《盾构施工风险控制和安全管理ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构施工风险控制和安全管理ppt课件（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.,盾构法隧道施工风险控制和安全管理,港铁轨道交通深圳有限公司 张自太 2014年11月（合肥）,2020/9/8,.,2020/9/8,Page 2,一、风险管理理念,2020/9/8,.,轨道交通建设三步曲,2020/9/8,Page 3,规划-政府部门（设计）,策划-建设单位（地铁公司、BT方）,计划-施工单位（BT方二级局）,.,主动改善式风险管控,系统风险管控：采用主动式风险管理方法,2020/9/8,.,初步风险评估,可研阶段,设计阶段,标书编制,采用低风险,安全优化设计，提交风险清单,按风险等级编制针对性安全技术规范,标准，限制准入条件,招标阶段,安全条件，资格要求，人员及施工经
2、验审查把关,施工阶段,执行风险清单要求，并动态发展补充风险登记册,竣工阶段,安全设施试运验收，并移交遗留风险,运营阶段,管理遗留风险，制订规程，组织落实，内/外部审计，持续提升,反馈/持续改善和提升,系统风险管控：明确各阶段的风险监控要点,2020/9/8,.,6,（工程所处阶段与风险控制资源投入关系图）,工可研阶段,初步阶段,施工设计,施工阶段,运营阶段,风险遗留管治,人为操作风险控制,技术风险控制,投 入,阶 段,系统化风险管理-重视前期，掌握系统性,2020/9/8,.,7,项目各阶段对建设成本的影响,.,二、盾构施工的风险点,盾构施工的风险主要有： 1、地质与盾构选型风险 2、盾构组装
3、与调试风险 3、盾构始发与到达作业风险 4、盾构掘进施工风险 5、特殊地段盾构施工风险 6、盾构设备维护保养风险,.,9,2013 年 11 月,竺维彬 黄威然,.,盾构设备 （机）,管理 （人）,工程地质 水文地质 （土）,盾构施工三维控制原理,.,设备是关键 （机）,管理是根本 （人）,地质是基础 （土）,.,盾构法隧道的一些原则性定义,1 .小净距 小于 0.7 D 2 .浅覆土 小于 D 3 .小半径 小于 40 D 4 .大坡度 大于 3% 5 .长距离 大于 45 KM 6 .大深度 大于 50 M,.,盾构机三大核心技术: 自动控制技术(PLC):计算机技术 液压技术(BHW):
4、油,气,水 密封技术: 主轴承密封,铰接密封,盾尾密封 盾构机三大核心部件: 刀盘:包括各种刀具(滚刀,齿刀,刮刀, 超挖刀) 管片拼装机 螺旋输送机（有轴无轴，直径，双闸门，保压泵）,.,盾构平衡始发 盾构到达接收钢套筒 上下重叠隧道施工指出技术 各种穿越技术 盾构端头地层的水平加固技术 盾构空推技术 盾构通过复合地层(上软下硬) 花岗岩球状风化地层(孤石),盾构施工创新技术,.,15,2013 年 11 月,竺维彬 黄威然,典型地质剖面与相应的盾构机,.,16,2013 年 11 月,竺维彬 黄威然,目前全世界最大的泥水平衡盾构机直径17.8米。用于香港屯门隧道,.,中国地貌、地质类型多样
5、，盾构机厂家和选型众多，配置程度不一，施工队伍多且经验技术参差不齐，线路路况及铺设方式、埋深差异大、方案多种多样、城市对隧道保护办法宽松不同等等，已出的盾构风险事故“千姿百态”且有的重复出现。,但概况起来，有五类： 1）地质风险; 2）盾构机选型及配置风险; 3）人为风险; 4） 叠加风险（即地质、盾构机、 人组合风险） 5）隧道保护风险; 6）企业风险。上述风险处置不当，还将引发企业生存风险、政治风险和法律风险。,17,.,1）地域广，地层类型多,建设地铁各城市的地层类别,.,2）岩土结构、构造和矿物成分复杂,沉积岩,岩浆岩,变质岩,砂卵石与泥岩交互,.,3）复合地层(Mix face co
6、nditions),在隧道开挖断面范围和开挖的延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合地层。 各地对此类地层的定义： 台湾（复合地层） 北京（混合地层、复合地层） 深圳（复杂地层） 随着地铁线路延伸和埋深加大，即使上海、天津、宁波和苏州等城市都会触及复合地层的隧道建设。,.,4）不良地质,岩溶、瓦斯、富水断裂带、球状风化体、易液化或高承压水砂层等，甚至是化工药剂污染地层。,瓦斯,富水断裂带,.,花岗岩球状风化体,盾构遭遇孤石,专利技术：地下隐蔽岩体爆破,.,“滞排”问题：盾构在沙卵砾石地层和破隧带中掘进，渣土在土（泥水）仓中不能及时
7、排出，导致反复磨损刀具和刀盘。,砂砾卵石和破碎带地层,刀盘严重磨损,滚刀刀圈偏磨,滚刀轴承磨损,.,5）地下异物,（桩基、流木、沉船等）,广州地铁过桩基群，开仓清除桩基,台北捷运的流木,.,6)地下水,管片背后的积水从注浆孔喷出,广州地铁三号线大石汉溪区间礼村断裂带地质剖面图,“水”是地下工程第一风险元素或“头号杀手”，是地质认知的最重要环节。尽管盾构工法是密闭施工方法，使水平衡不被打破，但有的地质条件诸如断裂破碎带、溶洞地带等水压力本身有变化，使盾构很难建立动态平衡，势必造成超挖过大甚至坍塌。,25,.,地下工程占用了地下水的蓄水空间，加重城淹、洪灾； 抬高上游水位造成建筑物隆起，降低下游地
8、下水水位导致建筑物下沉； 注浆材料选择不当，导致地下水污染。,26,6)地下水,.,27,盾构设备风险,1 盾构选型风险,2 主轴承和刀盘驱动系统风险,3 三大密封风险, 主轴承密封 中折密封 盾尾密封, 软土地层 硬岩地层 复合地层, 土压平衡式盾构 泥水平衡式盾构,.,28,盾构选型风险,软土地层盾构机与复合地层盾构机,（1）掘进过程基本不需要或很少需要换刀 （2）掘进过程主要保持掌子面和地面稳定 （3）刀盘结构较为简单、刀具配置单一,图1 软土地层刀盘刀具配置示意,软土地层盾构机特点,.,29,盾构选型风险,软土地层盾构机与复合地层盾构机,软土地层盾构机特点,（4）软土地层一般塑性土压比
9、较大、刀盘切土的扭矩可全部由土体对盾壳产生的塑性土压平衡，掘进过程较为平稳 （5）主轴承寿命一般要求不高 （6）对于土压平衡盾构，一般不需配置渣土改良系统 （7）对于泥水加压平衡盾构，一般不配置破碎机 （8）刀盘、盾壳可选用一般钢材制造（例如Q235 ）,.,30,盾构选型风险,软土地层盾构机与复合地层盾构机,复合地层盾构机特点,（1）掘进过程需要换刀，并需在采用多种稳定掌子面技术措施条件下进行换刀或对刀盘切口环进行补强 （2）掘进过程除需保持掌子面和地面稳定外，切土破岩参数的选取还需要与破岩机理相结合, 滚刀破岩机理 切刀（刮刀）切土破岩机理 滚刀、切刀联合破岩机理,滚刀与刮刀,.,31,盾
10、构选型风险,软土地层盾构机与复合地层盾构机,复合地层盾构机特点,（3）刀盘结构极为复杂，需多种刀具配置形式 （4）复合地层塑性土压是变化的，刀盘切土破岩的扭矩可全部由土体对盾壳产生的塑性土压平衡，或由部分土体对盾壳产生的塑性土压和推进油缸压力垫与管片环端面摩擦力共同作用平衡，掘进过程受力工况复杂，稳定性较差,图2 复合地层盾构机刀盘刀具布置,图3 复合地层盾构机推进油缸的结构图,.,32,盾构选型风险,软土地层盾构机与复合地层盾构机,复合地层盾构机特点,（5）主轴承寿命一般要求较高 （6）对于土压平衡盾构，一般需配置渣土改良系统 （7）对于泥水加压平衡盾构，一般需配置破碎机 （8）刀盘、盾壳要
11、选用较好的钢材制造（如Q345）,.,33,盾构选型风险,土压平衡与泥水加压式盾构机,（1）在富水破碎复合地层或水下隧道通常选用泥水加压式盾构或气垫式泥水盾构，在复合地层掘进气垫式泥水加压盾构一般在气压舱安置破碎机，目前破碎机存在工效低（5次/min）、可靠性差的缺陷。某水下工程采用气垫式泥水加压盾构施工，在穿越岸上一港口时因破碎机失效，堵管、泥浆循环不畅，造成地面塌陷。,图5 破碎机在气垫式泥水盾构机中的配置示意图,.,34,盾构选型风险,土压平衡与泥水加压式盾构机,（2）地下水渗透系数低的复合地层一般选用土压平衡盾构，对于抗压强度较高的岩层，目前选型存在两种不同观点，一种观点是应选用土压平
12、衡盾构，方便更换刀具；另一种观点是考虑到泥浆对刀具的刀刃起到润滑作用，减少刀具磨损，应优先选用泥水加压是盾构。有待于工程实践作进一步论证。,（3）为了更好控制掌子面和地面稳定应选用气垫式泥水盾构，但目前在国内还未真正了解其作用机理，所以未能更好发挥其控制沉降作用。,.,35,主轴承和刀盘驱动系统风险,主轴承风险,（1）当主轴承出现不可处理的破损，对于硬岩全断面联合掘进机，可在自稳围岩中扩洞更换，而在软土和复合地层中盾构难以遇到自稳围岩，加固土体扩洞代价甚大，难以更换主轴承。 （2） 对于盾构主轴承可否参照硬岩TBM（全断面联合掘进机）按半荷载设计原则进行选型，尽量选用高寿命轴承和高扭矩和耐冲击
13、的传动系统，从而降低主轴承风险。,.,36,主轴承和刀盘驱动系统风险,刀盘驱动系统风险,（1）刀盘驱动系统破坏在施工过程时有发生，某工程发生八台驱动装置行星齿轮减速器太阳齿轮同时破坏，停工年多等待更换。 （2） 对复合地层盾构刀盘驱动系统末级传动副，行星齿轮减速器的输出端小齿轮如能采用简支结构，可减少悬臂结构带来风险。,图6 行星齿轮减速器输出端简支结构的小齿轮,.,37,三大密封风险,主轴承密, 主轴承密封失效，主轴承就会先损坏 合适的多道耐磨密封形式、功能完善可靠的润滑和冷却系统是降低主轴承密封风险的重要因素。主轴承密封寿命要高于主轴承寿命,图7 主轴承密封示意图,.,38,三大密封风险,
14、中折密封, 在设置中折装置的盾构中，中折密封是否可靠，关系到砂水是否涌进盾构机内，在高水压软弱地层显得特别重要 中折装置及其密封设计必须适应盾构机在曲线隧道掘进要求 进一步解决充气临时密封止水带可靠工作问题,图8 中折密封示意图,.,39,三大密封风险,盾尾密封, 盾尾密封是否可靠，亦关系到砂水是否涌进盾构机内，同时亦确保盾尾同步注浆及管片环二次注浆质量及浆液是否涌入盾构机内 多道密封形式设计应合理，密封刷应耐磨工作可靠，进一步解决充气临时密封止水带可靠工作问题，使其有助于更换密封刷,图9 盾尾密封示意图,.,选型不当实例,某刀盘刚度不足，中心部位凹陷, 结构、功能、刀具、开口率等。,某刀盘强
15、度不足，局部碎裂,.,人、机、地质等风险叠加,泥饼； 喷涌； 姿态失控明挖法修复盾构隧道； 压力平衡失控（高土压、欠土压、“拉风箱式”）；,刀盘面板结泥饼,明挖法修复超限盾构隧道,喷涌,.,42,人、机、地质等风险叠加,滞排； 铁板沙；,南京长江隧道，采用饱和气压作业法进仓修复盾构刀盘刀具。,.,人、机、地质等风险叠加,盾构机被卡（卡刀盘、卡盾体）； 螺旋机卡死，螺杆断裂等，处理螺旋机故障措施失当，甚至导致盾构机被埋； 油脂等化学类产品裂解。,盾构在硬岩中卡死,螺杆断裂,.,地质与选型风险,盾构机的选型依据是： 地质条件；开挖面稳定 性能；隧道埋深、地下 水位；隧道设计断面、 路线、线性、坡度
16、；环 境条件、沿线场地；管 片衬砌类型；工期造价 等。所以如果地质条件 错误、选型失误，是盾 构施工最大的风险。,盾构地质选型,.,盾构组装、调试风险 盾构机进场的运输, 盾构吊装调试现场作业，主要风险有超 宽超高运输风险，超大超重吊装风险，超大型设备协调配合 调试风险。,盾构吊装,盾构合龙调试,.,始发到达作业风险 盾构施工过程中，始发与到达的风险最大，主要有：盾构基座变形；反力架位移或变形；破除洞门时涌水涌砂涌土；洞门密封失效或漏水；姿态突变；轴线偏离等。,盾构始发,盾构到达,.,施工风险 刀盘卡死：前方卵石堆积；刀具磨损；岩石太硬； 盾构密封失效：主轴承密封、盾体铰接处密封、盾尾钢丝刷密封。 盾构机后退（千斤顶单向阀故障）。 掌子面塌方和地面沉降过大 隧道管片上浮（常见）。 管片错台、碎裂（常见）。,盾构掘进,.,浅覆土地段；管线密布地段（污水管断裂）； 临近桩基础、建筑物地段； 有孤石、障碍物地段； 采
