《盾构隧道工程安全风险评估(南-洛区间).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构隧道工程安全风险评估(南-洛区间).doc（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、盾构隧道工程安全风险评估（初稿） 柴永模 2006.12.1内容提要：本文通过广州市轨道交通二、八号线拆解工程二号线【南洲站洛溪站盾构区间】土建工程项目的工程特点及地质条件评价，分析了该土建工程的安全风险及其总体评价，提出了各种安全风险的控制措施，可供该工程及类似工程的设和施工时参考。关键词： 盾构隧道 风险 评估1工程范围及特点1.1工程范围广州市轨道交通二、八号线拆解工程二号线【南洲站洛溪站盾构区间】土建工程项目，南起洛溪站，出站后下穿彩虹花园，长大公司宿舍楼及办公室，然后向西北方向偏离洛溪大桥，穿过珠江和城安围船厂码头及仓库，在城安围船厂门口空地设置中间风井一座，再以小半径转向北穿过三窖
2、涌水道，南环高速公路高架桥，到达南洲站。1.2工程特点对本土建工程概括有“五个一”特点，即一次始发、一次过河、一次过中风井、一次过江、一路地面均有密集建筑物，具体如下：1、一次始发：本工程从南洲站（地铁换乘站底层）车站南端（Y(Z) CK9+849.940）向小里方向洛溪站始发，一直推进到洛溪站到达（Y(Z)CK7+622.000），盾构机吊出，刚好推进一个完整的区间，全长约2230m。2、一次过河：盾构机在南洲站始发后掘进300m左右即过三滘河，河宽70m，河水深23m，拱顶距河底最近约16m，所处地层从上到下分别为、，隧道主要在、地层穿越，由于隧道洞顶埋深大，裂隙承压水和砂层水压较高。3、
3、一次过中风井：盾构机过完三滘河后不久即到达城安围船厂门口的公交车站附近设置的中风井，井长7.6m明挖结构，盾构机采用什么方式通过中风井。4、一次过江：在本区间中部，隧道从洛溪大桥上游一侧穿越470m宽珠江航道，水深813m，有万吨级船舶通过。隧道拱顶距最近河底约14.5m，隧道通过地层主要为、地层，部分进入地层，地质条件较好，但围岩裂隙发育。珠江两岸上覆深厚淤泥及江堤，江中水压高，地下水与江水联系密切。5、一路地面均有密集建筑物：本区间从南洲站到洛溪站，地面均有很多建筑物，其中需要采取措施处理和重点保护的有7处，对需处理的建筑物调查及处理十分重要。6、线路地层中粗砂层3-2分布广泛，基本上全线
4、路都在隧道上方的地层中出现，其透水性中等，富水性好，易失稳和因排水固结造成地面沉降。由于砂层之下均分布有较厚的残积砂质粘性土，为相对的隔水层，但在靠近洛溪站SCK7+622730段，中粗砂层3-2存在于拱顶上方，在SCK7+680处，3-2中粗砂层切入隧道，极易造成砂土振动液化，涌入盾构土仓。2地质评价2.1工程地质条件评价本区间原地貌为珠江河流冲积阶地，上覆第四系地层发育，地层主要为人工填土层、海陆交互沉积的淤泥、淤泥质土、淤泥质砂、粉质粘土，冲洪积粉细砂、中粗砂层和冲洪积土层，厚度较大。残坡积层相对发育，呈不规则层状产出，层厚不稳定，变化大，残积土的工程力学性能较好，地基承载力较高。基岩埋
5、藏较深，中风化岩面起伏不大（仅MBZ1-S35及MBZ3-LN-30、24位置揭露有风化深槽），岩面埋深6.3038.50m（水上钻孔水深未计），基岩岩性较为简单，除MBZ3-LN-36分布有英安斑岩、MBZ3-LN-35揭露有霏细岩外，其余均为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，岩体完整性相对较好，局部风化不均匀，存在风化夹层。中微风化岩石力学强度稍高，隧道洞身穿过岩石主要为中、微风化岩层。本区间在MBZ3-LN-36揭露有脉状分布的英安斑岩，在该孔附近揭露有小型构造破碎带，在MBZ2-B008b及MBZ3-LN-24、26、30有风化深槽。总体评价本区间岩土工程地质条件属较复杂类型。2.2水文
6、地质条件评价本区间地表水系较发育，地铁线路穿越珠江及三滘河，场地地下水类型主要是第四系覆盖层中的孔隙水和存在于基岩裂隙中的风化裂隙水，但由于本区间隧道埋藏较深，第四系覆盖层中的孔隙潜水对隧道施工无直接影响。根据钻孔抽水试验结果，场地中的中、粗砂层、砾砂层含水量丰富，推测本地段基岩裂隙水相对较丰富,地层渗透性中等。总体评价本区段水文地质条件属较复杂类型。2.3特殊岩土、不良地质评价1、特殊岩土：于MBZ3-LN-36号钻孔呈脉状分布的英安斑岩揭露有强、中、微风化带，微风化岩天然单轴抗压强度为22.0MPa，其强度、围岩类别与其泥质粉砂岩无明显差别，故英安斑岩对施工影响较小。2、膨胀土层：残积成因
7、的粉质粘土或粉土层、，部分具有膨胀土的特征，自由膨胀率为29.068.0%，由于隧道结构在地下水位之下离膨胀土层较远（深），故可不考虑该土层膨胀特性对施工的影响。3、软弱土层：本区间广泛分布的淤泥层、淤泥质土层、淤泥质砂，层厚较大，分布连续，软土具有固结沉降、蠕变和震陷的特性，对基坑施工有较大的影响。但软土层位于地铁结构顶板之上且离地铁结构顶板较远（高），故该土层对地铁施工基本无影响。4、砂土液化：可液化砂土层淤泥质砂、粉细砂、部分中粗砂在本区间内都有分布，经判定，本区间砂土为液化等级为中等严重，3# 联络通道及风井范围，砂土液化等级为轻微中等。砂土液化会使桩基础承载力降低、地面沉陷、基坑变形
8、、基坑开挖时出现流沙等，造成建筑物、地面的变形。工程施工时应注意砂土液化的影响。但本区间地铁结构均在较为稳定的中微风化岩层中，地铁结构顶板均在液化层底之下且距液化层较远，故砂土液化对本区间地铁施工及地铁结构稳定性影响不大。5、风化深槽：在钻孔MBZ2-B008b、MBZ3-LN-24、26、30钻孔位置揭露有小规模风化深槽，风化深槽深度达到地铁结构范围，造成该位置岩石强度突变，盾构施工时应予重视。6、不良地质作用和地质灾害：本区间未揭露有岩溶、采空区，未发现有滑坡、危岩和崩塌、地面沉降和泥石流等不良地质作用和地质灾害。7、本次勘察少数钻孔中揭露的淤泥层，有机质含量较高，据测试结果，部分样品中有
9、机质含量大于10%，属弱泥炭土，但未发现有有毒气体。2.4围岩可挖性等级及围岩类别评价本区间的岩土层主要为海陆交互的淤泥、淤泥质土、淤泥质砂、粉质粘土、冲烘积的粉细砂、中粗砂、粉质粘土、河湖沉积的淤泥质土及可硬塑残积土、及含泥质粉砂岩的全、强、中、微风化带、（英安斑岩仅在MBZ3-LN-36钻孔呈脉状分布），土石开挖等级为类土、类土、类土、类土，围岩类别为、类，且类围岩仅在靠近南洲站局部顶板分布。此评价与钻爆法施工关系重大。2.5全、强风化岩软化特征评价泥质粉砂岩的全、强风化带有遇水软化特点，软化的岩土容易导致隧道围岩强度降低，造成隧道边墙、拱顶崩塌或掉块，因此施工时应尽量避免或减少该土层的浸
10、水时间。与钻爆法施工关系重大。2.6场地稳定性评价本场地在勘察过程中，揭露有淤泥、淤泥质土、淤泥质砂、淤泥质土等软弱土，同时淤泥质砂及局部冲洪积粉细砂为液化饱和的砂土，按照建筑抗震设计规范（GB50011-2001）对场地划分的原则判定：本场地为建筑抗震设计不利地段，建筑场地类别为类。3土建安全风险源及风险评估3.1风险源辨识根据本区间工程特点，地质评价，按照广州地铁工程设计施工特点及已往各工程的施工经验，本区间的风险源如下：3.1.1地质风险本区间地质风险等级评估见表1。南洲路站-洛溪站区间地质风险因素及风险等级评估 表1序号风险因素风险情景风险评估发生概率风险后果风险等级1不良地层不良地层
11、主要是英安斑岩层和风化深槽，分别在里程YCK8+480段（MBZ3-LN-36）和YCK7+850段。英安斑岩层及风化深槽的存在，导致刀盘前方的岩层突变。英安斑岩层及风化深槽处，岩层风化严重，裂隙发育，水量丰富，很容易导致盾构低头或排土喷涌。C较低三较轻三较低2盾构掘进“喷涌”区间地表水及中粗砂层3-2较发育，地下水与江水联系密切。地层为中等透水层。在盾构掘进过程中，直接造成螺旋输送机出土口“喷涌”，不仅掘进速度慢，而且每掘进完一环，盾体内清渣工作量大，还不能马上进行管环拼装，造成土仓里再聚集水，形成“喷涌”恶性掘进循环，工作效率极低。B较高二较重二较高3红层掘进结泥饼本标段区间隧道大部分穿越
12、、泥质粉砂岩强、中、微风化地层，粘粒含量达到5060，在这样的地层中掘进，盾构掘进时可能会在刀盘特别是刀盘的中心部位产生泥饼，土仓温度高，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩上升，甚至机器被破坏无法掘进。A高二较重二较高4盾构过江和过河本区间线路穿越珠江和三窖河，由于地下水与地表水具有一定的水系联通，虽然隧道所穿越的地层较好，但470m宽的珠江很难一盘刀通过，必然要进行河底换刀。两岸堤坝必需重点保护C较低一严重一高5砂土扰动液化可液化砂土层淤泥质砂、粉细砂、部分中粗砂在本区间内都有分布，经判定，本区间砂土为液化等级为中等严重。但在靠近洛溪站SCK7+622730段，中粗砂层3-2存在于拱顶上方，在SCK
13、7+680处，3-2中粗砂层切入隧道。处于盾构到达洛溪站端，是极不利地段。砂土液化会使桩基础承载力降低、地面沉陷、基坑变形、盾构到达时出现流沙涌进车站而无法控制，造成建筑物、地面的变形。D低二较重二较高3.1.2区间隧道设计施工风险本区间隧道设计施工风险因素及风险等级评估如下（1）本区间隧道设计风险见表2南洲路站-洛溪站区间土建设计风险因素及风险等级评估 表2序风险因素风险情景风险评估发生概率风险后果风险等级1中间风井风井横向宽22.8m，隧道纵向长7.6m，采用明挖顺作施工。竖井结构共七层，主体结构深度达35m左右，结构采用常规的矩形框架。由于竖井位于成安围大门外车场地段，离珠江水系不远，且
14、处于混合岩与红层交界带。从地质纵断面显示，本段淤泥较厚，岩面较高但起伏较大。围护结构设计方案和深度确定及施工都存在风险。B较高二较重二较高2端头加固设计盾构江边各始发和到达端头的加固设计，是每个盾构标段的重难点设，尤其是中间风井两端头和到达洛溪站端的施工加固设计（加固长度、宽度和厚度），联络通两端的施工加固设计等十分重要，其风险情景可用灾难性来形容。其惨痛教训应该铭记。D低一严重一高3洞门防水及联络通口防水可靠设计盾构进出洞施工时，用特殊的帘布橡胶圈以及可靠的固定装置，减少漏泥、漏水；盾尾同步注浆材料，不仅应有利于控制地面沉降，也是构成隧道外围防水圈的重要材料，应是强度足够，止水和可注性的材料；拆除洞口0环管片后的洞门结构现浇混凝土与第一环管片之间的防水设计和施工是盾构区间隧道又一难点。C较低三较轻三较低4区间的防淹密闭门设计由于广州地铁各线都在珠江水面以下，按地铁设计规范1.0.16规定，该盾构区间隧道两端适当位置，应设置防淹门，根据防淹门要求，设计可靠的配套土建设施。其重要性和长远影响是有目共睹。D低一严重一高5与安全有关的土建设计隧道中安全走道设
