宁波轨道交通隧道工程盾构法施工：风险评估与精准管控策略

宁波轨道交通隧道工程盾构法施工：风险评估与精准管控策略一、引言1.1研究背景与意义1.1.1研究背景随着城市化进程的飞速发展，城市人口数量急剧增加，交通拥堵问题日益严重。为了有效缓解交通压力，提高城市交通运输效率，各大城市纷纷加大对城市轨道交通的建设力度。地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，因其具有快速、便捷、大运量等显著优势，成为解决城市交通问题的关键手段。据统计，截至2023年底，中国内地已有50个城市开通城市轨道交通，运营线路总长度达到10287.45公里，车站总数达到6368座，其中地铁运营线路长度占比约为79.5%。在地铁隧道施工中，盾构法凭借其独特的技术优势得到了广泛应用。盾构法是一种利用盾构机在地下进行隧道掘进的施工方法，它能够在不破坏地面建筑物和交通的情况下，安全、高效地完成隧道施工任务。盾构机在掘进过程中，通过刀盘切削土体，将切削下来的土体通过螺旋输送机或泥浆输送系统排出，同时利用盾构机的推进系统向前推进，并在盾尾同步安装预制管片，形成隧道衬砌结构。这种施工方法具有对周边环境影响小、施工速度快、施工质量高、自动化程度高等优点，尤其适用于城市中心区域的隧道施工。宁波作为长三角南翼的经济中心和国家历史文化名城，城市发展迅速，对城市轨道交通的需求也日益迫切。截至2024年，宁波已开通运营5条地铁线路，运营里程达185公里，在建线路还有多条。在宁波轨道交通隧道工程建设中，盾构法同样发挥着重要作用。然而，由于盾构法施工涉及地质条件、施工设备、施工工艺、周边环境等多个复杂因素，施工过程中存在诸多风险。这些风险一旦发生，不仅会影响工程进度和质量，造成巨大的经济损失，还可能对周边建筑物、地下管线和人员安全构成严重威胁。宁波轨道交通4号线部分区间隧道位于老城区狭窄道路下方，道路宽度仅14米，交通繁忙，两侧民房密集。在该区间采用盾构法施工时，由于地质条件复杂，存在软土层和地下水丰富等问题，施工过程中曾出现过地面沉降和盾构机刀盘磨损严重的情况。地面沉降导致周边建筑物出现不同程度的裂缝，对居民的生命财产安全造成了潜在威胁；刀盘磨损严重则影响了施工进度，增加了工程成本。又如，宁波轨道交通2号线在穿越某河流段时，由于对河底地质情况勘察不够准确，盾构施工过程中遭遇了涌水涌砂事故，导致隧道内积水严重，施工被迫中断，经过紧急抢险和处理后才恢复施工，这不仅延误了工期，还造成了较大的经济损失。因此，对宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险进行科学、系统的评价与控制研究具有重要的现实意义。通过深入分析盾构法施工过程中的风险因素，建立合理的风险评价体系，制定有效的风险控制措施，可以提前预防和降低风险的发生概率，减少风险造成的损失，确保宁波轨道交通隧道工程的安全、顺利建设。1.1.2研究意义本研究对宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价及控制展开深入探究，具有多方面的重要意义，涵盖保障工程安全、降低成本以及推动技术进步等多个关键领域。在保障工程安全方面，宁波轨道交通隧道工程作为城市基础设施建设的关键组成部分，其施工安全至关重要。盾构法施工过程中存在着诸多风险，如地质条件复杂导致的坍塌、涌水，设备故障引发的施工停滞，以及施工工艺不当造成的结构不稳定等。这些风险一旦发生，不仅会对施工人员的生命安全构成严重威胁，还可能导致周边建筑物、地下管线等设施的损坏，给社会带来巨大的负面影响。通过对盾构法施工风险进行全面、系统的评价，能够准确识别潜在风险因素，提前制定针对性的控制措施，有效降低风险发生的概率和影响程度，为工程施工创造安全稳定的环境，确保宁波轨道交通隧道工程顺利推进。从降低成本角度来看，风险的发生往往会导致工程延误、额外的抢险救灾费用以及工程质量问题引发的返工等，这些都会显著增加工程成本。通过科学的风险评价，可以预测风险发生的可能性和可能造成的损失，从而合理安排资源，提前采取预防措施，避免或减少风险事件带来的经济损失。提前对盾构机设备进行全面检测和维护，预防设备故障发生，避免因设备故障导致的施工停滞和维修费用；根据地质条件优化施工工艺，减少因施工不当造成的工程质量问题和返工成本。有效的风险控制还可以提高施工效率，缩短工期，进一步降低工程建设成本，使宁波轨道交通工程在经济上更加可行和可持续。在推动技术进步方面，对宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价及控制的研究，有助于丰富和完善盾构法施工风险管理理论与技术体系。通过对宁波地区独特的地质条件、施工环境和工程特点进行深入分析，探索适合本地区的风险评价方法和控制措施，能够为其他城市类似工程提供宝贵的经验借鉴和参考。这不仅有助于提高我国盾构法施工技术水平，推动盾构法施工技术在不同地质和环境条件下的广泛应用，还能促进相关领域的技术创新和发展，提升我国在地下工程建设领域的国际竞争力。对盾构施工过程中风险演化规律的研究，可以为开发更加智能化的风险监测与预警系统提供理论支持，推动盾构施工技术向智能化、自动化方向发展。1.2国内外研究现状盾构法作为一种成熟的隧道施工技术，在全球范围内的地下工程建设中得到了广泛应用。随着盾构法施工项目的增多，其施工风险评价及控制研究也逐渐成为国内外学者和工程界关注的焦点。在国外，盾构法施工技术起步较早，相关的风险研究也开展得较为深入。早期的研究主要集中在对盾构施工过程中单一风险因素的分析，如地质条件对盾构施工的影响。随着研究的不断深入，逐渐发展到对多种风险因素的综合考虑，并运用系统工程的方法进行风险评价。日本作为盾构技术应用较为广泛的国家，在盾构施工风险研究方面取得了丰硕的成果。学者们通过对大量盾构施工案例的分析，建立了较为完善的风险数据库，并运用故障树分析法（FTA）、层次分析法（AHP）等方法对盾构施工风险进行量化评估。他们还注重对施工过程中的实时监测和预警，通过先进的监测技术和数据分析手段，及时发现潜在的风险隐患，并采取相应的控制措施。欧洲国家在盾构施工风险控制方面也有很多值得借鉴的经验。例如，德国在盾构施工前，会对工程地质条件进行详细的勘察和分析，采用数值模拟的方法预测盾构施工过程中可能出现的风险，并制定相应的应对方案。在施工过程中，严格按照规范和标准进行操作，加强对施工人员的培训和管理，确保施工的安全和质量。近年来，随着人工智能和大数据技术的发展，国外一些学者开始将这些新技术应用于盾构施工风险评价及控制研究中。通过建立智能化的风险预测模型，利用大数据分析盾构施工过程中的各种数据，实现对风险的实时监测和精准预测，为风险控制提供更加科学的依据。在国内，随着城市轨道交通建设的快速发展，盾构法施工技术得到了广泛应用，盾构施工风险评价及控制研究也取得了显著进展。国内学者在借鉴国外先进经验的基础上，结合我国的工程实际情况，开展了大量的研究工作。在风险识别方面，国内学者从地质条件、施工设备、施工工艺、周边环境等多个角度对盾构施工风险因素进行了全面梳理。通过现场调研、案例分析等方法，总结出了一系列常见的风险因素，并对其产生的原因和可能造成的后果进行了深入分析。在地铁盾构施工中，地质条件复杂，如存在断层、溶洞等不良地质构造，会增加施工的难度和风险；盾构机设备故障，如刀盘磨损、推进系统故障等，会影响施工进度和质量；施工工艺不当，如注浆不及时、管片拼装质量差等，会导致隧道结构不稳定和渗漏等问题；周边环境复杂，如临近建筑物、地下管线等，会对盾构施工产生干扰，甚至引发安全事故。在风险评价方法研究方面，国内学者综合运用多种方法，如层次分析法、模糊综合评价法、灰色关联分析法等，对盾构施工风险进行评价。这些方法各有优缺点，层次分析法能够将复杂的风险问题分解为多个层次，通过两两比较确定各风险因素的相对重要性，但在判断矩阵的构建过程中存在一定的主观性；模糊综合评价法能够处理模糊性和不确定性问题，将定性评价与定量评价相结合，但在确定隶属度函数时需要较多的经验；灰色关联分析法能够通过分析各因素之间的关联程度来评价风险，但对数据的要求较高。学者们通过对这些方法的改进和融合，提高了风险评价的准确性和可靠性。在风险控制措施研究方面，国内学者针对不同的风险因素提出了相应的控制措施。在地质风险控制方面，加强地质勘察，采用先进的地质勘探技术，如地质雷达、超前钻探等，提前探明地质情况，为施工提供准确的地质信息；根据地质条件合理选择盾构机类型和施工参数，如在软土地层中，适当降低盾构机的推进速度，增加土仓压力，防止地面沉降和坍塌。在设备风险控制方面，加强盾构机的日常维护和保养，建立完善的设备管理制度，定期对设备进行检查和维修；提高操作人员的技术水平和责任心，加强对操作人员的培训和考核，确保设备的正常运行。在施工工艺风险控制方面，优化施工工艺，制定科学合理的施工方案，严格按照施工规范和标准进行操作；加强对施工过程的监控，及时发现和纠正施工中的问题，如对注浆量、注浆压力等参数进行实时监测，确保注浆效果。在环境风险控制方面，施工前对周边环境进行详细调查，制定相应的保护措施，如对临近建筑物进行加固、对地下管线进行改移或保护；加强对周边环境的监测，及时掌握环境变化情况，采取相应的应对措施。然而，目前国内外对于盾构法施工风险评价及控制的研究，在针对宁波地区的应用方面仍存在一些不足。宁波地区具有独特的地质条件，其地层主要由软土、淤泥质土、粉质黏土等组成，地下水位较高，且存在复杂的地质构造。这些地质特点使得宁波轨道交通隧道工程盾构法施工面临更大的风险，如地面沉降控制难度大、盾构机在软土地层中易发生“磕头”现象等。现有的风险评价及控制研究成果，在充分考虑宁波地区地质条件和工程特点方面还不够完善，一些评价方法和控制措施在宁波地区的适用性有待进一步验证和改进。宁波地区的城市环境也较为复杂，建筑物密集，地下管线纵横交错。在盾构施工过程中，如何更好地保护周边建筑物和地下管线的安全，减少施工对周边环境的影响，也是当前研究中需要进一步加强的方向。目前对于盾构施工与周边环境相互作用的研究还不够深入，缺乏系统的理论和方法来评估和控制这种相互作用带来的风险。现有的研究在风险动态监测和预警方面还存在一定的局限性。盾构施工过程是一个动态变化的过程，风险因素也会随着施工的进展而发生变化。如何利用先进的监测技术和信息技术，实现对盾构施工风险的实时动态监测和预警，及时调整风险控制措施，以适应施工过程中的变化，是未来研究需要重点关注的问题。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究聚焦宁波轨道交通隧道工程盾构法施工，旨在构建一套全面、科学的风险评价及控制体系，具体研究内容涵盖以下几个关键方面：盾构法施工风险因素分析：全面梳理宁波轨道交通隧道工程盾构法施工过程中涉及的各类风险因素。从地质条件入手，深入分析宁波地区软土、淤泥质土、粉质黏土等特殊地层以及高地下水位、复杂地质构造对盾构施工的影响，如可能导致的地面沉降、盾构机姿态失控、涌水涌砂等风险。详细研究盾构机设备本身的性能参数、可靠性以及使用过程中的磨损、故障等问题，包括刀盘刀具磨损、推进系统故障、液压系统泄漏等设备风险因素。针对施工工艺，分析盾构掘进参数设定、管片拼装、壁后注浆等环节可能出现的风险，如掘进参数不合理引发的地层扰动、管片拼装不紧密导致的隧道渗漏、壁后注浆不及时或不充分造成的地面沉降等。同时，考虑周边环境因素，如临近建筑物的基础类型、结构形式和与隧道的距离，地下管线的种类、位置和埋深，评估盾构施工对周边环境的影响以及周边环境对盾构施工的制约，如施工振动和噪音对临近建筑物的损坏、地下管线破裂引发的安全事故等风险。盾构法施工风险评价方法研究：综合考虑盾构法施工风险的复杂性和不确定性，选取层次分析法（AHP）与模糊综合评价法相结合的方法进行风险评价。运用层次分析法，将盾构施工风险系统分解为目标层、准则层和指标层，通过专家打分等方式确定各风险因素的相对重要性权重，构建判断矩阵并进行一致性检验，以确保权重分配的合理性。利用模糊综合评价法，确定风险评价的等级标准和隶属度函数，将定性的风险评价转化为定量的评价结果，全面、准确地评估盾构施工风险水平。还将探讨如何结合宁波地区的工程实际情况和数据积累，对评价方法进行优化和改进，提高风险评价的准确性和可靠性。盾构法施工风险控制措施研究：根据风险评价结果，针对性地制定风险控制措施。对于地质风险，提出加强地质勘察的具体手段，如采用多种勘探方法相结合，包括地质雷达、超前钻探、原位测试等，提高地质信息的准确性；根据不同地质条件，优化盾构机选型和施工参数，如在软土地层中适当降低推进速度、增加土仓压力，在砂层中合理选择刀具类型和配置。针对设备风险，建立完善的设备维护保养制度，明确设备维护的周期、内容和标准，加强设备的日常巡检和定期检修；加强对操作人员的技术培训和考核，提高其操作技能和应急处理能力，确保设备的正常运行。对于施工工艺风险，优化施工工艺流程，制定详细、科学的施工方案和操作规范，加强施工过程中的质量控制和监测，如严格控制管片拼装质量、确保壁后注浆的及时性和有效性。在环境风险控制方面，施工前对周边环境进行详细调查和评估，制定合理的环境保护措施，如对临近建筑物进行加固、对地下管线进行改移或保护；加强对周边环境的实时监测，建立预警机制，及时发现和处理环境风险事件。风险控制措施的应用与效果评估：将制定的风险控制措施应用于宁波轨道交通实际隧道工程项目中，跟踪记录风险控制措施的实施过程和效果。通过对比分析实施风险控制措施前后的风险指标变化情况，如地面沉降量、盾构机故障次数、施工进度延误天数等，评估风险控制措施的有效性。收集实际工程中的反馈意见和数据，对风险控制措施进行调整和完善，使其更贴合宁波轨道交通隧道工程盾构法施工的实际需求，不断提高风险控制的水平和效果。1.3.2研究方法为确保研究的科学性、全面性和有效性，本研究综合运用多种研究方法，从不同角度深入探究宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价及控制问题。文献研究法：广泛收集国内外关于盾构法施工风险评价及控制的相关文献资料，包括学术论文、研究报告、工程案例、行业标准和规范等。对这些文献进行系统梳理和分析，了解盾构法施工风险研究的发展历程、现状和趋势，总结已有的研究成果和方法，为本文的研究提供坚实的理论基础和参考依据。通过对文献的研读，掌握盾构施工风险的识别、评价和控制的基本理论和方法，如层次分析法、模糊综合评价法、故障树分析法等在盾构施工风险研究中的应用情况；了解不同地区盾构施工风险的特点和应对措施，借鉴其成功经验和教训，避免重复研究和走弯路。案例分析法：选取宁波轨道交通已建和在建的盾构法施工隧道工程项目作为典型案例，深入分析其施工过程中的风险事件和应对措施。通过实地调研、与工程技术人员交流、查阅工程档案等方式，详细了解案例工程的地质条件、施工工艺、设备选型、周边环境以及施工过程中出现的风险问题和处理方法。对宁波轨道交通4号线某区间隧道盾构施工案例进行分析，该区间隧道穿越复杂地质条件和建筑物密集区域，施工过程中出现了地面沉降和盾构机刀盘磨损等风险事件。通过对该案例的分析，总结在复杂地质和环境条件下盾构施工风险的发生规律和应对策略，为其他类似工程提供实际参考。通过案例分析，验证和完善风险评价方法和控制措施，使其更具实用性和可操作性。定性与定量相结合的方法：在风险因素分析阶段，采用定性分析方法，对盾构施工过程中的地质条件、设备状况、施工工艺、周边环境等风险因素进行全面、深入的分析，明确各风险因素的性质、产生原因和可能造成的后果。在风险评价阶段，运用层次分析法和模糊综合评价法等定量分析方法，将定性的风险因素转化为定量的评价指标，确定各风险因素的权重和风险等级，实现对盾构施工风险的量化评估。在风险控制措施研究阶段，结合定性分析提出的风险应对策略和定量分析得出的风险评价结果，制定具体、可量化的风险控制措施和指标，如对地面沉降控制指标、设备故障率控制指标等进行明确规定，确保风险控制措施的有效性和可衡量性。通过定性与定量相结合的方法，全面、准确地评估和控制盾构施工风险，提高研究成果的科学性和应用价值。二、盾构法施工技术及宁波轨道交通工程概述2.1盾构法施工技术原理与流程2.1.1技术原理盾构法施工的核心设备是盾构机，它集开挖、支护、排土、衬砌等多种功能于一体，宛如一个地下掘进的“钢铁巨兽”，在复杂的地层中开辟出一条条隧道通道。其基本原理是利用盾构机的盾壳作为临时支护结构，在盾壳的保护下，通过刀盘的旋转切削前方土体，将切削下来的土体通过螺旋输送机或泥浆输送系统排出，同时利用盾构机的推进系统，依靠千斤顶的推力，以尾部已安装好的管片为支点，推动盾构机沿着设计的隧道轴线方向向前推进。在盾构机向前推进的过程中，盾尾会同步进行预制管片的拼装作业。管片是预先在工厂或施工现场附近的预制厂制作好的钢筋混凝土或复合材料构件，具有高强度、高精度和良好的防水性能。管片通过专用的拼装设备，按照一定的顺序和方式，一环一环地拼接在一起，形成隧道的永久衬砌结构。衬砌结构不仅能够承受地层的压力和地下水的压力，还能保证隧道的稳定性和密封性，为后续的轨道交通运营提供安全可靠的基础。以土压平衡式盾构机为例，在掘进过程中，刀盘切削下来的土体进入土仓，通过螺旋输送机的转速调节，使土仓内的土压力与开挖面的土压力保持平衡，从而有效防止开挖面的坍塌和土体的流失。同时，为了改善土体的流动性和止水性，还会根据需要向土仓内注入适量的泡沫剂、膨润土等添加剂。在软土地层中，由于土体的自稳能力较差，土压平衡的控制尤为重要，通过精确控制土仓压力，可以减少对周边土体的扰动，降低地面沉降的风险。泥水式盾构机则是通过向开挖面注入一定压力的泥浆，使泥浆在开挖面形成一层泥膜，利用泥膜的压力平衡开挖面的土压力和水压力，保证开挖面的稳定。切削下来的土体与泥浆混合后，通过泥浆泵输送到地面的分离系统进行处理，分离后的泥浆可重复使用。2.1.2施工流程盾构机始发：盾构机始发是盾构法施工的关键环节之一，它标志着盾构机正式开始进入隧道掘进阶段。在始发前，需要在隧道的起始端建造一个始发工作井，工作井的尺寸应根据盾构机的大小和施工要求进行设计，确保盾构机能够顺利安装和调试。在工作井内，需要安装盾构机的基座，基座应具有足够的强度和稳定性，能够承受盾构机的重量和掘进过程中的各种荷载。将盾构机通过大型吊车或其他运输设备吊入工作井，并准确安装在基座上，然后进行盾构机的调试和试运行，检查各系统的运行情况，确保盾构机处于良好的工作状态。在盾构机始发前，还需要对始发井的洞门进行密封处理，防止盾构机始发时土体和地下水的涌入。通常采用的密封方式有帘布橡胶板密封、折叶式密封等，这些密封装置能够有效地阻止土体和地下水的泄漏，为盾构机的安全始发提供保障。正常掘进：当盾构机完成始发准备工作后，便进入正常掘进阶段。在掘进过程中，操作人员需要密切关注盾构机的各项参数，如刀盘转速、推进速度、土仓压力、注浆压力等，并根据地质条件和施工要求进行实时调整。刀盘转速的调整应根据土体的硬度和切削效率进行，在软土地层中，刀盘转速可以适当提高，以加快切削速度；在硬岩地层中，则需要降低刀盘转速，增加刀具的切削力。推进速度的控制要综合考虑土仓压力、地面沉降等因素，避免推进速度过快导致土仓压力失衡和地面沉降过大。土仓压力的保持是土压平衡式盾构机掘进的关键，操作人员应根据地质情况和监测数据，及时调整螺旋输送机的转速和出土量，确保土仓压力稳定在设定范围内。注浆压力的控制对于防止地面沉降和保证隧道结构的稳定性也非常重要，应根据地层条件和管片的安装情况，合理调整注浆压力和注浆量，使浆液能够均匀地填充管片与土体之间的空隙。管片拼装：管片拼装是盾构法施工中保证隧道衬砌质量的重要环节。在盾构机掘进的同时，管片拼装作业也在同步进行。管片通常采用错缝拼装的方式，以提高隧道衬砌的整体性和稳定性。在拼装前，需要对管片进行检查，确保管片的质量和尺寸符合要求。管片的吊运采用专门的管片吊机，将管片从管片堆放区吊运至盾构机的拼装机位置。拼装机按照预定的拼装顺序，将管片逐块安装在盾尾的拼装位置上，并通过螺栓连接牢固。在管片拼装过程中，要注意控制管片的拼装精度，确保管片之间的缝隙均匀、密封良好。同时，还需要对管片的防水性能进行检查，如在管片的接缝处粘贴止水条、涂抹密封胶等，防止地下水的渗漏。同步注浆：同步注浆是指在盾构机掘进的同时，向管片与土体之间的空隙注入浆液，以填充空隙、减少地面沉降和增强隧道的稳定性。同步注浆采用的浆液通常为水泥浆、水泥砂浆或其他具有良好流动性和凝固性能的材料。注浆系统主要由注浆泵、注浆管路、浆液搅拌设备等组成。在注浆过程中，要根据盾构机的掘进速度、管片的安装情况和地层条件，合理控制注浆压力和注浆量，确保浆液能够均匀地填充管片与土体之间的空隙。注浆压力过大可能导致管片变形或损坏，注浆压力过小则无法有效填充空隙，达不到控制地面沉降的目的。注浆量的控制也要精准，过多的注浆量会造成材料浪费和成本增加，过少的注浆量则无法满足工程要求。通过对注浆压力和注浆量的严格控制，可以有效地减少地面沉降，保证隧道施工的安全和质量。到达接收：盾构机到达接收是盾构法施工的最后一个环节，当盾构机掘进至隧道的终点时，需要安全、准确地进入接收工作井。在到达接收前，需要对接收工作井的洞门进行预处理，确保洞门的密封性和稳定性。同时，还需要对盾构机的位置和姿态进行精确测量，调整盾构机的掘进参数，使其能够准确地进入接收工作井。在盾构机接近接收工作井时，要逐渐降低推进速度，加强对盾构机的监测和控制，防止盾构机出现偏差或损坏。当盾构机完全进入接收工作井后，需要对盾构机进行拆解和吊运，拆除相关设备和设施，完成盾构法施工的全部过程。在到达接收过程中，要制定详细的应急预案，针对可能出现的涌水、坍塌等突发情况，提前做好应对措施，确保施工安全。2.2宁波轨道交通隧道工程概况2.2.1线路规划与建设情况根据《宁波市轨道交通线网规划（2021-2035年）》，宁波轨道交通线网分为市域轨道交通和城区轨道交通两个层次。远期线网由16条线组成，包括中心城区轨道交通1～9号线，市域轨道交通（含市域/郊铁路）10～12号线，余慈城区轨道交通N1～N4号线，全网总规模1162.5公里。其中，市域轨道交通（含市域/郊铁路）线网总规模494.2公里，服务半径60-80公里，旨在形成宁波中心城区和余慈城区、象山、宁海地区的快速联系通道，成为市域公共交通骨架；中心城区轨道交通线网总规模525.2公里，余慈城区轨道交通线网总规模143.1公里，城区轨道交通服务半径30-40公里，成为中心城区、余慈城区公共交通骨干及三江核心片公共交通主体。截至2024年，宁波已开通运营5条地铁线路，分别为1号线、2号线、3号线、4号线和5号线，运营里程达185公里，基本形成了覆盖中心城区的轨道交通网络，极大地改善了城市的交通状况，方便了市民的出行。1号线一期工程于2014年5月30日开通试运营，线路西起高桥西站，东至东环南路站，贯穿了海曙区、三江口和东部新城；2号线一期工程于2015年9月26日开通试运营，连接了栎社国际机场和宁波火车站，加强了城市对外交通枢纽与中心城区的联系；3号线一期工程于2019年6月30日开通试运营，南起鄞州区高塘桥站，北至江北区大通桥站，串联了鄞州南部商务区、鄞州客运总站等重要区域；4号线于2020年12月23日开通试运营，线路全长35.95公里，从慈城站到东钱湖站，途经多个老城区和旅游景点，对缓解老城区交通压力、促进旅游发展起到了重要作用；5号线一期工程于2021年12月28日开通试运营，是宁波轨道交通线网中的环线，将各个区域紧密连接起来，提高了轨道交通网络的通达性和便利性。目前，宁波还有多条轨道交通线路正在建设中，如7号线等。7号线南起鄞州区云龙站，北至镇海区俞范站，线路长约39.47公里，设有25个车站。该线路按照中国标准化列车建造，最高速度可达100公里/小时，建成后将成为宁波最快的地铁线路之一。7号线的建设对于加强鄞州、江北、镇海等区域之间的联系，促进城市向北发展，提升城市综合竞争力具有重要意义。在建设过程中，7号线部分区间采用盾构法施工，面临着复杂的地质条件和周边环境挑战，如穿越软土地层、临近建筑物和地下管线等，需要采取有效的风险控制措施来确保施工安全和工程质量。慈溪市也在积极推进轨道交通线路的规划控制研究，涉及10号线、11号线和N1到N6号线等，总长度大约158.32公里。这些线路的规划将进一步完善宁波轨道交通网络，加强余慈地区与中心城区的交通联系，促进区域协同发展。随着宁波轨道交通线路的不断规划和建设，盾构法施工在隧道工程中的应用将更加广泛，对盾构法施工风险评价及控制的研究也显得尤为重要。2.2.2采用盾构法施工的隧道特点埋深特点：宁波轨道交通隧道工程盾构法施工的隧道埋深存在一定差异，受城市地形、地质条件以及线路规划等多种因素的综合影响。在中心城区，由于建筑物密集、地下管线复杂，为了减少对地面建筑物和地下管线的影响，同时满足线路坡度和净空要求，部分隧道的埋深相对较浅。在一些商业区和老城区，隧道埋深可能在10-15米左右。而在穿越河流、湖泊或地质条件较差的区域，为了保证隧道的稳定性和防水性，隧道埋深会相应增加。在穿越甬江等河流时，隧道埋深可能达到20-30米甚至更深。不同的埋深对盾构施工提出了不同的要求，浅埋隧道需要更加严格地控制地面沉降，防止对周边环境造成过大影响；深埋隧道则需要关注高地应力、地下水压力等问题，确保盾构机的正常掘进和隧道衬砌的安全。地质特点：宁波地区地质条件复杂，地层主要由软土、淤泥质土、粉质黏土等组成，地下水位较高，且存在复杂的地质构造。这些地质特点给盾构法施工带来了诸多挑战。宁波软土具有明显的含水量高、流动性强、灵敏度高、压缩性高、抗剪能力差等特点。与上海等典型软土地区的土层性质相比，宁波软土的工程性质更差。在这种软土地层中进行盾构施工，盾构机容易发生“磕头”现象，即盾构机头部下沉，导致盾构机姿态失控。软土地层的自稳能力较差，在盾构机掘进过程中，容易引起地面沉降和坍塌。地下水位较高，增加了盾构施工中涌水涌砂的风险。如果在施工过程中对地下水控制不当，可能会导致隧道内积水、土体失稳等问题，严重影响施工安全和工程进度。宁波地区还存在一些复杂的地质构造，如断层、褶皱等，这些地质构造会使地层的力学性质发生突变，增加盾构施工的难度和风险。当盾构机穿越断层时，可能会遇到破碎的岩体、地下水集中涌出等情况，对盾构机和隧道结构造成严重威胁。周边环境特点：宁波作为一个经济发达的城市，城市建设较为密集，盾构法施工的隧道周边环境复杂多样。在中心城区，隧道往往需要穿越建筑物密集区域，这些建筑物的基础类型、结构形式和与隧道的距离各不相同。一些老旧建筑物的基础可能较为薄弱，对盾构施工引起的地面沉降和振动较为敏感，容易受到施工影响而出现裂缝、倾斜等问题。在宁波轨道交通1号线的某区间隧道施工中，由于隧道临近一排老旧居民楼，施工过程中虽然采取了一系列的保护措施，但仍因地面沉降导致部分居民楼出现了轻微裂缝，引起了居民的担忧。地下管线也是盾构施工中需要重点关注的周边环境因素。宁波地下管线纵横交错，包括供水、排水、燃气、电力、通信等各种管线。这些管线的种类、位置和埋深各不相同，在盾构施工过程中，如果对地下管线的位置掌握不准确，或者施工控制不当，就可能导致地下管线破裂、泄漏等事故，给城市的正常运行带来严重影响。在2号线的施工中，曾因对某段地下燃气管道的位置判断失误，盾构施工导致管道出现了轻微泄漏，经过紧急抢险和修复才避免了更大的事故发生。在一些区域，盾构隧道还可能临近河流、桥梁等重要基础设施，施工过程中需要采取特殊的措施来保护这些基础设施的安全，确保施工不会对其稳定性和正常使用造成影响。三、宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险因素识别3.1地质风险3.1.1软土地层的影响宁波地区广泛分布着软土地层，其具有含水量高、压缩性大、强度低、灵敏度高、透水性差等显著特点。在盾构法施工过程中，这些特性给施工带来了诸多挑战，极易引发一系列施工问题，对工程的安全和质量构成严重威胁。软土地层的高含水量和低强度使得土体的承载能力较弱，在盾构机的自重和掘进过程中的推力作用下，盾构机极易发生沉降现象。这种沉降不仅会导致盾构机的姿态难以控制，使盾构机偏离设计轴线，影响隧道的线形精度，还可能造成盾构机与周围土体之间的摩擦力增大，增加掘进难度，甚至导致盾构机被困。当盾构机在软土地层中掘进时，如果土体的承载能力不足以支撑盾构机的重量，盾构机就会逐渐下沉，使得盾构机的头部低于设计标高，从而使盾构机的掘进方向发生偏差。这种偏差如果不能及时纠正，随着掘进的进行，隧道的实际位置与设计位置的偏差会越来越大，严重影响隧道的正常使用。软土地层的高灵敏度意味着土体在受到外界扰动时，其结构容易被破坏，强度会急剧降低。在盾构机掘进过程中，刀盘切削土体、螺旋输送机排土以及盾构机的推进等操作都会对周围土体产生扰动。当土体受到扰动后，其强度降低，无法维持自身的稳定，就容易引发开挖面失稳现象。开挖面失稳可能表现为土体坍塌、滑坡等形式，不仅会影响盾构机的正常掘进，还可能导致地面沉降、塌陷等问题，对周边建筑物和地下管线的安全造成严重威胁。在软土地层中，盾构机掘进时如果推进速度过快，或者土仓压力控制不当，就会使开挖面的土体受到过大的扰动，导致土体结构破坏，从而引发开挖面失稳。一旦开挖面失稳，大量土体涌入盾构机土仓，会使土仓压力急剧增大，影响盾构机的正常运行，甚至可能导致盾构机前方的土体坍塌，造成地面塌陷。软土地层的压缩性大也是盾构施工中需要面对的一个重要问题。在盾构机掘进过程中，由于土体受到盾构机的挤压和扰动，其孔隙体积会减小，土体发生压缩变形。这种压缩变形会导致地面沉降，而且软土地层的压缩性越大，地面沉降的幅度就越大。地面沉降不仅会影响周边建筑物的基础稳定性，导致建筑物出现裂缝、倾斜等问题，还可能对地下管线造成破坏，影响城市的正常运行。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于软土地层的压缩性较大，盾构施工过程中地面沉降量超过了允许范围，导致周边一栋建筑物的基础出现了不均匀沉降，建筑物墙体出现了多条裂缝，经过紧急处理后才避免了更严重的后果。为了应对软土地层对盾构法施工的影响，工程技术人员通常会采取一系列措施。在盾构机选型方面，会选择具有良好的纠偏能力和稳定性的盾构机，以更好地控制盾构机的姿态，减少沉降和偏移的发生。在施工参数控制方面，会根据软土地层的特性，合理调整盾构机的掘进速度、土仓压力、注浆压力等参数。在软土地层中，适当降低掘进速度，以减少对土体的扰动；增加土仓压力，以维持开挖面的稳定；合理控制注浆压力和注浆量，及时填充管片与土体之间的空隙，减少地面沉降。还会采取土体加固措施，如对盾构机始发和接收端的土体进行加固，提高土体的强度和稳定性，确保盾构机的安全进出洞。3.1.2地下水的危害宁波地区地下水位较高，且地层渗透性较强，这使得盾构法施工过程中地下水问题尤为突出。地下水的存在不仅增加了施工的难度，还可能引发多种风险事故，对工程的安全和质量造成严重影响。在盾构法施工中，地下水丰富是一个常见且棘手的问题。当盾构机在掘进过程中遇到地下水时，如果不能有效地控制地下水的流动，就容易发生涌水、涌砂现象。涌水、涌砂会导致隧道内积水，影响施工人员的作业环境和施工设备的正常运行。大量的涌水、涌砂还会带走隧道周围的土体颗粒，使土体结构变得松散，从而导致地面沉降、塌陷等问题，对周边建筑物和地下管线的安全构成严重威胁。在宁波轨道交通2号线某区间隧道施工中，盾构机在穿越一段富水砂层时，由于对地下水的控制措施不到位，发生了涌水涌砂事故。瞬间大量的水和砂涌入隧道，导致隧道内积水深度达到1米以上，施工设备被淹没，施工被迫中断。由于涌水涌砂带走了大量土体颗粒，地面出现了明显的沉降和塌陷，周边多栋建筑物的基础受到影响，墙体出现裂缝，经过紧急抢险和处理后才逐渐恢复施工。地下水还会对土体的稳定性产生不利影响。地下水的浸泡会使土体的强度降低，抗剪能力减弱。在盾构机掘进过程中，当土体的强度和抗剪能力不足以抵抗盾构机的推力和周围土体的压力时，就容易发生土体坍塌、滑坡等事故。地下水还会使土体的孔隙水压力增大，导致有效应力减小，进一步降低土体的稳定性。在宁波轨道交通3号线某区间隧道施工中，由于地下水位较高，隧道上方的土体长期处于饱水状态，土体强度大幅降低。在盾构机掘进过程中，隧道上方的土体发生了坍塌，大量土体涌入隧道，造成了严重的施工事故，不仅延误了工期，还造成了较大的经济损失。为了降低地下水对盾构法施工的危害，工程中通常会采取一系列有效的防治措施。降水是一种常用的方法，通过在隧道周边设置降水井，将地下水位降低到一定深度，以减少地下水对盾构施工的影响。在盾构机掘进前，先在隧道沿线布置降水井，通过抽水使地下水位下降，从而使盾构机在无水或低水位的条件下掘进，降低涌水、涌砂的风险。止水措施也非常重要，如采用盾构机密封系统、管片防水措施以及地层注浆止水等方法，阻止地下水进入隧道。盾构机的密封系统要确保良好的密封性，防止地下水从盾构机与土体之间的间隙涌入；管片之间的连接要采用有效的止水条和密封胶，防止地下水从管片接缝处渗漏；对于地层中存在的透水通道，可以通过注浆的方式进行封堵，形成止水帷幕，阻止地下水的流动。在施工过程中，还需要加强对地下水水位、水压以及土体变形等参数的监测，及时发现异常情况并采取相应的处理措施。一旦监测到地下水位突然上升或土体变形过大等异常情况，应立即停止掘进，分析原因并采取相应的措施，如增加降水强度、加强止水措施等，确保施工安全。3.2盾构机设备风险3.2.1设备故障盾构机作为盾构法施工的核心设备，其运行状态直接关系到施工的安全和进度。在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工中，盾构机设备故障是一个不容忽视的风险因素，常见的设备故障包括刀盘刀具磨损、液压系统故障、推进系统故障等，这些故障不仅会影响盾构机的正常运行，还可能导致施工延误、成本增加等问题。刀盘刀具磨损是盾构施工中最为常见的设备故障之一。在盾构机掘进过程中，刀盘刀具直接与土体接触，承受着巨大的切削力和摩擦力，容易发生磨损。宁波地区的地质条件复杂，软土地层中含有大量的黏土颗粒和砂粒，硬岩地层中则存在硬度较高的岩石，这些都会加剧刀盘刀具的磨损。当刀盘刀具磨损到一定程度时，其切削效率会显著降低，掘进速度减慢，严重影响施工进度。刀盘刀具的磨损还可能导致刀盘的不平衡，引起盾构机的振动和噪声增大，进一步影响设备的使用寿命和施工质量。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于地层中含有较多的砂粒，盾构机在掘进过程中刀盘刀具磨损严重，平均每掘进100米就需要更换一次刀具，导致施工进度延误了近一个月，同时也增加了刀具更换的成本。液压系统是盾构机的重要组成部分，负责为盾构机的推进、刀盘旋转、管片拼装等动作提供动力。液压系统故障也是盾构施工中常见的设备故障之一，如液压油泄漏、液压泵故障、控制阀故障等。液压油泄漏会导致液压系统压力下降，影响盾构机的正常运行；液压泵故障会使液压系统无法提供足够的动力，导致盾构机的推进速度减慢或停止；控制阀故障则会使液压系统的控制失灵，无法准确控制盾构机的动作。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于液压系统的密封件老化，导致液压油泄漏，盾构机的推进速度逐渐减慢，最终无法正常推进。经过检查和维修，更换了密封件和部分液压油后，盾构机才恢复正常运行，但此次故障导致施工延误了数天，造成了一定的经济损失。推进系统故障同样会对盾构施工产生严重影响。推进系统主要由推进油缸、千斤顶、油管等部件组成，其作用是为盾构机提供向前推进的动力。推进系统故障可能表现为推进油缸漏油、千斤顶损坏、油管破裂等。当推进系统出现故障时，盾构机无法正常推进，施工被迫中断。推进系统故障还可能导致盾构机的姿态失控，使盾构机偏离设计轴线，影响隧道的线形精度。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于推进油缸的活塞密封损坏，导致推进油缸漏油，盾构机在推进过程中出现了左右推力不平衡的情况，盾构机逐渐偏离设计轴线。发现问题后，施工人员立即停止掘进，对推进系统进行检查和维修，更换了活塞密封和部分油管后，才使盾构机恢复正常推进，并对盾构机的姿态进行了调整，避免了隧道线形偏差过大的问题。但此次故障不仅延误了施工进度，还增加了施工成本和质量风险。3.2.2选型不当盾构机的选型是盾构法施工的关键环节之一，正确的选型能够确保盾构机在施工过程中高效、安全地运行，而选型不当则会给施工带来诸多困难和风险。在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工中，盾构机选型与地质条件不匹配是一个较为突出的问题，这主要是由于宁波地区地质条件复杂多样，不同地段的地层特性差异较大，如果在盾构机选型时未能充分考虑这些因素，就容易导致盾构机在施工过程中出现各种问题。宁波地区广泛分布着软土地层，软土地层具有含水量高、压缩性大、强度低、灵敏度高等特点。对于软土地层的盾构施工，应选择具有良好的土体适应性、能够有效控制地面沉降的盾构机类型，如土压平衡盾构机。土压平衡盾构机通过控制土仓内的土压力与开挖面的土压力平衡，能够较好地适应软土地层的施工要求，减少对周边土体的扰动，降低地面沉降的风险。如果在软土地层中选择了不适合的盾构机，如敞开式盾构机，由于敞开式盾构机在开挖过程中无法有效控制土压力，容易导致开挖面失稳，引起地面沉降、坍塌等事故。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于对该地段的软土地层特性认识不足，选择了敞开式盾构机进行施工。在施工过程中，盾构机开挖面频繁出现坍塌现象，地面沉降量严重超标，周边建筑物受到不同程度的影响，出现了墙体裂缝、基础下沉等问题。为了解决这些问题，施工单位不得不采取一系列的加固和补救措施，如对土体进行注浆加固、对建筑物进行基础托换等，这不仅延误了工期，还大大增加了工程成本。宁波地区还存在一些岩石地层，岩石地层的硬度较高，对盾构机的刀具和刀盘要求较高。在岩石地层中进行盾构施工，应选择具有强大切削能力和耐磨性能的盾构机，如岩石盾构机。岩石盾构机配备了高强度的刀具和刀盘，能够有效地切削岩石，提高施工效率。如果在岩石地层中选择了不适合的盾构机，如普通的土压平衡盾构机，由于其刀具和刀盘的强度和耐磨性不足，在切削岩石时容易出现刀具磨损、刀盘损坏等问题，导致施工进度缓慢，甚至无法正常掘进。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，该地段存在部分岩石地层，但在盾构机选型时未充分考虑岩石地层的影响，选择了普通的土压平衡盾构机。在施工过程中，盾构机在遇到岩石地层时，刀具磨损严重，刀盘也出现了变形和损坏的情况，掘进速度极其缓慢，平均每天只能掘进1-2米。为了继续施工，施工单位不得不频繁更换刀具和维修刀盘，这不仅增加了施工成本，还严重影响了施工进度，导致该区间隧道的施工工期延长了数月。盾构机选型还需要考虑隧道的直径、埋深、线路曲线半径等因素。如果盾构机的直径与隧道设计直径不匹配，可能会导致隧道衬砌质量问题，如管片拼装困难、衬砌厚度不均匀等。隧道埋深较大时，需要选择具有足够抗压能力和密封性能的盾构机，以确保盾构机在高水压和高地应力条件下的安全运行。线路曲线半径较小时，要求盾构机具有良好的转弯性能，否则容易出现盾构机偏离设计轴线、管片错台等问题。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于盾构机的直径比隧道设计直径略大，在管片拼装过程中遇到了很大的困难，管片之间的缝隙难以控制，导致隧道衬砌的防水性能下降，出现了多处渗漏现象。经过多次调整和处理，才勉强解决了管片拼装问题，但这也增加了施工的难度和成本。3.3施工工艺风险3.3.1盾构始发与到达风险盾构始发与到达是盾构法施工中的关键且高风险环节，这两个阶段的施工条件复杂，涉及多种施工工艺和技术的协同配合，任何一个环节出现问题，都可能引发严重的风险事故。在宁波轨道交通隧道工程中，盾构始发与到达过程中存在的风险主要包括洞门土体加固不足、密封装置失效等，这些风险可能导致土体坍塌、漏水涌砂等严重后果。洞门土体加固不足是盾构始发与到达阶段的一个重要风险因素。在盾构始发和到达前，需要对洞门周围的土体进行加固处理，以提高土体的稳定性和抗渗性，确保盾构机能够安全、顺利地进出洞。如果洞门土体加固方案不合理，加固强度和范围未达到设计要求，就会使洞门处土体在盾构机进出洞时无法承受外部水土压力，从而引发土体坍塌事故。在宁波轨道交通某区间隧道盾构始发时，由于对洞门土体加固效果评估不足，加固后的土体强度未达到设计要求，在拆除洞门密封装置时，洞门处土体突然坍塌，大量土体涌入始发井，不仅造成了施工设备的损坏，还导致了施工人员受伤，严重影响了施工进度。加固范围不当也可能导致土体水土流失，影响周边土体的稳定性，进而引发地面沉降等问题。密封装置失效也是盾构始发与到达阶段的常见风险之一。盾构机在进出洞时，需要通过密封装置来防止土体和地下水的涌入。盾尾密封装置、洞门密封装置等，如果这些密封装置在安装过程中存在缺陷，或者在使用过程中受到损坏、老化等因素的影响，就会导致密封性能下降，从而引发漏水涌砂事故。在宁波轨道交通某区间隧道盾构到达时，由于洞门密封装置的橡胶帘布老化，在盾构机刀盘切入洞门时，密封装置无法有效阻挡地下水的涌入，导致大量涌水涌砂进入接收井，造成接收井内积水严重，施工设备被淹没，施工被迫中断。经过紧急抢险和更换密封装置后，才恢复施工，但此次事故给工程带来了巨大的经济损失和安全隐患。为了有效降低盾构始发与到达阶段的风险，需要采取一系列针对性的措施。在洞门土体加固方面，应根据洞门处的地质条件和盾构机的类型，选择合适的加固方法，如高压旋喷桩、深层搅拌桩、冷冻法等，并严格控制加固施工参数，确保加固效果达到设计要求。在密封装置方面，应选用质量可靠的密封材料和密封结构，加强密封装置的安装质量控制，定期对密封装置进行检查和维护，及时更换损坏或老化的密封部件，确保密封装置的密封性能良好。还应制定完善的应急预案，针对可能出现的土体坍塌、漏水涌砂等事故，提前准备好抢险物资和设备，组织专业的抢险队伍，以便在事故发生时能够迅速、有效地进行抢险救援，减少事故造成的损失。3.3.2隧道掘进风险在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工中，隧道掘进是一个持续且关键的施工阶段，该阶段的施工工艺复杂，需要精确控制多个施工参数，以确保盾构机能够按照设计要求安全、高效地掘进。然而，在实际施工过程中，由于地质条件的复杂性、施工人员技术水平的差异以及施工管理的不完善等因素，隧道掘进过程中容易出现掘进参数控制不当的问题，这可能引发地面沉降、隧道轴线偏差等严重后果，对工程质量和周边环境造成不利影响。掘进参数控制不当是导致地面沉降的一个重要原因。在盾构机掘进过程中，土仓压力、推进速度、注浆量等掘进参数的设置对地面沉降有着直接的影响。土仓压力是维持开挖面稳定的关键参数，如果土仓压力设置过低，开挖面土体就会失去平衡，导致土体向盾构机土仓内坍塌，从而引起地面沉降。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于施工人员对土仓压力的控制不够精准，在掘进过程中土仓压力低于设定值，导致开挖面土体局部坍塌，地面出现了明显的沉降，最大沉降量达到了50mm，周边建筑物的基础受到了不同程度的影响，出现了墙体裂缝等问题。推进速度过快也会对地面沉降产生不利影响，过快的推进速度会使盾构机对土体的扰动加剧，导致土体变形增大，从而引起地面沉降。注浆量不足则无法有效填充管片与土体之间的空隙，也会导致地面沉降。隧道轴线偏差也是隧道掘进过程中常见的问题之一，主要是由于盾构机姿态控制不当、测量误差等原因引起的。盾构机在掘进过程中，需要保持良好的姿态，以确保隧道轴线符合设计要求。如果盾构机的推进油缸行程不一致，或者盾构机的刀盘切削不均匀，就会导致盾构机姿态发生偏差，从而使隧道轴线偏离设计位置。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于盾构机的推进油缸出现故障，导致左右两侧推进油缸行程不一致，盾构机在掘进过程中逐渐偏离设计轴线，最大偏差达到了150mm。测量误差也是导致隧道轴线偏差的一个重要因素，如果测量仪器精度不足、测量方法不当或者测量数据处理有误，都可能导致测量结果出现偏差，从而影响隧道轴线的控制。为了有效控制隧道掘进风险，需要采取一系列科学合理的措施。在掘进参数控制方面，应根据地质条件、盾构机类型和隧道设计要求，制定合理的掘进参数，并在施工过程中实时监测和调整这些参数。通过建立土压平衡模型，结合地质勘察数据和实时监测的土仓压力、地面沉降等数据，动态调整土仓压力和推进速度，确保开挖面的稳定和地面沉降在允许范围内。应严格控制注浆量和注浆压力，确保浆液能够均匀地填充管片与土体之间的空隙，减少地面沉降。在隧道轴线控制方面，应加强盾构机姿态监测和调整，采用高精度的测量仪器和先进的测量方法，实时监测盾构机的位置和姿态，及时发现并纠正盾构机的姿态偏差。建立完善的测量质量管理体系，加强对测量数据的审核和分析，确保测量结果的准确性和可靠性。还应加强对施工人员的技术培训和管理，提高施工人员的技术水平和责任心，确保施工过程中各项参数的控制和操作符合规范要求。3.3.3管片拼装与注浆风险管片拼装与注浆是盾构法施工中的重要环节，直接关系到隧道的结构稳定性、防水性能和耐久性。在宁波轨道交通隧道工程中，由于施工工艺复杂、施工环境多变以及施工管理等方面的原因，管片拼装与注浆过程中存在着一些风险，如管片拼装质量差、注浆不及时或不饱满等，这些风险可能导致隧道渗漏、结构不稳定等问题，严重影响隧道的使用功能和安全。管片拼装质量差是一个常见的风险因素。在管片拼装过程中，如果管片的定位不准确，就会导致管片之间的缝隙不均匀，影响隧道的防水性能和结构稳定性。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于管片拼装时定位偏差较大，部分管片之间的缝隙超过了设计允许范围，在隧道投入使用后，这些缝隙处出现了渗漏现象，不仅影响了隧道的正常使用，还对隧道结构的耐久性造成了威胁。管片的连接螺栓紧固不牢也是一个严重的问题，这可能导致管片在受到外力作用时发生松动、脱落，从而影响隧道的结构安全。在该区间隧道施工中，还发现部分管片的连接螺栓紧固扭矩不足，在盾构机后续掘进和隧道运营过程中，由于振动和土体压力的作用，一些螺栓出现了松动，进一步加剧了管片之间的缝隙，增加了隧道渗漏和结构不稳定的风险。注浆不及时或不饱满同样会给隧道带来严重的风险。在盾构机掘进过程中，及时、饱满的注浆可以有效地填充管片与土体之间的空隙，减小地面沉降，增强隧道的稳定性。如果注浆不及时，管片与土体之间的空隙就会长期存在，土体在自重和外部荷载的作用下会发生变形，导致地面沉降增大，隧道结构受到不均匀的土体压力，从而影响隧道的稳定性。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于注浆设备故障，导致注浆工作延误了数小时，在这段时间内，地面沉降量明显增大，部分管片出现了轻微的变形。注浆不饱满也会使管片与土体之间的支撑力不足，无法有效抵抗土体的压力，容易导致隧道结构失稳。在该区间隧道的部分地段，由于注浆量不足，管片背后存在较大的空隙，在后续施工和隧道运营过程中，这些空隙处的土体逐渐塌陷，管片受到的土体压力不均匀，出现了裂缝和错台现象，严重影响了隧道的结构安全。为了降低管片拼装与注浆风险，需要采取一系列有效的措施。在管片拼装方面，应加强对管片拼装过程的质量控制，采用高精度的定位设备和先进的拼装工艺，确保管片的定位准确，管片之间的缝隙均匀。在管片定位过程中，利用激光测量系统实时监测管片的位置和姿态，及时调整拼装参数，保证管片的拼装精度。要严格按照设计要求紧固连接螺栓，采用扭矩扳手对螺栓的紧固扭矩进行检测，确保螺栓紧固牢固。在注浆方面，应确保注浆设备的正常运行，提前做好设备的维护和保养工作，避免因设备故障导致注浆延误。根据地质条件和隧道施工要求，合理确定注浆量和注浆压力，采用先进的注浆工艺和材料，确保注浆饱满。在注浆过程中，通过压力传感器和流量传感器实时监测注浆压力和注浆量，根据监测数据及时调整注浆参数，保证注浆效果。还应加强对管片拼装和注浆施工过程的监督和管理，建立完善的质量检验制度，对每一环管片的拼装质量和注浆效果进行严格检验，确保施工质量符合规范要求。3.4环境风险3.4.1周边建筑物与管线影响在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工过程中，施工振动和沉降对周边建筑物和地下管线构成了显著的损坏风险。施工振动是盾构施工中不可避免的现象，盾构机在掘进过程中，刀盘切削土体、螺旋输送机排土以及盾构机的推进等操作都会产生振动。这些振动通过土体传播到周边建筑物，当振动强度超过建筑物的承受能力时，就可能导致建筑物出现裂缝、墙体松动等损坏情况。对于一些老旧建筑物，其结构强度相对较低，对施工振动更为敏感，更容易受到损坏。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于盾构施工振动的影响，临近的一栋建于上世纪80年代的居民楼出现了多条裂缝，裂缝宽度最大达到了3mm，严重影响了居民的居住安全。经过调查分析，发现该居民楼的基础为浅基础，且建筑物结构存在一定的老化和损坏，盾构施工振动进一步加剧了建筑物的结构损伤。施工沉降也是盾构施工中需要重点关注的问题。盾构机在掘进过程中，会对周围土体产生扰动，导致土体的应力状态发生变化，从而引起地面沉降。地面沉降会使周边建筑物的基础产生不均匀沉降，进而导致建筑物出现倾斜、开裂等问题。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于盾构施工引起的地面沉降，导致周边一栋商业建筑的基础出现了不均匀沉降，建筑物整体向一侧倾斜，倾斜率达到了3‰，超过了规范允许的范围。商业建筑的墙体出现了大量裂缝，部分门窗无法正常开启和关闭，严重影响了商业建筑的正常使用。经过对施工过程的分析，发现盾构机掘进参数控制不当，土仓压力设置过低，导致开挖面土体坍塌，是引起地面沉降和建筑物损坏的主要原因。地下管线作为城市基础设施的重要组成部分，在盾构施工过程中也面临着被损坏的风险。宁波地下管线种类繁多，包括供水、排水、燃气、电力、通信等各种管线，这些管线的材质、管径、埋深各不相同。在盾构施工过程中，如果对地下管线的位置掌握不准确，或者施工控制不当，就可能导致地下管线破裂、泄漏等事故。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于对某段地下燃气管道的位置判断失误，盾构施工导致燃气管道破裂，燃气泄漏。事故发生后，相关部门立即采取紧急措施，疏散周边居民，关闭燃气阀门，进行抢修，避免了更大的事故发生。但此次事故仍然对周边居民的生活和城市的正常运行造成了严重影响，也给工程带来了一定的经济损失和安全隐患。为了降低施工振动和沉降对周边建筑物和地下管线的影响，需要采取一系列有效的保护措施。在施工前，应对周边建筑物和地下管线进行详细的调查和评估，了解其结构形式、基础类型、位置和埋深等信息，根据调查结果制定合理的保护方案。对于临近建筑物，可以采取加固措施，如对基础进行托换、对墙体进行加固等，提高建筑物的抗振和抗沉降能力。在施工过程中，应加强对施工振动和沉降的监测，实时掌握振动和沉降数据，根据监测结果及时调整施工参数，如降低盾构机的推进速度、优化刀盘切削参数等，减少施工对周边环境的影响。对于地下管线，可以采取改移、保护等措施，在施工前将地下管线改移到安全位置，或者在施工过程中对地下管线进行保护，如采用钢板桩、混凝土套管等对管线进行防护。还应建立应急预案，针对可能出现的建筑物损坏和地下管线破裂等事故，提前准备好抢险物资和设备，组织专业的抢险队伍，以便在事故发生时能够迅速、有效地进行抢险救援，减少事故造成的损失。3.4.2施工对环境的污染在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工过程中，施工产生的噪音、粉尘、泥浆等对环境造成了不同程度的污染，这些污染问题不仅影响了周边居民的生活质量，也对生态环境产生了负面影响。噪音污染是盾构施工中较为突出的环境问题之一。盾构机在工作过程中，刀盘切削土体、螺旋输送机排土、推进系统运行以及各种机械设备的运转都会产生噪音。这些噪音的强度较高，一般在80-100dB(A)之间，远远超过了国家规定的城市区域环境噪声标准。长期暴露在高噪音环境中，会对周边居民的身体健康造成危害，如引起听力下降、失眠、焦虑等问题。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于施工场地临近居民区，盾构施工产生的噪音严重影响了居民的正常生活。居民们反映，在施工期间，噪音过大导致他们无法正常休息和学习，一些老人和儿童甚至出现了身体不适的症状。经过对施工现场的噪音监测，发现部分时段的噪音值超过了100dB(A)，远远超出了居民区的噪音限制标准。为了解决噪音污染问题，施工单位采取了一系列措施，如在施工现场设置隔音屏障、选用低噪音的施工设备、合理安排施工时间等，尽量减少噪音对周边居民的影响。粉尘污染也是盾构施工中不可忽视的环境问题。在盾构施工过程中，刀盘切削土体、渣土运输以及场地内的物料堆放等环节都会产生粉尘。这些粉尘在空气中悬浮，不仅会降低空气质量，还会对周边居民的呼吸系统造成危害。在干燥的天气条件下，粉尘污染更为严重，会导致周边环境出现扬尘现象，影响城市的美观和环境卫生。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于施工现场的粉尘控制措施不到位，施工过程中产生的大量粉尘飘散到周边区域，使周边道路和建筑物表面布满灰尘，严重影响了周边环境的空气质量和居民的生活环境。居民们纷纷反映，在施工期间，空气中弥漫着大量的灰尘，他们不得不紧闭门窗，以减少粉尘的侵入。为了减少粉尘污染，施工单位采取了多种措施，如对施工现场进行洒水降尘、对渣土运输车辆进行密闭处理、在物料堆放场地设置防尘网等，有效降低了粉尘对环境的污染。泥浆污染是盾构施工中特有的环境问题。在盾构施工过程中，为了保证开挖面的稳定和盾构机的正常掘进，需要向开挖面注入泥浆。这些泥浆在使用后会产生大量的废弃泥浆，如果处理不当，就会对土壤和水体造成污染。废弃泥浆中含有大量的泥沙、化学添加剂等物质，如果直接排放到土壤中，会改变土壤的物理和化学性质，影响土壤的肥力和农作物的生长。废弃泥浆如果排放到水体中，会导致水体浑浊、水质恶化，影响水生生物的生存和繁衍。在宁波轨道交通某区间隧道施工中，由于对废弃泥浆的处理不规范，部分废弃泥浆直接排放到附近的河流中，导致河流的水质受到污染，水体中出现了大量的悬浮物和异味，水生生物的数量也明显减少。为了解决泥浆污染问题，施工单位采用了专门的泥浆处理设备，对废弃泥浆进行分离、脱水等处理，将处理后的泥浆进行回收利用或安全处置，有效减少了泥浆对环境的污染。为了有效控制施工对环境的污染，施工单位应采取一系列综合措施。在噪音控制方面，除了设置隔音屏障、选用低噪音设备和合理安排施工时间外，还可以对施工设备进行定期维护和保养，确保设备处于良好的运行状态，减少因设备故障产生的噪音。在粉尘控制方面，除了洒水降尘、密闭运输和设置防尘网外，还可以采用喷雾降尘、安装空气净化设备等措施，进一步降低施工现场的粉尘浓度。在泥浆处理方面，应建立完善的泥浆处理系统，采用先进的泥浆处理技术，如离心分离、压滤脱水等，对废弃泥浆进行无害化处理和资源化利用。还应加强对施工人员的环保教育，提高施工人员的环保意识，确保各项环保措施得到有效落实。四、宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价方法4.1风险评价方法概述在盾构法施工风险评价领域，层次分析法、模糊综合评价法、故障树分析法等是常用的风险评价方法，每种方法都有其独特的原理和应用场景。层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代初提出。该方法的核心原理是将一个复杂的多目标决策问题分解为目标、准则、方案等不同层次，通过定性与定量相结合的方式，确定各层次因素的相对重要性权重。在对宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险进行评价时，可将风险评价总目标作为最高层，将地质风险、盾构机设备风险、施工工艺风险、环境风险等作为准则层，再将各准则层下的具体风险因素作为指标层。通过专家打分等方式，构建判断矩阵，计算各风险因素相对于总目标的权重，从而明确各风险因素的重要程度。模糊综合评价法（FuzzyComprehensiveEvaluation，FCE）则是基于模糊数学的一种综合评价方法，能够有效处理评价过程中的模糊性和不确定性问题。其原理是利用模糊变换原理和最大隶属度原则，将多个评价因素对被评价对象的影响进行综合考虑。在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价中，首先确定风险评价的因素集，如地质条件、盾构机设备状况、施工工艺水平、周边环境影响等；确定评价集，如低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险等。通过专家评判或其他方法确定各因素对不同评价等级的隶属度，构建模糊关系矩阵，再结合各因素的权重，进行模糊合成运算，得到盾构法施工风险的综合评价结果。故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）是一种由上往下的演绎式失效分析法，常用于系统可靠性研究。该方法以所研究系统最不希望发生的故障状态作为顶事件，通过逻辑门符号，如“与”门、“或”门等，将顶事件与导致其发生的直接因素（中间事件）以及最终的基本因素（不再深究的事件）联结成树形图，即故障树。在分析宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险时，若将盾构机故障导致施工中断作为顶事件，可通过故障树分析找出刀盘刀具磨损、液压系统故障、推进系统故障等中间事件以及更底层的基本事件，如刀具质量问题、密封件老化、电气元件损坏等。通过对故障树的定性和定量分析，能够找出系统的薄弱环节，预测故障发生的概率，为风险控制提供依据。4.2基于层次分析法与模糊综合评价法的风险评价模型构建4.2.1层次分析法确定指标权重建立层次结构模型：在宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险评价中，构建清晰合理的层次结构模型是运用层次分析法的首要关键步骤。将盾构法施工风险评价的总目标设定为最高层，即目标层。此目标旨在全面、精准地评估盾构法施工过程中所面临的各类风险，为后续风险控制措施的制定提供科学依据。准则层则涵盖了地质风险、盾构机设备风险、施工工艺风险、环境风险这四大类风险。地质风险因素对盾构施工的影响至关重要，宁波地区软土地层、高地下水位以及复杂地质构造等地质条件，会引发地面沉降、盾构机姿态失控、涌水涌砂等一系列风险。盾构机设备风险涉及刀盘刀具磨损、液压系统故障、推进系统故障等设备故障，以及盾构机选型不当与地质条件不匹配等问题，这些都可能导致施工延误、成本增加甚至工程事故。施工工艺风险体现在盾构始发与到达风险，如洞门土体加固不足、密封装置失效等；隧道掘进风险，像掘进参数控制不当引发的地面沉降、隧道轴线偏差；以及管片拼装与注浆风险，包括管片拼装质量差、注浆不及时或不饱满等，这些风险因素会直接影响隧道的结构稳定性、防水性能和耐久性。环境风险主要包括施工振动和沉降对周边建筑物和地下管线的损坏风险，以及施工产生的噪音、粉尘、泥浆等对环境的污染风险，这些不仅会影响周边居民的生活质量，还可能对城市基础设施和生态环境造成严重破坏。在指标层，详细罗列了各准则层下的具体风险因素。在地质风险准则层下，指标层包括软土地层特性，如含水量高、压缩性大、强度低、灵敏度高、透水性差等对盾构施工的影响；地下水丰富导致的涌水、涌砂以及对土体稳定性的影响；复杂地质构造，如断层、褶皱等增加的施工难度和风险。盾构机设备风险准则层下，指标层涵盖刀盘刀具磨损程度、液压系统故障类型（如液压油泄漏、液压泵故障、控制阀故障）、推进系统故障情况（推进油缸漏油、千斤顶损坏、油管破裂）以及盾构机选型与地质条件的匹配程度（如在软土地层和岩石地层中选型不当的风险）。施工工艺风险准则层下，指标层包含洞门土体加固效果、密封装置的可靠性、掘进参数（土仓压力、推进速度、注浆量）的控制精度、盾构机姿态控制与隧道轴线偏差、管片拼装的定位准确性和螺栓紧固程度、注浆的及时性和饱满程度等。环境风险准则层下，指标层涉及施工振动和沉降对周边建筑物结构和基础的影响程度、对地下管线的损坏风险、施工噪音对周边居民生活的干扰程度、粉尘对空气质量的污染程度、泥浆对土壤和水体的污染情况等。通过这样全面、细致的层次结构模型构建，将复杂的盾构法施工风险系统分解为具有清晰层次和逻辑关系的结构，为后续的风险评价奠定了坚实基础。2.2.构造判断矩阵：判断矩阵的构建是层次分析法的核心环节之一，其准确性直接影响到权重计算的可靠性。邀请盾构施工领域的资深专家、经验丰富的工程师以及相关学者组成专业的评判团队。这些专家凭借其深厚的专业知识和丰富的实践经验，能够对各风险因素的相对重要性做出准确判断。在构造判断矩阵时，采用1-9标度法，对准则层和指标层的风险因素进行两两比较。1-9标度法的具体含义为：1表示两个因素具有同样的重要性；3表示一个因素比另一个因素稍微重要；5表示一个因素比另一个因素明显重要；7表示一个因素比另一个因素强烈重要；9表示一个因素比另一个因素极端重要；2、4、6、8则为上述相邻判断的中间值。对于地质风险和盾构机设备风险这两个准则层因素的比较，如果专家认为地质风险对盾构法施工风险的影响比盾构机设备风险稍微重要，那么在判断矩阵中对应的元素值可设为3。若专家认为软土地层特性对盾构施工风险的影响比地下水丰富的影响明显重要，那么在地质风险准则层下，软土地层特性与地下水丰富这两个指标层因素比较的判断矩阵元素值可设为5。通过这种两两比较的方式，构建出准则层对目标层以及指标层对准则层的判断矩阵。3.3.计算权重向量并进行一致性检验：计算权重向量是确定各风险因素相对重要程度的关键步骤。利用方根法对判断矩阵进行计算，以获取各风险因素的权重向量。以准则层对目标层的判断矩阵A为例，首先计算判断矩阵A中每一行元素的乘积M_i，即M_i=\prod_{j=1}^{n}a_{ij}，其中a_{ij}为判断矩阵A中第i行第j列的元素，n为判断矩阵的阶数。计算出M_i后，对其开n次方，得到\overline{W}_i=\sqrt[n]{M_i}。将\overline{W}_i进行归一化处理，得到权重向量W_i=\frac{\overline{W}_i}{\sum_{i=1}^{n}\overline{W}_i}。通过上述计算过程，得到准则层各风险因素相对于目标层的权重向量W=(W_1,W_2,W_3,W_4)，分别对应地质风险、盾构机设备风险、施工工艺风险、环境风险的权重。为了确保权重向量的合理性和可靠性，需要进行一致性检验。计算判断矩阵的最大特征根\lambda_{max}，公式为\lambda_{max}=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}\frac{(AW)_i}{W_i}，其中(AW)_i表示向量AW的第i个元素。根据最大特征根计算一致性指标CI，公式为CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}。引入随机一致性指标RI，其值与判断矩阵的阶数有关，可通过查阅相关标准表格获取。计算一致性比例CR，公式为CR=\frac{CI}{RI}。当CR\lt0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，权重向量是可靠的；若CR\geq0.1，则需要重新调整判断矩阵，直到满足一致性要求为止。在对盾构机设备风险准则层下的判断矩阵进行一致性检验时，若计算得到的CR值大于0.1，可能是由于专家判断存在一定偏差或不合理之处，此时需要重新组织专家进行讨论和判断，对判断矩阵进行修正，直到CR值小于0.1，确保权重向量能够准确反映各风险因素的相对重要性。4.2.2模糊综合评价法进行风险等级评定确定评价因素集和评价等级集：评价因素集是影响盾构法施工风险的各类因素的集合，通过对宁波轨道交通隧道工程盾构法施工风险因素的全面识别和分析，确定评价因素集U=\{u_1,u_2,\cdots,u_n\}。u_1代表软土地层特性，u_2表示地下水丰富情况，u_3为复杂地质构造，u_4是刀盘刀具磨损，u_5为液压系统故障，u_6是推进系统故障，u_7表示盾构机选型不当，u_8为洞门土体加固不足，u_9是密封装置失效，u_{10}表示掘进参数控制不当，u_{11}为盾构机姿态控制与隧道轴线偏差，u_{12}是管片拼装质量差，u_{13}为注浆不及时或不饱满，u_{14}表示施工振动和沉降对周边建筑物的影响，u_{