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1、盾构工程施工风险及控制 广州市地下铁道总公司 竺维彬 2009年03月 4、典 型 案 例 分 析 3、控制风险管理（易理） 2、盾构工程常见风险事故及风险因素 1、盾构工程的施工风险 提 纲 v盾构工程施工风险像幽灵一样游趟在天地之间、 阴阳之间，总是利用或寻找“地质复杂性”、“盾构 机的不适应性”、“人认知的局限性、责任性、方 案和措施的不合理性”等薄弱环节或漏洞作为突破 口，扩张盾构工程的风险概率和级别，制造盾构 工程事故。 1、盾构工程的施工风险 v控制盾构工程的风险和事故，我们必须坚持地质是 基础，盾构机是关键，人是根本的原则。 盾构工程的施工风险地质风险 va.复合地层（广州五号线
2、省基础过铁路）（广州、 深圳、北京、南京） vb.富水断裂带或破碎带（广州三号线礼村断裂、五 号线火西草区间、佛山雷岗公园站，南京） vc.溶洞、土洞（广州北部、佛山、深圳北部） vd.极其耐磨的硅质、铁质岩屑 ve.含承压水的粉细砂层（广州、佛山、南京、苏州杭州） vf.瓦斯、煤成气（广州北部、西部、南部、杭州、武汉） vg.球状风化体和网格状或构造风化硬岩（广州东部、深圳 、南京和北京） vh.砂砾石地层（沈阳、北京、成都、南宁、南昌、西安和 广州） 盾构工程的施工风险地质风险 盾构工程的施工风险盾构机风险： v选型功能性缺陷（成都、北京、沈阳、南京长江隧道 、广州狮子洋隧道） a)泥水还
3、是土压（成都泥水不适用，深圳没有泥水） b）开口率（沙砾层中采用63开口率） c）刀具配置（复合刀具） d）刀间距设计（在硬岩中） 盾构工程的施工风险盾构机风险： v大轴承或三大密封损坏（广州一号线、五号 线） v刀盘损坏（解体、开裂、磨损） v刀具磨损（正常磨损、非正常磨损+刀盘 漂移磨损） v减速箱和小齿轮损坏 盾构工程的施工风险人的风险 v认知的局限性（没有一个明白人不能全面系统 地了解地质变化、盾构机性能） v责任性 v方案和措施的合理性问题 v地质是基础，盾构是关键，人是根本 顺向的分析法（选型） 逆向的分析法（判断并采取针对性措施） v.盾构施工的管理原则和分析方法 2、盾构工程常
4、见风险事故及风险因素 提 纲 2、盾构工程常见风险事故及风险因素 v2.1常见风险事故（现象） v（1）沉降（水土流失）、隆起（土体压缩变形） 、塌陷（沉降的发展结果），尤其是端头、联络通 道和盾构换刀前后 v（2）盾构机损坏： 南京地铁二号线中和村-元通区间到达端涌沙 南京地铁二号线中和村-元通区间到达端涌沙 （3）工程质量事故 v轴线偏离：“力的大小和方向、作用面或点”、人为和客观 、水平和垂直（超过5cm的报告制度，严禁擅自修改隧 道设计轴线） v管片设计： a）黄河水利隧道，张开角过大； b）武汉长江隧道，手孔过大 v管片生产、制造、拼装（蒸养、喷淋养护） （3）管片工程质量事故 黄河
5、水利隧道，封顶块张开角过大，封顶块下坠 严重错台，近30mm （3）管片工程质量事故 外弧面破损 （3）管片工程质量事故 注浆失误导致隧道破损和渗漏（广州三号线大塘-沥滘区间 ） （3）管片工程质量事故 2.2高概率的风险因素（定数） 平衡与“拉风箱” 泥饼 喷涌（水） 卡壳（常见在塌陷、喷涌和岩石节理裂隙发育地段）和 卡刀盘（南京长江隧道和广州三号线市番区间隧道） 掘进困难和有效推力 滞排效应和铁板沙问题 3、控制风险管理（易理） 提 纲 3、控制风险管理（易理） v1)“懂”：认知到位，象数易理，超前预控 v2) “准”：立足实据，全面调查、准确判断（成因） 、判断决策方案（时空） v3)
6、“狠”：制度齐全、责任清晰、奖罚分明、严肃执 行 v4)“细”：全员、全方位、全过程（温家宝）精细管 理风险因素 目标是： v认真研究（评估） v超前预控 v降低风险（概率和级别） v精细管理 v果断决策 v控制事故 4、典 型 案 例 分 析 提 纲 狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站之间，穿越珠江 入海口的狮子洋，河面宽度6100m。隧道建筑全长10.8km，其中盾构段 长9340m。盾构段隧道外径10.8m，内径9.8m。 v4.1、超大直径混合盾构的“刀盘飘移”问题 盾构始发的下坡段处于富水砂层； 随着深度增加逐渐进入岩层，存在上软下硬的过渡段； 隧道的中间段处于岩层内 狮子洋
7、隧道处于典型的复合地层： v地质复杂 刀具W型磨损 v4.2、砂卵地层盾构掘进的“滞排”问题 磨损的边缘铲刀 某9米直径盾构铲刀的磨损情况 完好边缘铲刀 v边缘刀具的磨损 刀盘磨损区域示意图 南京过江隧道 石块岩样 刀具磨损 刀具磨损 面板和刀具都发生磨损 v4.3、盾构刀具损坏的“骨排效应” 边缘滚刀的磨损 v4.4、盾构机被卡的分类、原因及处理方法 v v1）分类 盾体（盾建 三、四号线） 刀盘+盾体（六局 深圳） 刀盘（十四局 水泥浆） v2）原因（岩暴、膨胀岩、破碎岩石、砾石、砂 层等） v3）处理方法：松动法/清除法 . 土压平衡式盾构机 挖掘岩盘的TBM 本体形状 优 点 尾部空隙
8、少，不容易产生地 盘下沉。 在挖掘岩盘时，尾部空隙间不容 易被夹粉尘以及细小岩块等物。 缺 点 在挖掘岩盘时，容易被夹粉 尘以及细小岩块物，由此与 本体产生较大的摩擦力。 由于尾部空隙大，容易产生地盘 下沉。 壁后材料容易转到前面，由此使 本体容易被夹住。 对 策 安装注入管于本体外周侧， 注入膨润土等。 安装逆流防止板于尾部。 盾 壳 构 造 广州“市番”区间刀盘卡死 广州“市番”区间刀盘卡死 广州“市番”区间凿除岩石 市番区间凿除岩石 化学浆注浆封堵管片外开挖间歇 土仓内被注浆材料塞死 刀盘被注浆材料塞死 水土压力 v4.5、高土压、欠土压、“拉风箱式”掘进的负作用问题 塌 崩 土压传感器
9、 土仓 土压 空 隙 房屋塌方 (buildings collapse) v4.6、气压法换刀的拓宽应用问题 v1、泥水/土压盾构 v2、泥膜 v3、加气量 全程保养维修：高压下人工介入工作面技术 Hyperbaric Helmet 氧气头盔 Transport shuttle 潜水员传送舱 Living chamber 潜水员生活舱 全程保养维修：高压下人工介入工作面技术 焊接维修 维护保养压力舱 盾构机滚动的恢复 v4.7、盾构机整体旋转复位问题 盾构机整体旋转的复位 盾构机整体旋转的复位 v4.8、盾构端头加固的方法创新理念 1）胶结物代替水，置换水加固（旋喷，水平注浆） 2） 降水，排
10、水加固 3）冻结加固，水冰转化固结 4）土体置换加固，素混凝土玻璃纤维或合成树脂 、 或竹子 5）止水帷幕，截水加固（深圳） 玻璃纤维筋洞门 10000 與鋼筋搭接區域 水平筋 G22 175mm (V) c/c 垂直鋼筋束 G32 150mm (H) c/c P3P4P5 盾搆前進路徑 竹筋笼砼桩 1200mm1200mm钻孔灌注桩，实现挡土的目的，桩体混 凝土标号C30，钻孔灌注桩分A、B两种类型，A型桩为全素混 凝土桩，B型桩内插100mm毛竹筋笼 ， 竹筋笼砼桩 v4.9、网状风化硬岩掘进的盾构刀盘损坏问题 v4.10、花岗岩球状风化体处理 人工挖空桩破除 正在实施的广州地铁盾构隧道、深圳地铁盾构隧道、南京过江公路 盾构隧道、南水北调过黄河盾构隧道正在积极面对复合地层的重大挑战 。 复合地层盾构施工技术仍有待中国的盾构工程技术人员通过实践去 不断探索和提高。努力为中国地下空间的开发作出应有的贡献！ 谢 谢 ！
