据达到预警值，应及时反馈设计、建设单位变更掘进参数。4 结语本文通过地质勘察对武汉复彭区间环境风险源进行了识别，根据相关风险判别规范确定了该区域内环境风险源的级别，并结合有限元分析计算的结果，全面把握风险源特点，针对不同风险源采取了针对性的预防及控制措施，对盾构施工起到了指导性的作用，也为工程施工增加了一层保障。参考文献1 迟家凤.盾构施工中管片缺陷的防治与成型后缺陷处理措施研究J.铁道建筑技术,2018(5):74-76,122.2 付款峰.地铁盾构工程穿越市政设施风险源施工控制技术J.铁道 建筑技术,2014(9):55-61,100.3 叶宇航,王建,徐文田,等.软土地基大直径地铁盾构隧道衬砌结构受 力特性数值分析研究J/OL.隧道建设(中英文),2019-02-24.http:/ 吴赛荣.石-皇-古隧道盾构机选型及关键技术分析J/OL.湖北 理工学院学报,2019-02-16.http:/ 刘晶波,李彬.地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题J.土木工程学报,2006(6):106-110.6 郭乃胜.地铁施工风险源分析及关键控制技术D.新郑:中原工学 院,2017.7 杨期祥.成都地铁砂卵石层盾构开挖引起的地表沉降规律分析D.成都:西南交通大学,2016.8 杨哲峰.苏州地铁盾构近接施工力学机理与控制技术研究D.北 京:中国地质大学,2015.9 曹振.西安地铁盾构施工安全风险评估及施工灾害防控技术D.西 安:西安科技大学,2013.10 马可栓.盾构施工引起地基移动与近邻建筑保护研究D.武汉:华 中科技大学,2008.1 1 城市轨道交通地下工程建设风险管理规范:GB506522011S.北 京:中国建筑工业出版社,2011.12 建筑桩基技术规范:JGJ942008S.北京:中国建筑工业出版社,2008.13 城市轨道交通工程监测技术规范:GB509112013S.北京:中国建筑 工业出版社,2014.