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盾构掘进施工始发及接收过程中安全风险及控制措施分析

摘 要:依托杭州地铁 10 号线一期工程盾构掘进施工安全管控,阐述了盾构始发及接收过程中存在的主要安全风险及控制,为类似工程的安全管控提供经验借鉴。
1 引言
  盾构始发及接收是城市轨道交通暗挖隧道施工的高风险工序,在盾构掘进始发和接收的过程中,施工工序繁杂,工作量集中,是城市轨道交通施工安全质量控制的一个难点,也是防止轨道交通施工安全事故发生的重要管控点,因此,加强盾构掘进施工始发及接收过程中的质量安全管理尤为重要。
2 工程简介
  杭州地铁 10 号线一期工程共包含 12 站(11 区间和 1 个仁和车辆段)。其中,土建三工区含 2 站三区间,总长 4.122km。区间沿线附近有运河村民居、农用地、荒地、新建高层住宅、新华河、新兴河、蔬菜批发市场、良渚环卫公司等,靠近新兴路站一边港虹西路西侧农副产品物流中心的店面房。工程周边环境条件复杂,施工安全风险高。
3 盾构始发及接收主要施工安全风险分析
  盾构机始发、接收过程中端头加固、防漏、堵漏措施尤为重要,一旦处理不当,洞门易发生涌水、地层变形、盾构失去控制等现象,严重时发生地表塌方,造成重大人员伤亡和财产损失。
  盾构机进出洞过程中,盾构基座发生变形将使盾构掘进轴线偏离设计轴线,影响洞圈止水效果;进洞时可能拉坏管片,造成渗漏水、碎裂、高差等,影响盾构正常进出洞,甚至不能进出洞,严重时造成盾构机损毁等。
  盾构出洞过程中,盾构反力架在受盾构推进顶力作用后发生支撑体系的局部变形、断裂或位移过大,易造成管片碎裂、轴线超标、隧道渗漏水,高差或千斤顶行程差较大,有时会产生帘布橡胶板外翻,造成洞口土体流失等。
4 盾构掘进始发及接收主要风险控制措施
4.1 做好始发及接收端头的加固质量控制
  做好始发、接收端头加固质量控制需要:
  (1)端头加固最好在车站开挖完成后施工。如车站开挖与端头加固同时作业,会造成开挖后加固土体存在位移变形,留出渗水通道,必须采取“夹心”补强处理。
  (2)严格控制始发、到达端头地层的加固质量。在进行注浆、高压旋喷桩作业时需控制好注浆压力。
  (3)在始发、接收前严格检测土体加固质量。垂直取芯:在加固的咬合部位进行垂直取芯,检测加固土体的连续性和止水效果;水平取芯:沿盾构开挖面圆周取芯 9 个,主要检测止水效果。
4.2 盾构始发防漏、堵漏控制措施
  盾构始发防漏、堵漏控制措施包括:
  1)用连接螺栓、螺母及垫圈将帘布橡胶板和扇形环板固定在洞圈上做好出洞止水装置,阻止砂土外流。
  2)安装前应检查螺孔的位置,孔位偏差不可过大,采用钢丝刷逐一清理螺孔内螺纹,并在其内侧均匀涂抹黄油。安装时,先安装帘布橡胶板,再安装扇形环板,扇形板长度应与洞圈和盾构外壳之间的间隙相适应。
  3)出洞时,在 4 个注浆管位置采用可调整长度的插板代替该位置的扇形板,防止盾构外壳的同步注浆管拉坏密封圈。
  4)盾构机出洞后,在掘进过 3 环时开始进行同步注浆,注浆量约为正常每环设计注浆量的 2 倍,其后根据监测信息适当调整。在掘进过 5 环后,用聚氨酯封堵第 1、第 2 环管片背部与车站结构之间的空隙,形成内部密封环,同时,合理控制注浆压力,防止洞口止水装置因注浆压力过大而外翻。
4.3 盾构接收防漏、堵漏技术措施
  盾构接收防漏、堵漏技术措施包括:
  (1)盾构机头部靠上洞门后,做好第一道环箍挡水,从盾尾 1~2 环管片的注浆孔向外层的土层中注入双液浆。
  (2)接收端洞门地连墙磨除前,在洞门钢圈上焊接预先准备好的双层弹簧钢板,在洞门钢圈外侧安装进洞装置,避免盾构进洞过程中出现涌水涌砂现象,之后在扇形板上焊接螺帽,进行细钢丝串联并用 5t 手动葫芦抽紧紧贴管片外弧面上。
  (3)若出现渗漏水现象,须将密封橡胶帘布板外压板穿钢丝环向收紧,使止水橡胶帘布板紧贴盾构机外壳。若正常进洞,应快速封堵洞圈,用钢板将洞圈和进洞环钢板焊接封闭,及时充填注浆。
  (4)洞圈加焊盾尾刷以防止盾构进洞及施工期间土体从缝隙中流失,盾尾刷长度 500mm,并嵌优质盾尾油脂,进一步加强盾构进洞的安全性。
  (5)现场配备钢封门装置,防止盾构靠上土体前出现突涌现象。
4.4 盾构基座变形风险控制措施
  盾构基座变形风险控制措施包括:
  (1)选用盾构基座的框架结构应满足盾构进出洞的强度、刚度稳定性要求,能够替康盾构出洞时通过土体加固区形成的推力;
  (2)盾构基座的底面与盾构井底板之间应平整坚实,以符合基座安放的要求;
  (3)施工过程中及时做好基座的保养及修理工作,确保基座的强度、刚度、稳定性要求。
4.5 防止盾构反力架变形
  防止盾构反力架变形,从以下几方面进行:
  (1)合理控制盾构机推进过程中的总推力,严格按设计方案要求编组千斤顶,确保受力均匀;(2)控制好各构件连接处的缝隙,确保填充密实,保证填充材料的强度和养护时间符合要求;
  (3)严格系统各构件的强度、刚度校验,对受压构件进行稳定性验算,确保连接强度和焊接质量满足要求;
  (4)为确保后靠支撑系统受力均匀,应尽快安装上部的后靠支撑构件,完善整个后靠支撑体系。
4.6 盾构始发、掘进、注浆安全技术措施
  盾构始发、掘进、注浆安全技术措施包括:
  (1)做好准备工作,洞门凿除后必须尽快将盾构推入洞内,使盾构切口环切入土层,减少土体暴露时间;
  (2)根据工程对隧道变形及地表变形的控制要求,合理选择注浆工艺,并实时做好监控量测,指导施工工艺选择,注浆时严守注浆安全操作规程作业。
4.7 盾构接收安全技术措施
  盾构接收安全技术措施包括:
  (1)盾构接收期间加强对地面以及周边建筑物的动态监测管理;
  (2)特种作业人员必须进行培训考核合格后持证上岗;特种作业必须严格执行各种安全技术操作规程,确保安全施工;
  (3)班组在上岗前须进行班前安全教育、安全技术交底、上岗前检查并留有记录;
  (4)地连墙破除作业时,严格执行方案所要求的破除顺序及方法,破除过程发现土体异常应及时封闭工作面。盾构机在站内推进过程中出现推进困难,及时查明原因处理,禁止盲目推进。
4.8 严格过程施工安全管理
  严格过程施工安全管理包括:
  1)建立健全项目安全管理体系,成立以项目经理为组长的安全生产工作领导小组,负责领导项目安全风险管控工作。
  2)强化落实安全生产责任制。落实以项目经理为首的主要负责人安全风险管控的第一责任;落实“党政同责、一岗双责、齐抓共管、失责追责”;落实两个责任,实现监管分离,即安全部门监管责任和业务部门主题责任;建立现场分片区包保责任制,安全风险管控包保到个人,签订安全风险管控责任书。
  3)严格过程施工过程管控与检查,建立危险性较大分部分项工程施工安全与质量许可制度,将盾构始发及接收纳入安全与质量许可管理,严格每一步工序施工质量与安全管控。
5 结语
  本文依托杭州地铁 10 号线一期工程对盾构机掘进始发和接收风险进行了简要分析,并提出了主要风险控制措施,旨在为后期类似工程安全管理提供有效的经验。
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