（地质工程专业论文）土压平衡盾构推进中施工管理过失的研究.pdf

中山大学硕士学位论文 土压平衡盾构推进中施工管理过失的研究 专业名称：工程硕士( 地质工程) 硕士生：董建刚 指导教师：汤连生教授 摘要 目前，盾构法以其明显的优点在城市隧道施工尤其是地铁施工中确立了绝对 的统治地位。但随着盾构施工项目的增多，越来越多的单位加入盾构隧道施工中， 由于管理水平及施工经验的差距，盾构事故也随之增多。 在盾构法施工中“地质是基础，盾构机是关键，人( 管理) 是根本”。本文 针对因管理原因所造成的工期延迟、成本增加、隧道质量不符合合同或规范、对 相关方造成损害等行为，定义施工管理过失。通过收集相关城市盾构施工的资料、 参考国内外工程实例及相关论文结合施工实践，总结出盾构推进施工中主要工作 内容及常见的问题，然后结合施工实践通过1 5 个图表对其逐一进行因各种异常 状况引起的结果分析，得出1 2 种主要的施工管理过失情形。 对于得出的施工管理过失情形，在总结个人参加广州、南京、天津等地5 个 土压平衡盾构施工项目管理的基础上，结合咨询专家及收集的施工资料，参考国 内外工程实例及相关论文，全面系统地对其逐项进行论述。即：( 1 ) 开挖面失稳： 通过对土压力、开挖、回填注浆、地下水、失稳与盾构机位置之间的关系等几个 方面分析形成因，从开挖模式、土压力的控制、管片壁后注浆控制、排土量的控 制、地层失水的控制等方面提出预防与解决的方法；( 2 ) 泥饼：通过对土体先粘附 在刀盘还是土仓形成泥饼分析成因，从改良渣土、推进参数的设定、控制循环水 温度、土压力和取排土量双重控制土仓内渣土压力等方面提出预防与解决的方 法；( 3 ) 喷涌：通过对渣土性质及地下水等方面分析成因，从改良渣土、合理操作 螺旋机、封闭地下水路等方面提出预防与解决的方法；( 4 ) 管片错台：通过对管片 制造拼装、注浆压力、开挖等方面分析成因，从加强管片制作、合理选择管片、 注浆、开挖参数等方面提出预防与解决的方法；( 5 ) 成型隧道渗漏水：通过对管片 摘要 制造拼装、注浆压力、开挖等方面分析成因，从加强管片制作、合理选择管片、 注浆、丌挖参数等方面提出预防与解决的方法；( 6 ) 管片超限( 含上浮) ：通过对 盾构推进、管片受力分析、自动导向系统、盾构刀具等方面分析成因，从掘进参 数、注浆、排水堵水等方面提出预防与解决的方法；( 7 ) 管片扭转：通过对直线段 和曲线段管片受力等方面分析成因，从刀盘转向、推进油缸压力差、注浆等方面 提出预防与解决的方法；( 8 ) 管片破碎开裂：通过对管片选型及拼装、管片位移、 注浆参数等方面分析成因，从管片转运及拼装、推进参数、注浆等方面提出预防 与解决的方法；( 9 ) 盾构机“卡壳”：通过对盾构机构造、行走线路、地基变形等 方面分析成因，从保证刀具完好、掘进参数、控制盾构姿态等方面提出预防与解 决的方法；( 1 0 ) 盾构机刀具刀盘非正常磨损：通过对刀具的各种磨损方式方面分 析成因，从合理选择掘进参数、制定合理的刀具更换计划等方面提出预防与解决 的方法；( 1 1 ) 对于其它过失情形通过表格形式简单分析成因提出预防与解决方法。 通过分析论证，本文得出以下结论：( 1 ) 从岩土工程的角度结合排出渣土情况、 推进参数合理操作盾构机，是减少管理过失的保证；( 2 ) 合理设置丌挖参数，根据 设计线路、姿态、盾尾l 、日j 隙及管片的楔形量等选择管片，可以降低甚至防止部分 管理过失；( 3 ) 提高盾构操作者的水平及能力是减少管理过失最直接的方法。 最后，从盾构机操作手的专业知识背景、施工经验、工作责任心、灵活应变 能力等方面提供一些建议及意见。 通过对土压平衡盾构推进中施工管理过失的研究，为今后施工单位在盾构隧 道施工中面临类似问题时提供参考，以期达到在盾构施工推进中降低因施工管理 过失引起或产生的事故、事件及不合格隧道等。 关键词：盾构施工土压平衡推进参数施工管理过失 中山大学硕士学位论文 s t u d y o nn e g l i g e n c eo fc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t i ne a r t hp r e s s u r eb a l a n c e ds h i e l da d v a n c i n g m a j o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) n a m e ：d o n g j i a n g a n g s u p e r v i s o r ：p r o f t a n gl i a n s h e n g a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h es h i e l dd r i v i n gm e t h o dr e l a y i n go ni t so b v i o u sa d v a n t a g e si nac i t y c o n s t r u c t i o no ft u n n e l ，e s p e c i a l l yi ns u b w a y , e s t a b l i s h e st h ea b s o l u t ed o m i n a n c e h o w e v e r , w i t hi n c r e a s i n go ft h ec o n s t r u c t i o np r o j e c t s ，m o r ea n dm o r eu n i t sj o i ni nt h e s h i e l dt u n n e lc o n s t r u c t i o n ，t h ea c c i d e n t so ft u n n e ls h i e l d i n gb e c o m em o r ea n dm o r e b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eo fm a n a g e m e n ta n de x p e r i e n c e ”g e o l o g i c a lc o n d i t i o ni sb a s e ，s h i e l dm a c h i n ei st h ek e y , m a n a g e r ( m a n a g e m e n t ) i s c o r e ，”i nt h es h i e l dd r i v i n gm e t h o dc o n s t r u c t i o n t h et h e s i si sa b o u tt h e s ea c t i o n s ，s u c h a sp r o m o t i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s ，i n c r e a s i n gt h ec o s t so ft h ep r o j e c t ，f o r m i n gt h e t u n n e lu n f i t t i n gf o rt h ec o n t r a c to rn o r m a ls t a n d a r d ，d a m a g i n gt h er e l e v a n tp a r t i e s ， w h i c ha r ec a u s e db ym a n a g e m e n t ，a n dt h e nd e f i n e st h em e a n i n go fm a n a g e m e n t n e g l i g e n c e c o l l e c t i n gi n f o r m a t i o na b o u tt h ec i t ys h i e l dc o n s t r u c t i o n ，r e f e r r i n gt ot h e c a s e sh o m ea n da b r o a da n dt h er e l e v a n t a r t i c l e s ，c o m b i n i n g w i t hc o n s t r u c t i o n e x p e r i e n c e ，m a k i n gc o n c l u s i o n ss o m em a j o rc o n t e s t so fw o r k i n ga n ds o m eu s u a l q u e s t i o n s ，c o m b i n i n gw i t hw o r k i n ge x p e r i e n c ea n dt h e na n a l y z i n gt h er e s u l t sw h i c h a r ec a u s e db yu n u s u a ls i t u a t i o n so n eb yo n ew i t h15d i a g r a m s ，a n dt h e ng e t t i n g12 m a j o rs t a t e sa b o u tm a n a g e m e n tn e g l i g e n c e a c c o r d i n gt ot h e s es t a t e sa b o u tm a n a g e m e n tn e g l i g e n c e ，c o n c l u d i n gc o n s t r u c t i o n m a n a g e m e n to fe a r t hp r e s s u r eb a l a n c e d ( e p b ) a b o u tm ye x p e r i e n c ea tg u a n g z h o u ， n a n j i n g ，t i a n j i ne t c ，c o m b i n i n gw i t ha s k i n ge x p e r t sa n dt h er e l e v a n tm a t e r i a l s ， r e f e r r i n gt ot h ec a s e sh o m ea n da b r o a da n dt h er e l e v a n ta r t i c l e s ，i l l u s t r a t i n gt h e mo n e 摘要 b yo n e t h e ya r e ：( 1 ) s u r f a c ei n s t a b i l i t y ：s m d y i n gt h ec a u s e sa b o u te a r t hp r e s s u r e ， e x c a v a t i o n ，b a c k f i l lg r o u t i n ga n dg r o u n d w a t e r , u n s t e a d ya n dt h ep o s i t i o no fs h i e l d m a c h i n e ，a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：e x c a v a t i o n s t r u c t u r e ，c o n t r o l l i n go fe a r t hp r e s s u r e ，b a c k - f i l lg r o u t i n g ，d i s p l a c e m e n t o fe a r t h ， l o s i n gw a t e re t c ( 2 ) c a k eo rb l o c k i n g ( s e c o n d a r yb l o c k ) ，s t u d y i n gt h ec a k ew h i c hw a s o nt h ew h e e lc u t t e ro re a r t hc h a m b e r , a n a l y z i n gt h ec a u s e s ，a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n s a n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：i m p r o v i n ge a r t h ，a d v a n c i n gp a r a m e t e r , c o n t r o l l i n g c i r c u i tw a t e rt e m p e r a t u r e ，e a r t hp r e s s u r e ，d u a lc o n t r o lt ot h eq u a n t i t yo ft h ee a r t h d i s p l a c e m e n ta n de a r t hc h a m b e rp r e s s u r e ( 3 ) s p e w i n g ，s t u d y i n gt h ec a u s e sa b o u tt h e c h a r a c t e ro fe a r t ha n dg r o u n d w a t e r , t a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ： i m p r o v i n ge a r t h ，o p e r a t i n gs c r e wc o n v e y o rc o r r e c t l y , b l o c k i n g t h ew a yo fg r o u n d w a t e r e t c ( 4 ) s t e p p i n g ，s t u d 姐n gt h e c a u s e sa b o u ts e g m e n te r e c t i o n ，g r o u t i n gp r e s s u r e ， e x c a v a t i o ne t c ，a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d s f r o mt h e m ： s t r e n g t h e n i n gt h em a k i n go fs e g m e n t ，c h o o s i n gt h es e g m e n t sc o r r e c t l y , b a c k - f i l l g r o u t i n g ，e x c a v a t i o np a r a m e t e re t c ( 5 ) l e a k a g eo ft h ef o r m e dt u n n e l ，s t u d y i n gt h e c a u s e sa b o u ts e g m e n te r e c t i o n ，g r o u t i n gp r e s s u r e ，e x c a v a t i o ne t c ，a n dt h e nt a k i n g p r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：s t r e n g t h e n i n gm a k i n go fs e g m e n t s ， c h o o s i n gs e g m e n t sc o r r e c t l y , b a c k f i l lg r o u t i n g ，e x c a v a t i o np a r a m e t e re t c ( 6 ) o v e rt h e p o s i t i o na n ds t a n c e ( i n c l u d i n gu p w a r dm o v i n g ) ：s t u d y i n gt h ec a u s e s a b o u ts h i e l d a d v a n c i n g ，s e g m e n tf o r c ea n a l y s i s ，a u t o m a t i cg u i d a n c es y s t e m ，s h i e l dt o o l se t c ，a n d t h e nt a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：e x c a v a t i o np a r a m e t e r , b a c k f i l lg r o u t i n g ，d i s p l a c e m e n ta n db l o c k i n gw a t e re t c ( 7 ) s e g m e n tt w i s t i n g ：s t u d y i n g t h ec a u s e sa b o u tp r e s s u r eo fs e g m e n to ft h es t r a i g h tl i n ea n dt h ed o t t e dl i n e ，a n dt h e n t a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：r o t a t i o nd i r e c t i o no fw h e e lc u t t e r , t r u s t i n gc y l i n d e rp r e s s u r e ，b a c k - f i l lg r o u t i n ge t c ( 8 ) b r e a k i n go fs e g m e n t ：s t u d y i n g t h e c a u s e sa b o u ts e g m e n ta l t e r n a t i v e ，e r e c t i o n ，s e g m e n td i s p l a c e m e n t ，g r o u t i n gp a r a m e t e r e t c ，a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：s e g m e n tt r a n s f e r , e r e c t i o n ，a d v a n c i n gp a r a m e t e r , b a c k f i l lg r o u t i n g ，e t c ( 9 ) b l o c k e do fs h i e l dm a c h i n e ： s t u d y i n gt h ec a u s e sa b o u tt h es t r u c t u r eo fs h i e l dm a c h i n e ，r o u t e ，d i s p l a c e m e n to f g r o u n de t c ，a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d sf r o mt h e m ：k e e p i n gt h e i v 中山大学硕士学位论文 t o o l sw e l l ，a d v a n c i n gp a r a m e t e r , c o n t r o l l i n gg u i s eo ft h es h i e l dm a c h i n ee t c ( 10 ) n o n - n o r m a lw e a ro ft o o l sa n dw h e e lc u t t e r ：s t u d y i n gt h ec a u s e sa b o u ta l lk i n d so f w e a r , a n dt h e nt a k i n gp r e c a u t i o n s a n ds o l v i n gm e t h o d s f r o mt h e m ：c h o o s i n g a d v a n c i n gp a r a m e t e rr e a s o n a b l y , m a k i n gr e a s o n a b l ep l a n o fc h a n g i n gt o o l se t c ( 11 ) t a k i n gp r e c a u t i o n sa n ds o l v i n gm e t h o d si nt h ef o r m so f t a b l et oo t h e rn e g l i g e n c e d r a w i n gt h ec o n c l u s i o n sf r o ma n a l y z i n gt h e m ，( 1 ) t h es t a t eo fd i s p l a c e m e n te a r t h a n dc o r r e c to p e r a t i o nb ya d v a n c i n gp a r a m e t e ri sw a r r a n t yt oc o n s t r u c ts u c c e s s f u l l y , r e d u c i n gn e g l i g e n c ei nt h em a n a g e m e n t ( 2 ) d e s i g n i n gc o r r e c te x c a v a t i o np a r a m e t e r c h o o s i n gs e g m e n t sa c c o r d i n gt od e s i g n i n gr o u t e ，g u i s e ，t a i l s k i nc l e a r a n c ea n dt h e s p h e n o i ds i z eo fs e g m e n t ，t h i sc o u l dr e d u c eo rp r e v e n tn e g l i g e n c e ( 3 ) i m p r o v i n gt h e q u a l i f i c a t i o no ft h eo p e r a t o r si st h eo b v i o u sm e t h o dt or e d u c en e g l i g e n c ei nt h e m a n a g e m e n t f i n a l l y , g i v e s o m ea d v i c et ot h e o p e r a t o rw i t hp r o f e s s i o n a lb a c k g r o u n d ， c o n s t r u c t i o ne x p e r i e n c e ，r e s p o n s i b i l i t i e s ，f l e x i b i l i t ye t c s t u d y i n g o nt h en e g l i g e n c ea b o u tc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n ti nt h ee p bs h i e l d a d v a n c i n g ，g i v i n gr e f e r e n c et ot h es i m i l a rp r o j e c t sf o rt h ep u r p o s ew h i c hd e c l i n i n gt h e a c c i d e n t sc a u s e db yn e g l i g e n c eo fc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ，l e a d i n gt oa c c i d e n t s ， i n c i d e n t so rw i t h o u ts t a n d a r dt u n n e l s k e yw o r d s ：s h i e l dc o n s t r u c t i o n ，e a r t hp r e s s u r eb a l a n c e d ，a d v a n c i n gp a r a m e t e r , c o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ，n e g l i g e n c e v 论文原创性声明内容： 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：的睥f 工月，6 日 学位论文使用授权声明： 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：耋篮煎鱼 导师签名： 日期：工川年1 1 月i d 日 吼1 利圳棚 中山大学硕士学位论文 1 1 研究的目的 1 概述 随着社会经济的发展，城市密度不断提高，地面可供利用空问越来越少，如 何更有效利用和创造地下空问己成为当今城市现代化建设的重要课题。城市内公 用设施密集，地面交通繁忙，明挖隧道施工严重干扰城市生活，如果隧道埋深较 大，地质又复杂时，明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道等 各种隧道具有对地面环境影, w 6 j d , 、地表占地少、不受地表环境限制、不受天气条 件限制、适应地层范围宽等明显优点因而被广泛采用。 目前，j 下在或计划采用盾构法施工地铁隧道的国内城市有北京、上海、天津、 重庆、广州、南京、杭州、长春、武汉、西安、成都、沈阳、郑州、南昌、昆明、 深圳、厦门、宁波、无锡、常州、佛山、大连、青岛、苏州等许多大中城市。随 着盾构施工项目的增多，越来越多的单位加入到盾构隧道施工中，由于管理水平 及施工经验的差距，盾构事故也随之增多，诸如： ( 1 ) 2 0 0 9 年5 月15 日下午5 时1 5 分，广州地铁三号线北延段某工地开仓 更换盾构刀具时，发生不明气体泄漏事故，3 名工人遇难； ( 2 ) 2 0 0 9 年1 月4r ，广州市海珠区东晓南路在盾构机通过时局部地面出 现不均匀沉降，造成一栋6 层楼房严重倾斜； ( 3 ) 2 0 0 9 年1 月3 日，广州市1 0 6 国道琴星小学路段附近路面因盾构施工 发生局部下沉； ( 4 ) 2 0 0 8 年7 月2 4f | ，广深港铁路客运专线南沙区狮子洋隧道盾构施工工 地发生泥浆仓与气挚仓之间的安全门突然开启导致的淹溺死亡事故，两名员工在 事故中遇难； ( 5 ) 2 0 0 8 年7 月1 0 日，成都地铁一号线某区间盾构施工时，造成某小区地 面出现一宽约3 米，长5 米，深约4 米的大坑； ( 6 ) 2 0 0 8 年8 月，南京市长江隧道工程盾构机因刀盘磨损很严重，磨损报 警器未报警而停止掘进3 个多月，盾构机下沉5 m ； ( 7 ) 2 0 0 8 年9 月1 9 同，川气东送管道武汉长江盾构穿越工程施工时发生地 1 概述 层塌陷引起地表塌陷事故； ( 8 ) 2 0 0 8 年4 月1 5 同，广州地铁六号线某盾构区问在盾构机例行丌仓检查 过程中，不明气体泄漏导致2 死5 伤； ( 9 ) 2 0 0 7 年1 1 月1 3 日，北京市地铁4 号线某盾构段施工时，造成北京市 西城区西四南大街羊肉胡同东口路面发生塌陷，面积约6 平方米，深达一两米， 某珠宝店的大门台阶出现了悬空； ( 1 0 ) 2 0 0 6 年3 月1 4 日，广州市轨道交通三号线某区间盾构施工时发生了 盾体被围岩卡住，无法向前推进的工程事故； ( 1 1 ) 2 0 0 6 年1 月4 同，正在盾构施工的广州地铁五号线某区间发生塌陷。 造成黄埔区大沙东路沉陷，范围直径约6 米，深度为6 0 c m 。 事故的增多让人们不得不去思索、重新认识盾构法施工。根据周振国【i 】和朱 伟等【2 1 的研究，盾构法隧道施工具以下特点： ( 1 ) 隧道采用盾构法施工后，如遇到某些特殊情况需要变更成其它工法时 非常困难，灵活性差； ( 2 ) 盾构机造价昂贵、科技含量高，重要部件( 如刀盘、主轴承等) 在施 工过程中维修、更换困难； ( 3 ) 盾构机工作部件对岩土敏感性较强，也就是说一种刀盘、刀具不可能 做到适应任何地层，它有一个适用范围； ( 4 ) 盾构机是不可后退的。盾构施工一旦丌始盾构机就无法后退。如遇到 衬砌管片拼装质量不合格或轴线偏差等原因，不可能退回重新推进或拼装，盾构 施工具有不可逆性； ( 5 ) 对施工精度的要求高。区别于一般的土木工程，盾构施工对精度的要 求非常之高。管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度。由于断面不能随意调 整，对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。 所以盾构法施工和盾构机一旦选定，施工管理就显得尤为重要。施工管理不 但要保证工程符合设计及法规、规范要求，还要满足每一个施工环节的顺利进行 及不影响相关方面的利益。 通过对土压平衡盾构推进中施工管理过失的研究，为今后施工单位在盾构隧 道施工中面临类似问题时提供参考，以期达到在盾构推进施工中降低因施工管理 过失引起或产生的事故、事件及不合格隧道等。 2 中山大学硕士学位论文 1 2 研究的过程与方法 在盾构施工中“地质是基础，盾构机是关键，人( 管理) 是根本”【3 1 ，地质 是需要人通过知识及经验去认识的，盾构机是需要通过人去掌握控制的，人( 管 理) 才是盾构施工的根本。从发展的眼光，我们必须不断提高“人”的技术水准， 也就是施工及施工管理的水平【训。 本文针对因管理原因所造成的工期延迟、成本增加、隧道质量不符合合同或 规范、对相关方造成损害等行为，定义施工管理过失。通过收集相关城市盾构施 工的资料、参考国内外工程实例及相关论文结合施工实践，总结出盾构推进施工 中主要工作内容及常见的问题，然后结合施工实践通过1 5 个图表对其逐一进行 因各种异常状况引起的结果分析，得出1 2 种主要的施工管理过失情形。 对得出的施工管理过失情形，在总结个人参加广州、南京、天津等地5 个土 压平衡盾构施工项目管理的基础上，结合咨询专家及收集的施工资料，参考国内 外工程实例及相关论文，全面系统对其逐项进行论述。得出开挖面失稳、泥饼( 次 生岩块) 、喷涌、管片错台、成型隧道渗漏水、管片超限( 含上浮) 、管片扭转、 管片破碎开裂、盾构机“卡壳”、盾构机刀具刀盘非正常磨损等土压平衡盾构推 进施工中施工管理过失情形。参考国内外相关工程实例、相关论文及施工经验， 理论与现场实践相结合全面系统地对其分析原因并提出预防与解决的方法。 最后得出结论，并从盾构机操作手的专业知识背景、施工经验、工作责任心、 灵活应变能力等方面提供一些建议及意见。 中山大学硕士学位论文 2 盾构工法与盾构机简介 2 1 盾构工法简介 所谓盾构工法就是在称为盾构( s h i e l d ) 的钢壳之内控制开挖面及围岩不发 生坍塌失稳进行隧道推进、出渣，并在其尾部拼装称其为管片( s e g m e n t ) 的衬砌 构件，然后用千斤顶顶住已经拼装好的衬砌，利用其反力将盾构向前推进，同时 实施壁后注浆( b a c k f i l lg r o u t i n g ) 的一种建造隧道的施工方法【5 1 。 盾构工法是法国工程师布鲁诺( m i b r u n e l ) 研究开发出来的并于1 8 1 8 年 申请了盾构工法的专利，1 8 2 5 年在穿越泰晤士河的隧道中第一次使用了盾构技 术。我国是在本世纪5 0 年代开始引进盾构法修筑隧道工程的，施工中注意吸收 和采用先进的技术和新工艺、新材料，参考和借鉴总结国外的成功经验和失败的 教训，发展迅速，成绩斐然。 根据刘建航等【6 】的研究，构成盾构工法的主要内容是：先在隧道某段的一端 建造竖井或基坑作为工作井( w o r k i n gs h a f t ) ，用作盾构安装就位。盾构从竖井或 基坑的墙壁预留孔处开始自仃进，在地层中沿着隧道的设计轴线，向另一竖井或基 坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过推进油缸( 千斤顶) 传至盾构尾部已拼装好的预制衬砌管片上，再通过管片传到工作井内的反力架上 ( 后期靠管片与土体间的摩擦力提供) 。盾构机是一个既能支承周围地层的压力， 又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒体结构，其直径 稍大于隧道衬砌的外径。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置； 在钢筒中段剧圈内安装顶进所需要的千斤顶；钢筒尾部是具有一定空问的壳体， 可以安置数环拼成的隧道衬砌环管片。盾构机每推进一环距离，就在盾尾支护下 拼装一环衬砌管片，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止 隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。如此循环， 推到另一竖井或基坑的没计顸留孔洞后检修再次推进或解体吊出。 2 2 盾构机简介 5 2 盾构工法与盾构机简舟 盾构机一般由壳体、正面支撑机构、推进油缸、丌挖及运输机构、衬砌拼装 机构、液压系统、注浆系统和盾尾密封装置等组成，是一种隧道推进的专用工程 机械设备，现代盾构机集光、机、电、液压、传感、信息技术于一体，具有开挖 切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能涉及地质、土术、 机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照施工不同的 地质进行针对性的设计制造，可靠性要求极高。 盾构机根据其掘削面的加压平衡稳定方式分为外加支撑式、压缩空气式、泥 水式、土压平衡式：按照掘削地层的种类分为硬岩盾构、软岩盾构、软土盾构、 硬岩软土盾构( 复合盾构) 等不同类型。 如图2 - 1 是一种在国内应用比较广泛的土压平衡盾构机示意图。根据 h e t t c n k n e c h t a g 7 1 的盾构机介绍材料，其基本工作原理就是在1 、2 、3 壳体( 它 对已经挖掘出还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有 时还承受地f 水压以及将地下永挡在外面。挖掘、排士、衬砌等作业在其壳体的 掩护下进行) 掩护下，刀盘4 丌挖下来的土体过刀盘丌口进入开挖仓( 土仓) 5 ， 推进油缸7 的推力通过压力挡板6 传给开挖仓内土体，从而保证开挖面的稳定。 开挖仓内的渣土通过螵旋输送机9 输送出去。使用钢筋混凝土管片1 l 进行村砌。 管片在常压下通过管片安装机l o 安装在盾尾内，然后用螺栓固定。砂浆经由壳 体盾尾3 上的注浆口或直接通过管片上的注浆孔连续注入管片外面和围岩之间的 空隙。壳体盾尾3 后部与管片1 1 接触的部位有盾尾密封刷及通过不断注入密封 油脂防止砂浆及泥沙进入盾构机内部。 l 一壳体前体 2 一壳体中体 3 一壳体盾尾 4 一刀盘 5 一开挖仓 6 一压力挡板 p 推进油缸 8 一刀盘驱动系统 卜螺旋输送机 1 嘴片安装机 i l 管片 图2 - 1 土压平衡盾构机示意图( 据h e r r e n k n e c h t a g f t i ) 中山大学硕士学位论文 3 施工管理过失的定义与情形分析 3 1 施工管理过失的定义 研究施工过失，要以履行施工承包合同( 合同条款、招标文件、答疑、变更 等) 为前提，对各种不能满足、不能履行或不能正确履行合同条款的情形加以考 虑，并且参考法律法规、施工规范、技术标准、工程惯例及不同类型的施工合同 来讨论施工过失问题。 依据施工所采用的工法及盾构机的种类的不同，影响施工的因素可以分为自 然因素及人为因素。自然因素方面如地质状况不易掌握、三维差异大、变化快， 断裂带、地下水位及有害气体的分布，地层中的障碍物如大砾石、地下管线、结 构物的不确定性造成的误判，而对盾构机具及辅助工法的选择错误等。而人为方 面可以分为不正确及不熟练的操作、材料误用、机具因疏于管理操作而出现故障、 对现场情况的错误判断等。 施工过失的界定，应从施工合同的内容谈起，了解业主与承包商之间权利义 务关系，按照合同明确进场与完工的条件，并建立与业主及相关方之间的协商沟 通渠道。本文以施工承包商为研究对象，依据施工作业回归施工过失的情形有： ( 1 ) 工期延迟：没有在合同规定的期限内完成合同义务，认为是施工过失； ( 2 ) 工程成本增加：因施工不当，必须花费额外经费做出修讵或变更才能 使施工项目满足施工合同要求，在考虑成本的前提下，也认为是施工过失； ( 3 ) 成型隧道质量不符合合同或规范：施工中的制品或施工的成品无法满 足合同或耷h 关规范所设定的标准，认为是施工过失； ( 4 ) 对相关方造成损害：由于施工行为x , b j k 主、承包商以外的人造成损害 的行为，认为是施工过失。 过失，在法律上指应注意、能注意而不注意造成了危害。如中华人民共和 国刑法对于“过失犯罪”的定义为：应当预见自己的行为可能发生危害社会的 结果，因为疏忽大意而没有预见，或者已经预见而轻信能够避免，以致发生这种 结果的，是过失犯罪。 在无法减少自然因素来进行管理控制的情况下，本文研究的施工管理过失即 7 3 施工管理过失的定义与情形分析 是在土压平衡盾构推进施工管理过程中，应注意、能注意而未注意或轻信能够避 免，造成工程工期延迟、工程成本增加、成型隧道质量不符合合同或规范、对相 关方造成损害等事实的行为。 3 2 土压平衡盾构推进施工的基本工作内容及常见问题 推进施工主要工作有土层丌挖、回填注浆、管片安装等( 见表3 1 ) 。这些工 序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、 地下构筑物的影响。辅助工作有盾构刀具更换、测量、隧道内外材料运送等。 表3 - 1 土压平衡盾构推进施工的基本工作内容及常见问题 项目内容需要处理的常见问题 开挖面的控制十仓压力设置、开挖面十压保持 添加剂种类，注入量、注入时机、注入压力、十仓内渣十性质 取土、排士掘削十量与排土状况 土层开挖 盾构机操作 总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力及分布 盾构机的位置：偏航、旋转、蛇行超挖与蛇形量 线形控制 盾构机的趋向：俯仰、铰接行程差或中折角度 注浆材料流动性、凝结时间、稳定性 注浆状况注浆量、注浆压力 回填注浆盾尾密封盾尾泄露 注浆同步注浆推进的同时靠盾构机盾尾内的注浆管注浆 时期 二次补浆根据情况，对成型的隧道通过管片吊装孔进行补充灌浆 管片选择不符合盾构轨迹、盾尾间隙增加、千斤顶行程差增加 管片组装真圆度、螺栓紧同、错台鼙、拼缝 管片安装 管片防水砂眼、破损、裂纹、- i ：水条损坏 管片的位置 盾尾间隙、管片与盾构机的趋向 盾构刀具更换 更换时机、刀具超鼙磨损、刀具1 卜正常磨损 辅助一i ：作测量 姿态人上复测( 测量偏差、测量频率) 、地面监测 材料运送 管片或止水条破损、砂浆离析 中山大学硕士学位论文 3 3 土压平衡盾构推进施工中施工管理过失的情形 3 3 1 土层开挖作业 根据土压平衡盾构机的工作原理，刀具旋转切削下来的土体通过刀盘开口进 入土仓室，在刀盘及土仓壁上设有添加剂注入口，切下的土体可以在土仓室内加 入添加剂以提高其流动性，利用盾构机推进油缸对土仓室及螺旋机内滞留的土体 进行挤压，使其产生与开挖面的水土压力相平衡的压力来维持开挖面的稳定。此 后，若能维持螺旋机的排土量与刀具的掘土量相等，这种稳定的出土状态即维持 了掘削面的稳定。同时在盾构开挖时根据不同的地质地层、线路参数及盾构机实 际姿态选择不同的总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力及分布等。土层开 挖作业流程见图3 1 。 土层开挖作业的主要内容有：开挖面稳定的控制、土体改良添加剂使用、取 土排土、盾构机操作、盾构推进线形控制等。 ( 1 ) 开挖面控制中施工管理过失情形 由于隧道的开挖作业，如果从隧道地层内的应力关系看，相当于卸载。因此 从力学观点讲，开挖面控制就是开挖面的地层的土压和水压p 与土仓内实际泥土 压力p l 的关系问题。 盾构隧道开始推进之前，一般由技术部门根据盾构机开挖的地质、地下水、 地面情况等情况，考虑一定预压设置一个推进土仓压力p o ( 主动土压力和被动土 压力之间) 。开挖面控制主要包括土仓内泥土压力的设定和保持。 开挖面的控制中施工管理过失的情形见图3 2 。 ( 2 ) 添加剂使用中施工管理过失情形 添加剂是由水、空气、主材、辅助材料拌和成的液体材料，其主要功能是提 高泥土的流塑性和止水性，减小刀具的磨损，防止土仓内粘土压密粘附等。 添加剂使用中施工管理过失的情形分析见图3 3 。 ( 3 ) 取土、排土中施工管理过失情形 为了边保持开挖而稳定，边顺利进行开挖，就必须确切地排出与开挖切削量 相一致的渣土。 取士、排土中施工管理过失的情形见图3 4 。 9 3 施工管理过失的定义与情形分析 图3 - 1 土层开挖作业操作控制程序图( 据杜建华1 8 ) l o 中山大学硕士学位论文 图