上海申通地铁集团有限公司 201100
摘要：在我国近些年的城市地铁建设中，盾构施工法对周围环境影响较小，江河水域等地质条件都适用，以及施工安全、快速等诸多优点，在我国多个城市已经得到广泛应用。本文以复杂环境盾构为研究对象，在复杂环境盾构施工过程中，若对施工风险认识不够、缺乏科学的风险管理体系、没有科学风险评估工具，则会导致施工事故的出现。虽然盾构隧道施工风险管理有了一定的发展，但是还是无法满足建设的需要，重大事故与工程功能不达标的严重风险后果在我国隧道建设依旧时常发生。而盾构隧道的风险管理作为一个复杂的系统，强调系统的整体性、信息的传递与循环，以及科学的管理方法，必须通过运用数学的方法，将存在的风险进行量化处理，找到风险较高的事件，进行科学的分析及相应的风险规避。
关键词：盾构施工；环境影响；风险；管理方法
引言
随着城市建设的飞速发展，经济实力的不断提高，城市交通压力越来越大，为了缓解这一问题及方便人们的出行，地铁建设在各大城市快速发展，轨道交通穿越江河、铁路、公路、各种大型市政管线的机会越来越多，风险也逐渐凸显，时有各类风险发生，造成了许多的重大损失，如何来控制风险、如何消除影响、如何控制盾构施工质量及制定相关措施，是一个不容忽视的课题。
本文以上海18号线为实例，分析地质特点、周边的复杂环境、找出各阶段控制的主要参数，提出了复杂环境下分阶段的控制技术，施工的实践表明，本文的成果可以有效降低复杂环境下的盾构施工风险，对类似工程有积极的参考和借鉴意义。
1、工程概况
上海轨道交通18号线工程土建工程18标盾构连续下穿南何支线铁路、逸仙高架路、运营轨交3号线施工、并完成盾构的接收工作，区间隧道两侧主要为居民小区、公司、仓库等，线路纵断面大体呈“V”型坡，最大坡度28‰，最小坡度为2‰。隧道覆土最小约为10m，最大约为18.5m。
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图1 区间隧道平面图
本区间线路在SK36+290.944~SK36+400.392范围连续下穿南何支线铁路、逸仙高架路、运营轨交3号线，长度约109.5米。
本工程区间隧道均采用预制平板型装配式钢筋砼衬砌，衬砌内、外直径分别为Φ5.9m和Φ6.6m，管片厚度：350mm；管片宽度：1200mm，每环由6块组成，采用C55防水混凝土，抗渗等级大于P10。
盾构主要穿越地层为全断面④灰色淤泥质粘土，粘性土穿越：④层土属高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和粘性土，具有较高的灵敏度，明显的触变特性，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度聚然降低，易造成开挖面的失稳。
2、工程难点
2.1、南何支线货运繁忙，是上海铁路枢纽网北货运的主要通道。铁路南何支线为煤渣基础，基础埋深为2.0m，隧道下穿，最小竖向净距约10.6m。按照设计里程，殷高路站～长江南路站区间于里程SK36+290～SK36+320范围，即上行线隧道穿越该地段（以盾构机切口进入及盾尾完全脱出铁路轨道为基准）的环号为962~994环，下行线隧道穿越该地段的环号为954~986环，盾构下穿南何支线路基段，区间上、下行线与铁路线夹角约91°
2.2、区间隧道与逸仙高架路桩基水平间距约1.9米，区间隧道埋深大约11.5米，高架桩基均为450×450预制方桩，桩长为27米、30米，桩底标高-24.5米、-27.4米。按照设计里程，上行线隧道穿越该地段（以盾构机切口进入及盾尾完全脱出高架为基准）的环号为1006~1030环，下行线隧道穿越该地段的环号为998~1022环。
2.3、区间隧道与运营3号线高架桩基水平间距约2.2米，区间隧道埋深大约11.1米，高架桩基均为φ600PHC管桩，桩长53.0米，桩底标高-52.0米。按照设计里程，上行线隧道穿越该地段（以盾构机切口进入及盾尾完全脱出高架为基准）的环号为1045~1061环，下行线隧道穿越该地段的环号为1037~1054环。
2.4、盾构进洞，盾构区间在环号上行1075、下行1067靠上洞门。
2.5、盾构穿越南何支线、逸仙路高架、3号线高架时靠近何家湾路、长江南路与逸仙路路口，道路下方存在大量管线。
3、总体施工思路
总体原则：“技术领先、设备先进、施工科学、组织合理、措施得力、突出重点、预案在先、规避风险、安全通过”。
盾构穿越南何支线铁路，在盾构施工前采取地面预加固处理，盾构穿越过程中严格控制盾构机掘进参数，对铁路加强监测。
3.1盾构施工前，结合区间地质勘察报告，做好全区间地质补勘工作，进一步查明地层分布、地下水和地下障碍物情况，采取地表WSS引孔注浆预加固。
3.2进行下穿南何支线铁路、逸仙高架路、3号线施工时，盾构机采用土压平衡模式，均衡、连续、匀速通过。严格控制盾构掘进各项施工参数，结合地质情况，及时调整土仓压力，千斤顶推力，出土量等施工参数，确保盾构机安全下穿铁路。
3.3严格控制盾构机的姿态，平稳掘进，尽量做到小纠偏，减少对周围土体的二次扰动。
3.4利用盾构机的渣土改良系统和泡沫添加系统，通过刀盘和螺旋输送机上的注入口，对开挖面和螺旋输送机内的土体进行适当改良，提高土体的和易性和保压的效果。
3.5严格控制同步注浆，保证同步注浆的数量和注浆压力，同时利用盾体上的径向注浆孔，对盾体和土体之间的空隙进行注浆填充，减少土体沉降量。
3.6盾构掘进过程中和结束后，根据地面监测结果，及时进行洞内二次注浆，消除后期沉降。
3.7在盾构机下穿南何支线铁路前，对盾构机进行全面检修维护，同时根据盾构机的使用情况，备足盾构机易损件，确保盾构机运行正常。
3.8盾构施工期间需加强对地面沉降，隆起的监测。及时向设计、业主、洞内施工管理人员反馈周边环境的动态变化信息，以便能迅速调整，优化施工方法，确保隧道施工和南何支线铁路、逸仙高架路、3号线运营安全。当存在严重影响道路安全且隧道内无法处理的问题时，需申请业主与铁路、高架高路、3号线等部门协调处理。
3.9将盾构机穿越南何支线铁路后30米做为沉降控制区，继续按照南何支线铁路沉降控制要求进行盾构掘进，继续加强铁路的沉降变形监测，继续采取跟踪注浆措施，直至地表沉降变形稳定。
4、风险控制重点
下穿铁路、高架桥的安全风险控制是控制重点，主要措施是在下穿前应与权属单位积极沟通，制定合理保护方案，以减少盾构下穿时铁路路基、高架桩基的沉降变形；为确保列车、道路车辆运营安全，应加强监测及时与业主沟通，如有险情，及时向运营单位报告。
5、风险控制对策
穿越区域的沉降控制主要是为控制铁路、高架的沉降和隆起，从而保证行车安全，因此路基、桩基的沉降及隆起的控制尤为重要。
施工前将区间线路放至地面，并仔细与路基位置核对，确定穿越铁路、逸仙高架路、3号线部位的具体里程桩号，将路基所在位置进行统计，作为施工重点区域。并加强隧道施工测量，穿越前30m进行一次联系测量，确保盾构里程精确度，明确盾构所在位置；盾构穿越过程中每10环（12m）进行一次测量，准确掌握盾构与铁路线、高架桩基的相对位置关系。施工中对于盾构开挖、注浆等关键工序实施严格的信息化管理，及时反映沉降地面、隆起的状况，确保安全。本次穿越过程中增加对路基、轨道和桩基的变形监测，专人对监测数据进行分析，及时推进参数指令传递到地下，做到实时信息沟通，施工中及时发现问题及时采取措施。避免盾构穿越过程中出现突然变化对铁路线路、高架桩基造成影响。
依据以上标准为确保盾构施工不影响铁路列车、高架道路、3号线行车安全，制定阶段性控制指标，以满足最终沉降控制要求。
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以上环号是根据施工图计算得出，实际施工中，根据测量数据进行调整，确定穿越区的实际环号并进行相关控制。
5.1、试验段：在盾构穿越南何支线铁路前，结合地质情况、地面环境等，特在上行线910~940环（下行线900~930环）设为试验段，在上行线910、925、940环设置三个监测断面，布设深层土体测斜管，监测盾构掘进时对周围土体的扰动情况，结合地面监测数据进行分析，然后逐步调整推进参数。
5.2、穿前控制段：在盾构机切口到达南何支线铁路前设为穿前控制段，即上行线941~961环（下行线931~953环），项目部根据试验段的推进数据作为参照，设定正确的推进参数及注浆量。
制定日单次实时沉降控制指标为1mm（沉降速率）。通过调整土仓平衡压力，控制前期累计沉降不超过5mm。施工中采取措施如下：施工时如发生当日单次实时沉降控制指标超过1mm时，依据实际情况和经验参数将土仓平衡压力提高或减少10kpa；如累计隆沉超过2mm时，须将土仓平衡压力减少或提高20kpa。通过此种方法可有效控制前期沉降数值。
根据以往施工经验，在盾构推进过程中，切口到达前地面先有少量隆起，随着盾构穿越开始下沉并在后期沉降变化量增大，即盾构尾部土体后期变形大，当盾尾到达穿越断面时，应及时在隧道内进行二次注浆。
5.3、穿越段（穿越时）：本阶段为盾构刀盘推进至铁路、高架投影正下方直到盾尾脱离铁路、高架投影正下方，制定日单次实时沉降控制指标为1mm，日累计沉降控制指标为2mm。盾构施工中除控制盾构机正常推进参数设置外主要利用同步注浆控制，确保盾构周围土体的建筑间隙填充密实、饱满。施工时依据实时监测的数据和实际情况，注意注浆的连续性并保证浆液质量及总注入量，确保地面沉降可控。
该阶段累计沉降量控制在5mm以内；施工中采取措施如下：当日单次实时沉降控制指标超过1mm（沉降速率）时，须增加单环设计同步注浆量的10%（约0.15 m3）；如日累计沉降超过报警值时须增加单环设计同步注浆量的20%（约0.3 m3）；通过此种方法可有效控制该过程的沉降数值。
5.4、穿越段（穿后一周内）：本阶段为盾尾脱离铁路、高架投影正下方一周内，日单次实时沉降控制指标为1mm，日累计沉降控制指标为2mm。该阶段主要通过持续的二次注浆进行控制，根据总结的经验参数注浆压力控制在0.25～0.3Mpa之间，同时根据实时监测情况对注浆量及压力进行调整。
该阶段累计沉降量控制在8mm以内；施工中采取措施如下：如监测过程任意3小时累计沉降超过1mm，须及时组织二次注浆，二次注浆采取多次少量的原则，直至沉降值及沉降速率得到控制，确保日累计沉降值不超过2mm。
穿越段（穿后1个月内）：本阶段为盾构铁路、高架影响区域（约远离铁路、高架正下方25环）后，日沉降控制指标为0.5mm（沉降速率），利用隧道内二次注浆设备进行跟踪补注浆，直至地面沉降稳定（持续一周平均单日沉降小于0.02mm）后停止，并持续监测1个月时间，如有异常变化立即再行注浆，确保最终累计沉降量控制在权属单位要求范围以内。
盾构在穿越前、中、后各阶段时，依据监测的实时数据和实际情况及时的采取调整注浆压力和注浆量来有效的控制土体的沉降，从而保证土体的稳定性。
上行线穿越后再进行详细的分析总结，可为下行线穿越提供数据参考，确定更加合理的施工参数和施工方法，以便在下行线推进过程中得到进一步改进。
6、结束语
连续、密集、长距离穿越重要建筑物或构筑物，并完成盾构的进洞准备，是一个复杂的系统风险控制，通过精心组织劳动力组织、劳动力配置、现场踏勘及资料收集（与各权属单位对接、获得相关资料及穿越许可）、施工技术准备、施工设备准备、施工准备（四个阶段）及穿越后控制措施，运用信息技术手段、严格监控和控制变形量，降低连续穿越的相互影响，确实地保障了工程安全和质量。
总结
上海轨道交通18号线工程区间地质情况以粉砂为主，水位较高，盾构施工所处环境复杂，给施工带来不小的困难，对施工质量提出了较高的要求。因此在施工过程中如何控制好施工质量，安全顺利的通过各项风险源是施工重点，也是本文的重点。
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