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1、盾构隧道施工风险与规避对策,2013年7月25日，郑州市南阳路一处地铁施工塌方,一、地铁隧道的风险认知,2013年7月20日，青岛地铁南京路和哈尔滨路交叉口路面塌陷,2013年7月11日，青岛地铁3号线08标保儿站龙门吊倾倒,2013年6月13日 长春地铁一号线围护桩钢支撑意外脱落,2013年5月6号，西安地铁三号线始发井发生塌方,2013年1月28日 广州地铁施工地段塌陷,近年来，全国已经开通和待开通地铁的城市有28个，正在建设中、获得审批及规划中的有31个。在助推中国成为全世界最大的“城市地铁建设市场”的同时，也带来了层出不穷的安全事故，造成人员死亡的典型事件有2008年4月1日，深圳龙岗
2、区的地铁3号线工地进行桥墩浇铸混凝土施工时发生事故，造成3死2伤；11月15日，杭州萧山区风情大道地铁施工工地发生大面积地面塌陷事故，导致212死24伤；2009年1月8日，上海工地在建地铁11号线地下施工工地突发火灾，导致1死6伤；8月2日，西安地铁1号线施工现场因沟槽开挖支护不及时导致塌方，造成2人死亡；2010年7月14日，北京地铁M15号线车站施工过程中，支撑钢架脱落，导致2死8伤；2011年6月1日，北京地铁6号线内发生塌方事故，1人死亡；2012年12月31日，上海地铁12号线某停车场在施工中发生坍塌，造成5死18伤；2013年1月2日，广西南宁一在建地铁工地的污水管线迁改施工中发
3、生塌方，3人被困，其中2人最终死亡，6月13日，长春地铁一号线，卫星广场车站工程由于局部围护桩钢支撑意外脱落，1死2伤,一、地铁隧道的风险认知,地铁盾构隧道施工风险发生机理,地铁盾构隧道施工风险的原因可分为自然因素、人为因素和盾构机因素。,一、地铁隧道的风险认知,地铁盾构隧道施工风险可分为管理风险、人工风险、材料风险、设备风险、社会环境风险和自然环境风险六类。,风险分类,自然因素包括不可抗拒的地质灾害、气象灾害等不可控因素，和不良地质条件造成的地铁盾构施工风险的因素。盾构施工过程中，大部分不良地质可以探测或预测，如果措施得当，其中的部分甚至全部风险可以规避。,杭州地铁一号线勘察遇到储气层,自然
4、因素,盾构穿越岩土复合地层、构造带、破碎带等。,成都某车站基坑剖面,广州地铁四号线,杭州地铁一号线复合地层，盾构推进时，刀盘上下部受力不均，盾构姿态控制困难，磨损刀具。,盾构施工过硬黏土层，结泥饼，含沙砾时，磨损刀具。 盾构施工过流塑状淤泥地层，工后沉降可能过大，管片错台、开裂、盾构机“栽头”，工作井/横通道发生底涌。 盾构施工过粉细砂层和砂层，横通道/工作井加固失效导致粉细砂涌入，造成结构破坏、地面塌方。 盾构施工过中粗砂，土压力控制困难，砂涌入密封舱，造成地面沉降。 盾构施工过砾石地层，刀盘、刀具磨损严重，地面工后沉降较大。 盾构施工遇到土洞、溶洞。 盾构施工遇到有害气体。,人为因素包括战
5、争、政变、恐怖袭击等不可预知、不可控因素，和政治、决策、设计、施工、合同、财务、环境、技术等可以采取得当措施，部分甚至全部可以规避的风险的因素。,人为因素,天津地铁二号线建国道站至天津站区间盾构透水事故，气焊切割盾构机螺旋传送机点检口，致高压水柱喷涌，造成塌陷。,盾构机是地铁盾构施工过程中唯一的施工工具，而且是不可代替的一种工具，在盾构施工过程中，盾构机一旦发生严重损坏，往往会使工程不得不停顿下来。,盾构机改造与修复,盾构机因素,刀盘开挖直径与吨桥直径之间形成的施工间隙不能立即填充补偿。 刀盘开挖直径与隧道管片直径差形成的间隙不能立即填充补偿。 刀盘与前体盾壳之间间隙易造成盾构机上部地层损失或
6、变形。 盾构机推进扰动前方土体，破坏局部地层稳定性。 盾构推进产生震动，影响上部建（构）筑物。,常见事故,盾构机机械故障,旧盾构机再使用风险 异常磨损造成的设备和刀盘刀具损坏 施工操作或材料原因造成的设备损坏或故障 电路、油路、管路故障 盾尾刷失效 不明原因造成的设备损坏,盾构施工造成地面隆沉超标和建筑物损坏,盾构施工振动、盾构超挖等造成地面建筑物不均匀沉降 过砂层和粉砂层施工引发涌砂、喷涌、地面塌陷、隧道变形,广州地铁二八号线,上海地铁四号线,盾构施工造成地面隆沉超标和建筑物损坏,刀盘结泥饼造成地面沉降 螺旋输送机喷涌造成地面沉降,盾构机进出工作井及横通道施工事故,泥砂涌入工作井,地面塌陷,
7、盾构施工操作不当造成事故,始发措施不当造成盾构纠偏超限 超压注浆导致管片破碎,负环加固,管片错台涌水,盾构机姿态控制不当造成隧道轴线超限 施工措施不充分造成隧道上浮 操作不当造成盾构机翻转,放水卸压,广州地铁四号线旋转29,盾构施工操作不当造成事故,盾构机卡壳 施工参数不当导致隧道整体旋转,南京纬三隧道施工遇地层突变盾构机卡死,盾构施工操作不当造成事故,添加剂使用不当造成喷涌和结泥饼 换刀、气压作业问题,盾构施工操作不当造成事故,地下障碍物造成事故,特殊地质体障碍物 地下人工障碍物,切割岩块,盾构过江河湖海 隧道永久结构质量问题 安全事故,地铁盾构施工风险控制应考虑人为因素、盾构机械、施工技术
8、三方面因素，从多方面进行风险综合评价，根据风险大小分别采取事前规避、实施时防范，事后的及时补救等全过程风险控制。,控制技术,二、地铁盾构隧道施工风险控制技术,人为因素控制,提高安全意识，杜绝侥幸心理。 规范施工操作，强化风险意识。,盾构机因素控制,盾构机选型控制,与工程地质匹配 对周围环境影响小 可以辅以合理的辅助工法 性能满足施工长度和线形要求 盾构机掘进能力与后配套设备匹配,刀具检查与更换,砂卵石地层和复合地层，盾构掘进时刀具磨损严重，频繁换刀加大了施工风险和工程费用。 选择合理的刀具类型 配备合理的刀具数量 设置不同种类刀具配置的高度,常规换刀，切实开挖面支护与加固、工作面通风与照明、地
9、面监测等准备工作，换刀过程中切实做好安全保障措施。埋设较浅，地面有施工条件时，可选择地面工作井换刀。,盾构机定期维修保养,施工参数控制,盾构推力控制,由于施工环境的变化，在掘进过程中，盾构机的有效推力在设计推力所占比例是一个动态变化的过程。掘进时，掌握盾构的施工因素，包括地层变化、中途停机、盾构偏移及衬背注浆质量等，以此控制总推力，提高有效推力，正确指导施工。,盾构姿态控制,盾构姿态控制包括：机体滚转控制和前进方向控制，施工中，合理纠偏。,施工技术控制,盾构过不良地层施工控制,对工作面前方地层进行探测 配备合理的刀具 选择合理施工参数 调节差异地层注浆压力 复合地层，调节分区油缸压力 加强人工
10、量测,地表隆沉控制,严格盾构姿态控制，减小地层扰动 选择合理浆液类型 控制注浆量、注浆压力和浆液质量，及时同步注浆 根据地表变形情况，及时二次注浆 加强监测，信息化施工,开挖面稳定控制,控制推进速度、泥渣排土量、新泥浆补给量 利用探测装置进行土体崩塌检查 建立地表沉降与信息反馈机制 及时检查开挖面水压信号 信息化施工,进出洞施工控制,制定合理的地层加固方案 洞口打开前，进行加固效果检验 确保盾构始发姿态与设计轴线基本重合 负环定位时确保管片轴线与线路切线重合 始发阶段防止盾构机低头、旋转 加强推力、扭矩控制，注意油脂有效性,横通道施工控制,选择合理加固技术 开挖前进行检验 旁通道两侧设置防护门
11、 减小土层冻胀对隧道的影响 监测冻土帷幕的形成状态 冻结开孔前，探测地层稳定性 加强冻结过程检测 严密监测隧道变形，确保安全,隧道上浮控制,严格控制隧道轴线，减小土体扰动 选择合理的同步注浆浆液 采用双液浆打环箍 出现上浮且范围较大时，进行补压浆 加强纵向变形监测，针对性注浆纠正,过开挖面障碍物控制,对开挖面前方进行探测 对前方障碍物进行破除,所谓不良地层是针对盾构法而言。在黏土中采用明挖发或者采用矿山法，不一定有困哪，但是采用盾构发生施工时，结泥饼将会是大问题，在20世纪八九十年代，结泥饼是世界性的难题。如果富水砂层采用矿山法施工，恐怕是如履薄冰，但采用泥水盾构则没有太大风险。,三、地质预测
12、预报准确性风险及对策,盾构施工的不良地层,1、作为永久结构的盾构隧道本身是不稳定，工后沉降可能性很大，以至于造成线路纵波的变化及管片的错台、开裂和破损。 2）盾构机机体的重量在軸向上是不均句的,其前部的1/3包括刀盘主軸承和螺旋輸送机等,大约占盾杓机重量的2/3以上。在这种流塑状於泥地层中掘进时,易出现盾构机“栽头”问题。其结果是盾构机姿态难以控制，进而造成管片的错台、开裂、破损等。 3）若盾构机的工作井或隧道的横通道位于这种地层中,主要的问题是如何保证围护结构的施工质量及防止基坑开挖时的底涌,（一）第四系流塑状淤泥层,盾构机在软粘土中遇到的问题可能会小一点,在硬塑状的粘土中问题会大一些。粘土
13、中含有一定的沙粒成分，对道具磨损会有影响。在均一粘土中，盾构机的刀盘和刀具的配置相对容易和简单，但在复合地层难度就大多了。因为在选择刀盘和刀具力是，既要考虑盾构机的大开口率，又要考虑在岩石地层中破岩功能对刀盘强度的要求：既要防止滚到在粘土中的偏磨，有又不能不配置一定量的滚到。添加剂的使用,特别是泡沫的使用,已经很好解决了粘土中结泥饼的问题。,（二）第四系粘土地层,(1)粉细砂层：使用上圧平衡盾构机时，只要添加剂使用得当,也没有大同题。若使用泥水盾构机,除了泥水分离困难外，掘进本身没有难题。在这种地层中，施工出现的主要问题是发生在盾构隧道间的联络通道和盾构机进出井问题。 主要原因在在于上述这些特
14、殊部位的土体加固效果不佳或采取的施工工艺、施工程序欠妥当，使得粉细砂大量涌人隧道或工作井,使己完成的隧道或车站结构严重破坏、底面严重塌陷。 (2)中砂、粗砂或中粗砂层：比较松散,粉土和粘土颗粒一般含量很少。采用土压平衡时： 工作面上中粗砂在地下水的作用下极不稳定，一旦出现较大土压波动，就造成过量砂涌入盾构密封舱，将很危险。 该层中粘土颗粒少，渣土和易性差，在地下水的作用下会发生螺旋输送机喷涌，进而仓内失压，引起地面塌陷。,（三）第四系粉细砂和砂层,日前国内盾杓施工遇到的砾石大体有两类：一类是成都地铁遇到砾石为代表，粒径30-70mm，占地层55-80%。另一类是沈阳地铁盾构遇到的地层为代表，大
15、于20mm的砾石占30-404%，答题时连续级配。成都地铁的砾石层问题较大，难解决。 主要如下四方面。 1、刀盘（开口率）和刀具（滚到和刮刀的选择与组合）的配置问题； 2、刀盘和道具的磨损（主要是土仓内砾石的滞排）问题和换刀工艺问题； 3、螺旋输送机喷涌问题（和易性问题）； 4、地面工后沉降问题。,（四）第四系砾石地层,成都地铁某基坑剖面,沈阳地铁某基坑剖面,复合地层：硬岩层，上线软硬互层,（五）复合地层问题,广州3号线-汉溪长隆盾构区间地质剖面,杭州地铁1号线某区间地质剖面,孤石：人工抛填碎石，第四系漂石、花岗岩的球状风化体等。,（六）孤石,广州地区发现溶洞有两种：一种是石灰岩，另一种是碎屑沉积岩中。,（七）溶洞,广州地铁5号线-淘金路区间石灰岩溶洞,广州地铁5号线-草暖公园站区间,盾构机在石友岩溶洞地区掘进遇到风险： 盾构机在溶洞处可能会磕头; 地下水及地下水压很大，或者工作面失水，会注浆困难、螺旋输送机喷涌等问题; 刀盘在旋转过程中由于突然遇到表面凹凸不平的溶洞,会因力瞬间荷载增大造成刀具损坏; 穿越溶洞的隧道的稳定性是永久结构隧道要解决的问题.,（七）溶洞,在盾构施工过程中遇到的可燃易爆有毒気体可能来自三介方面:一是地层中自然赋存的,二是在施工过程中产生的,三是不明来源気体,（八）有害气体,杭州地铁一号线勘察遇到储气层,谢谢！,
