盾构隧道施工风险与规避对策

1、20132013年年7 7月月2525日，郑州市南阳路一处地铁施工塌方日，郑州市南阳路一处地铁施工塌方一、地铁隧道的风险认知一、地铁隧道的风险认知20132013年年7 7月月2020日，青岛地铁南京路和哈尔滨路交叉口路面塌陷日，青岛地铁南京路和哈尔滨路交叉口路面塌陷20132013年年7 7月月1111日，青岛地铁日，青岛地铁3 3号线号线0808标保儿站龙门吊倾倒标保儿站龙门吊倾倒20132013年年6 6月月1313日日 长春地铁一号线围护桩钢支撑意外脱落长春地铁一号线围护桩钢支撑意外脱落20132013年年5 5月月6 6号，西安地铁三号线始发井发生塌方号，西安地铁三号线始发井发生塌方

2、20132013年年1 1月月2828日日 广州地铁施工地段塌陷广州地铁施工地段塌陷 近年来，全国近年来，全国已经开通和待开通地铁的城市有已经开通和待开通地铁的城市有2828个个，正在，正在建设中、获建设中、获得审批及规划中的有得审批及规划中的有3131个个。在助推中国成为全世界最大的。在助推中国成为全世界最大的“城市地铁建设市城市地铁建设市场场”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 2008年年4 4月月1 1日，深圳龙岗区的地铁日，深圳龙岗区的地铁3 3号线工地进行桥墩浇铸混凝土号线工地进行桥墩浇

3、铸混凝土施工时发生事故，造成施工时发生事故，造成3 3死死2 2伤伤；1111月月1515日，杭州萧山区风情大道地铁施工工日，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，导致地发生大面积地面塌陷事故，导致212212死死2424伤伤； 20092009年年1 1月月8 8日，上海工地在建地铁日，上海工地在建地铁1111号线地下施工工地突发火灾，号线地下施工工地突发火灾，导致导致1 1死死6 6伤伤；8 8月月2 2日，西安地铁日，西安地铁1 1号线施工现场因沟槽开挖支护不及时导致号线施工现场因沟槽开挖支护不及时导致塌方，造成塌方，造成2 2人死亡人死亡； 20102010年年7 7月

4、月1414日，北京地铁日，北京地铁M15M15号线车站施工过程中，支撑钢架脱落，号线车站施工过程中，支撑钢架脱落，导致导致2 2死死8 8伤伤； 20112011年年6 6月月1 1日，北京地铁日，北京地铁6 6号线内发生塌方事故，号线内发生塌方事故，1 1人死亡人死亡； 2012 2012年年1212月月3131日，上海地铁日，上海地铁1212号线某停车场在施工中发生坍塌，号线某停车场在施工中发生坍塌，造成造成5 5死死1818伤伤； 20132013年年1 1月月2 2日，广西南宁一在建地铁工地的污水管线迁改施工中发日，广西南宁一在建地铁工地的污水管线迁改施工中发生塌方，生塌方，3 3人被

5、困，其中人被困，其中2 2人最终死亡，人最终死亡，6 6月月1313日，长春地铁一号线，卫星广日，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，场车站工程由于局部围护桩钢支撑意外脱落，1 1死死2 2伤伤一、地铁隧道的风险认知一、地铁隧道的风险认知地铁盾构隧道施工风险地铁盾构隧道施工风险发生机理发生机理 地铁盾构隧道施工风险的原因可分为自然因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。素、人为因素和盾构机因素。一、地铁隧道的风险认知一、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、

6、设备风险、社会环境风险和自然环境风险六类。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。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，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。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杭州地铁一号线勘察遇到储气层自然因素自然因素 盾构穿越岩土复合地层、构造带、破碎

7、带等。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成都某车站基坑剖面广州地铁四号线广州地铁四号线 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。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、盾构机错台、开裂、盾构机“栽头栽头”，工作井，工作井/ /横通道发生底涌。横通道发生底涌。 盾构施工过粉细砂层和

8、砂层，横通道盾构施工过粉细砂层和砂层，横通道/ /工作井加固失效导工作井加固失效导致粉细砂涌入，造成结构破坏、地面塌方。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，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。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。沉降较大。 盾构施工遇到土洞、溶洞。盾构施工遇到土洞、溶洞。 盾构施工遇到有害气体。盾构施工遇到有害气体。 人为因素包括战争、政变、恐怖袭击等不可预知、不可人为因素包括战争、政变、恐怖袭击等不可预知、不可控因

9、素，和政治、决策、设计、施工、合同、财务、环境、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。因素。人为因素人为因素 天津地铁二号线建国道站至天津站区间盾构透水事故，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。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，盾构机一旦发生不可

10、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。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改造与修复盾构机因素盾构机因素 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变形。刀盘与前体盾壳之间间隙易造成盾构机上部地层损失或变形。 盾构机推进扰动前方土体，破坏局部地层稳定性。盾构机推进扰动前方土体，破坏局部地层

11、稳定性。 盾构推进产生震动，影响上部建（构）筑物。盾构推进产生震动，影响上部建（构）筑物。常见事故常见事故盾构机机械故障盾构机机械故障 旧盾构机再使用风险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、管路故障电路、油路、管路故障 盾尾刷失效盾尾刷失效 不明原因造成的设备损坏不明原因造成的设备损坏漏浆浆液漏浆浆液盾尾漏浆情况图盾尾漏浆情况图盾构施工造成地面隆沉超标和建筑物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盾构施工振动、盾构超挖

12、等造成地面建筑物不均匀沉降筑物不均匀沉降 过砂层和粉砂层施工引发涌砂、喷涌、过砂层和粉砂层施工引发涌砂、喷涌、地面塌陷、隧道变形地面塌陷、隧道变形广州地铁二八号线广州地铁二八号线上海地铁四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刀盘结泥饼造成地面沉降 螺旋输送机喷涌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盾构机进出工作井及横通道施工事故泥砂涌入工作井泥砂涌入工作井地面塌陷地面塌陷盾构施工操作不当造成事故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始发措施不当造成盾构纠偏超限 超压注

13、浆导致管片破碎超压注浆导致管片破碎负环加固负环加固管片错台涌水管片错台涌水 盾构机姿态控制不当造成隧道轴线超限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施工措施不充分造成隧道上浮 操作不当造成盾构机翻转操作不当造成盾构机翻转放水卸压放水卸压广州地铁四号线旋转广州地铁四号线旋转2929盾构施工操作不当造成事故盾构施工操作不当造成事故盾构机卡壳盾构机卡壳施工参数不当导致隧道整体旋转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添加剂使用不当造成喷涌

14、和结泥饼换刀、气压作业问题换刀、气压作业问题盾构施工操作不当造成事故盾构施工操作不当造成事故地下障碍物造成事故地下障碍物造成事故特殊地质体障碍物特殊地质体障碍物地下人工障碍物地下人工障碍物切割岩块切割岩块盾构过江河湖海盾构过江河湖海隧道永久结构质量问题隧道永久结构质量问题安全事故安全事故 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、施工技术三方面因素，从多方面进行风险综合评价，根据风险工技术三方面因素，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

15、险控制。过程风险控制。控制技术控制技术二、地铁盾构隧道施工风险控制技术二、地铁盾构隧道施工风险控制技术人为因素控制人为因素控制提高安全意识，杜绝侥幸心理。提高安全意识，杜绝侥幸心理。规范施工操作，强化风险意识。规范施工操作，强化风险意识。盾构机因素控制盾构机因素控制 盾构机选型控制盾构机选型控制 与工程地质匹配与工程地质匹配 对周围环境影响小对周围环境影响小 可以辅以合理的辅助工法可以辅以合理的辅助工法 性能满足施工长度和线形要求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盾构机掘进能力与后配套设备匹配 刀具检查与更换刀具检查与更换 砂卵石地层和复合地层，盾构掘进时刀具磨损严重，

16、频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。繁换刀加大了施工风险和工程费用。 选择合理的刀具类型选择合理的刀具类型 配备合理的刀具数量配备合理的刀具数量 设置不同种类刀具配置的高度设置不同种类刀具配置的高度 常规换刀常规换刀，切实开挖面支护与加固、工作面通风与照明、，切实开挖面支护与加固、工作面通风与照明、地面监测等准备工作，换刀过程中切实做好安全保障措施。地面监测等准备工作，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，可选择埋设较浅，地面有施工条件时，可选择地面工作井换刀地面工作井换刀。 盾构机定期维修保养盾构机定期维修保养施工参数控制

17、施工参数控制 盾构推力控制盾构推力控制 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设计推力所占比例是一个动态变化动态变化的过程。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、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。确指导施工。 盾构姿态控制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，施盾构姿态控制包括：机体滚转控制和前进方向控制，施工中，工中，

18、合理纠偏合理纠偏。施工技术控制施工技术控制 盾构过不良地层施工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对工作面前方地层进行探测 配备合理的刀具配备合理的刀具 选择合理施工参数选择合理施工参数 调节差异地层注浆压力调节差异地层注浆压力 复合地层，调节分区油缸压力复合地层，调节分区油缸压力 加强人工量测加强人工量测地表隆沉控制地表隆沉控制 严格盾构姿态控制，减小地层扰动严格盾构姿态控制，减小地层扰动 选择合理浆液类型选择合理浆液类型 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，及时二次注浆根据地表变形情况，及时二次注浆 加

19、强监测，信息化施工加强监测，信息化施工开挖面稳定控制开挖面稳定控制 控制推进速度、泥渣排土控制推进速度、泥渣排土量、新泥浆补给量量、新泥浆补给量 利用探测装置进行土体崩利用探测装置进行土体崩塌检查塌检查 建立地表沉降与信息反馈建立地表沉降与信息反馈机制机制 及时检查开挖面水压信号及时检查开挖面水压信号 信息化施工信息化施工进出洞施工控制进出洞施工控制 制定合理的地层加固方案制定合理的地层加固方案 洞口打开前，进行加固效果检验洞口打开前，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负环定位时确保管片轴线与线路切线重合

20、 始发阶段防止盾构机低头、旋转始发阶段防止盾构机低头、旋转 加强推力、扭矩控制，注意油脂有效性加强推力、扭矩控制，注意油脂有效性横通道施工控制横通道施工控制 选择合理加固技术选择合理加固技术 开挖前进行检验开挖前进行检验 旁通道两侧设置防护门旁通道两侧设置防护门 减小土层冻胀对隧道的影响减小土层冻胀对隧道的影响 监测冻土帷幕的形成状态监测冻土帷幕的形成状态 冻结开孔前，探测地层稳定性冻结开孔前，探测地层稳定性 加强冻结过程检测加强冻结过程检测 严密监测隧道变形，确保安全严密监测隧道变形，确保安全隧道上浮控制隧道上浮控制严格控制隧道轴线，减严格控制隧道轴线，减小土体扰动小土体扰动选择合理的同步注

21、浆浆选择合理的同步注浆浆液液采用双液浆打环箍采用双液浆打环箍出现上浮且范围较大时，出现上浮且范围较大时，进行补压浆进行补压浆加强纵向变形监测，针加强纵向变形监测，针对性注浆纠正对性注浆纠正过开挖面障碍物控制过开挖面障碍物控制 对开挖面前方进行探测对开挖面前方进行探测 对前方障碍物进行破除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，在盾构发生施工时，结泥饼将会是大问题，在2020世纪八世纪八九十年代，结泥饼是世界

22、性的难题。如果富水砂层采九十年代，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。没有太大风险。三、地质预测预报准确性风险及对策三、地质预测预报准确性风险及对策盾构施工的不良地层盾构施工的不良地层1 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、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。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 2）盾构机）盾构机机体的重量在机体的重量在軸軸向上是不均句的向上是不均句的, ,其前

23、部的其前部的1/31/3包括包括刀盘刀盘主主軸軸承和螺旋承和螺旋輸輸送机等送机等, ,大约占大约占盾杓机盾杓机重量重量的的2/32/3以上。在以上。在这种这种流塑状於泥地流塑状於泥地层层中中掘进时掘进时, ,易出现盾构机易出现盾构机“栽栽头头”问题。问题。其结果是盾构机姿态难以控制，进而其结果是盾构机姿态难以控制，进而造成管片的造成管片的错错台、台、开开裂、裂、破破损损等。等。3 3）若若盾构机盾构机的工作井或隧道的横通道位的工作井或隧道的横通道位于这种地层于这种地层中中, ,主要的主要的问题是问题是如何如何保证围护结构的施工质量及保证围护结构的施工质量及防止基坑防止基坑开挖时的底涌开挖时的底

24、涌（一）第四系流塑状淤泥层（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盾构机在软粘土中遇到的问题可能会小一点小一点, ,在硬塑状的在硬塑状的粘土中问题会大一些。粘土中含有一定的沙粒成分，对道具磨粘土中问题会大一些。粘土中含有一定的沙粒成分，对道具磨损会有影响。损会有影响。 在均一粘土中，盾构机的刀盘和在均一粘土中，盾构机的刀盘和刀具的刀具的配置相对配置相对容易和容易和简单，简单，但在但在复合地层难度复合地层难度就大多了就大多了。因为在选择刀盘和刀具。因为在选择刀盘和刀具力力是，是，既要既要考虑盾构机的大开口率，又要考虑考虑盾构机的大开口率，又要考虑在岩石在岩石地层中破岩地层中破岩

25、功能功能对刀盘强度的要求：对刀盘强度的要求：既要防止既要防止滚到在粘土中的偏磨，有滚到在粘土中的偏磨，有又又不能不不能不配置一定量的滚到。配置一定量的滚到。 添加剂添加剂的使用的使用, ,特别是泡沫的特别是泡沫的使用使用, ,已经很好解决了粘土中结已经很好解决了粘土中结泥饼的问题。泥饼的问题。（二）第四系粘土地层（二）第四系粘土地层(1)1)粉细砂层：粉细砂层： 使用上使用上圧圧平衡盾构机时，只要添加剂使用得当平衡盾构机时，只要添加剂使用得当, ,也没有大也没有大同题。若使用泥水盾构机同题。若使用泥水盾构机, ,除了泥水分离困难外，掘进本身没除了泥水分离困难外，掘进本身没有难题。有难题。在在这

26、种地层中，施工出现的主要问题是发生在盾构隧这种地层中，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。道间的联络通道和盾构机进出井问题。 主要原因在主要原因在在于在于上上述述这些这些特殊部位的土体特殊部位的土体加固效果不佳或采取的施工工艺、加固效果不佳或采取的施工工艺、施工施工程序欠妥当程序欠妥当，使得粉细砂，使得粉细砂大量涌人隧道或工作井大量涌人隧道或工作井, ,使己完成的使己完成的隧道或车站结构严重破坏、底面严重塌陷。隧道或车站结构严重破坏、底面严重塌陷。(2)(2)中砂、粗砂或中粗砂中砂、粗砂或中粗砂层：比较层：比较松散松散, ,粉土和粉土和粘土颗粒一般含粘土颗粒一般含

27、量很少。采用土压平衡时：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。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。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（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，粒径铁遇到砾石为代表，粒径30-70mm30-70mm，占地层，占地层55-80%55-80%。另一类是。另一类是沈阳地铁盾构遇到的地层为代表，大于沈阳地铁盾构遇到的地层为代表，大于20mm20mm的砾石占的砾石占30-404%30-404%，答题时连续级配。答题时连续级配。 成都地铁的砾石层问题较大，难解决。成都地铁的砾石层问题较大，难解决。主要如下四方面。主要如下四方面。1 1、刀盘（开口率）和刀具（滚到和刮刀的选择与组合）的配、刀盘（开口率）和刀具（滚到和刮刀的选择与组合）的配置问题；置问题；2 2、刀盘和道具的磨损（主要是土仓内