基于地铁盾构施工安全质量管理体系技术框架的研究

2021-03-31韩岩青

居业 2021年10期

韩岩青

(青岛市地铁四号线有限公司，山东青岛 266000)

从目前发展情况来看，越来越多的城市开始进行地铁设施的修建，这也为盾构设备的推广创造了良好环境。盾构法作为目前地铁工程修建期间的重要施工技术之一，具备了稳定性强、负面影响小等应用优势。但是在实际施工过程中，受到各类因素影响，有时也会出现涌水、涌砂、顶板塌陷、围岩形变等问题，影响到作业环境的安全性。基于此，需要建立合理的安全质量保证体系，降低潜在隐患发生概率，借此来优化作业环境，加快地铁工程的施工速度。

1 地铁盾构安全质量管理体系技术框架建立的必要性

1.1 提升作业环境安全性

在地铁工程作业期间，盾构机属于重要的施工设备，受到地质结构、施工人员操作、设备运行状态等因素影响，很容易导致涌水、涌砂、顶板塌陷、围岩形变等问题，威胁到作业人员的生命安全。通过建立可靠的管理体系，能够对潜在风险进行及时识别，借助支护结构、二次衬砌、注浆技术等方法，对于作业环境的稳定性进行提升，从而提升作业环境的安全性，减少工程作业问题，确保施工质量。

1.2 确保盾构掘进持续性

结合以往施工经验可以了解到，地铁工程在施工期间具备了施工周期长、施工工期紧、施工成本高等特征。建立可靠的质量和安全管理体系，能够有效降低设备运行故障的发生概率，同时还可以对土压力、出土量、掘进速度等参数进行合理控制，使其维持在安全的作业范围内，以确保其工作状态的持续性，有效加快工程项目的施工进度。

2 地铁盾构安全质量管理体系技术框架构建要点

2.1 做好掘进参数管理

2.1.1 土压力监测

土压平衡式盾构机掘进的原理是建立开挖面前后水土压力平衡。在盾构掘进不同阶段，盾构工况是从非土压平衡通过在初始出洞阶段逐步过渡到土压平衡，再到进洞阶段由土压平衡逐步过度到非土压平衡，即土压力设定是变化的(在理论数值上它与土体容重、覆土深度、侧向土压力系数有关)，施工中需要通过不同的土质、覆土厚度、结合环境监测的数据不断进行调整。因此，平衡土压值的设定是土压平衡式盾构施工关键，监理应予以重点关注，并通过计算理论土压力与实际设定土压力进行比较，判断实际设定土压力是否满足施工的需要。

2.1.2 出土量控制

土压平衡式盾构是以切口环作为密闭土仓，盾构推进中切削后土体进入密闭土仓，随着进土量增加建立一定的土压力，再通过螺旋输送机完成排土，而土仓压力值是通过出土量来控制的。由此可见，盾构机在掘进过程中的出土量情况，和前期施工过程中的土压力值有着直接关联，并且监理人员在作业过程中还可以通过建立数学模型，对盾构机每环的理论出土量进行计算，对比实际出土量来评估该参数的合规性，做出相应的参数调整，使盾构机维持在安全的工作范围内。

2.1.3 掘进速度控制

在盾构机工作过程中，掘进速度也是影响到作业环境安全性的重要指标，在实际应用中，盾构机掘进速度会受到盾构设备进出土层时的速度影响，若进土速度出现了较大波动，那么在应用中很容易出现土层失稳的问题，从而增加相应病害问题的发生概率。在对其进行安全管控时，需要合理控制盾构机工作周期，均衡盾构机的连续作业状态，并且在出现异常情况时，也需要及时停止继续工作，并对盾构机正面土层进行暂时封闭，待异常情况完成处理后再恢复到正常状态，以提升作业环境的安全性。

2.1.4 千斤顶推力管控

盾构机在工作过程中，其前进动力主要来源于临时固定在围岩上的千斤顶，借助其产生推力来完成前进指令。而盾构机前进时所需要的推力大小也和其遇到的阻力情况相关，若推力过大很容易导致盾构机偏离正常前进轴线，影响到后续工作的进行。对此，在质量和安全管控体系当中，也需要注重千斤顶推力的管控工作，做好相关参数的计算工作以满足结构推进稳定性需求。

2.2 盾构掘进姿态控制

在施工质量及安全管控体系当中，也需要做好盾构掘进姿态的管控工作，在具体的管理过程中，其核心内容是将盾构机前进状态和既定轴线的偏差控制在允许范围内，以确保盾构机前进方向的合规性。根据现行的管理条例可以了解到，盾构机在掘进过程中，其允许偏差值应控制在±50mm以内，在出现偏差问题后，需要遵循逐步纠正的方法进行调整，禁止使用猛纠硬调的方法来恢复正常推进范围，以确保作业过程的可靠性和合理性。

2.3 管片拼装过程控制

在盾构掘进过程中，管片属于非常核心的施工部分，其在盾构保护壳的保护作用下，在盾构机的尾部拼装成环形，从而形成隧道结构，这也是体系管控中的重要环节。在具体的管控过程中，应注意以下三点内容：第一，做好管片制作过程的监管，委托驻场监理对于管片的生产过程进行监督，确保材料出厂后的合规性；第二，在管片进场前需要对其进行质量验收，并会在空旷区域完成预拼装，以此来校验材料的合规性，对于不满足要求的管片也会及时进行调换，确保其应用质量[1]；第三，做好施工过程的监督工作，在管片成环后做好质量验收，及时返工不合规部位，提升管片的应用效果。

2.4 注浆作业过程管理

在盾构掘进作业过程中，还需要注重注浆作业过程的管理工作，也是确保隧道成型稳定性的重要步骤。在管片成环之后，会和顶部土层存在一定间隙，若不及时处理，很容易增加土层扰动，引起地面形变问题[2]。因此，在该环节的管理要点是对注浆期间的压力、速度等采参数进行控制，通常情况下，注浆浆料的水灰比应控制在0.7左右，注浆压力在0.3MPa～0.5MPa，注浆速度则控制在1.5L/S，借此来提高注浆作业质量，确保基层结构的稳固性。

2.5 盾构进出洞安全控制

在盾构掘进过程中，还需要做好盾构进出洞安全控制工作，这也是盾构法收尾阶段的重要内容。在具体的安全管理中，第一，需要对进洞土体性质进行改良，使其具备较强稳定性，为盾构机顺利进洞创造条件[3]；第二，对于盾构机进洞时各项参数进行管控，如，盾构机姿态、基座位置、进洞速度等，使其可以保持稳定的工作状态，顺利进入到洞内；第三，在盾构机收进洞内后，也需要对洞口渗漏情况进行检查，对于渗漏问题进行及时封堵，同时在洞口安装拉紧装置，确保其牢固性，以提升洞口位置的安全性。

2.6 安全风险因素识别

除了上述体系中需要着重关注的内容外，在体系建立的过程中还需要做好风险因素的识别工作。在具体的工作过程中：第一，需要确定盾构掘进过程中的潜在影响因素，如，环境因素、人为因素、施工技术因素等，基于大数据技术积累的数据信息，评估不同安全风险因素的所占权重，以便于后续分析工作的顺利进行；第二，对于体系计算所得的风险内容，对其权重优先级进行排序，根据优先级来拟定相应的预防措施和应急处理措施，从而降低安全风险所带来的潜在问题[4]。