城市轨道交通盾构施工环境风险分析

1、城市轨道交通盾构施工环境风险分析摘要：本文通过对城市轨道交通盾构施工所处的工程地质、水文地质、周边建 构筑物环境等进行分析，总结了不良地质、盾构穿越江河水底、断裂带、重要构 筑物，以及盾构进出洞、旁通道施工等的风险，对城市轨道交通盾构施工风险控 制具有一定指导意义。关键词：城市轨道交通；盾构施工；风险引言城市轨道交通区间隧道广泛采用盾构法，盾构法施工事故时有发生，每起事 故的发生均与其特殊的地质条件相关。地质条件与工程结构安全、施工安全、环 境安全密切相关，尤其是不良地质条件对工程影响更大。本文总结了不同工程地 质、水文地质、周边建构筑物环境条件下盾构施工的风险。1不良地质中盾构施工风险在承压

2、水砂层、软土地层、孤石、岩溶等不良地质中盾构施工，容易产生施 工事故，盾构施工主要有以下风险：1）盾构处在承压水砂层中，由于正面压力设定不够高，缺少必要的砂土改良 措施以及盾尾密封失效，而引起正面及盾尾涌砂涌水导致盾构突沉、隧道损坏。2）软土地层条件下，深基坑施工容易产生挡土结构位移过大，基坑开挖时出 现底涌，甚至出现基坑围护体系的坍塌、基坑失稳等严重问题。3）对沿线穿越地层中的透镜体、洞穴或桩基、废旧构筑物等障碍物。未事先 查明并做预处理或备有应急措施，可能引起盾构推进突沉偏移，盾尾注浆流失， 致使地面沉陷过大，盾构无法推进。4）盾构区间隧道开挖范围内存在孤石，给盾构施工带来很大困难，掘进速

3、度 缓慢，且在掘进过程中对地层造成较大扰动，导致产生较大的地表沉降，对隧道 影响范围内的建（构）筑物保护极其不利，容易造成造成刀具、刀盘严重磨损。5）在岩溶、土洞发育地段，盾构法施工打破了土洞顶板原有的力学平衡，造 成垮坍，可导致盾构机具陷落等事故。开挖过程中，位于隧道拱顶和侧壁的大型 溶洞和空洞，极易造成隧道开挖面围岩失去稳定性，进而造成开挖面塌方，给施 工人员、设备带来安全隐患；位于隧道底部的溶洞，则容易造成人员设备突然陷 落，造成事故。2盾构穿越江河水底的风险过江段地层与陆地地层并没有本质上的不同，最大的差别在于隧道上方始终 悬挂着一个巨大的水源，万一这个水源从盾构的工作面涌人隧道，那将

4、是无法 想象的灾难，主要有以下风险：1）在浅覆土处易产生冒顶。过江段隧道在高水头压力情况下，掌子面的泥土 压力平衡不容易建立，若盾构机密封失效，江水将从扰动土体的裂缝中经盾构机 密性封薄弱部位进人隧道，导致盾构机被淹没，甚至隧道报废。2）掌子面失稳塌方。江及江两岸淤泥、淤泥质土和砂层等稳定性很差的软弱 地层一般发育，一旦土仓（泥水仓）的泥土压力（泥水压力）控制不好，刀盘前 方及其上部的软弱土层被扰动，便会造成失稳，甚至塌方。3）土压平衡盾构机喷涌。过江段的地下水基本上与江水连通，补给较迅速， 受江水涨落影响较大；岩层层面起伏较大，各地层交接带容易形成涌水通道。盾 构施工中，若土仓内渣土改良控制

5、不好，将会引起螺旋输送机出土口大量喷泥水， 甚至会引起江底塌方、江水灌人隧道等严重事故。4）隧道上浮、管片开裂和漏水。在江下推进的盾构机，若隧道上方覆土薄， 在高水头的压力作用下，盾构构姿态容易上扬，压坡困难。拼装完成的隧道管片 脱开盾尾后，由于上.部压载及自重无法抵抗地下水引起的浮力致使隧道上浮，如 果不采取相应措施，极易引起管片开裂、漏水。5）江中换刀或设备检修时的风险。过江段线路长，岩石强度高，可能导致在 江底进行换刀作业，甚至设备可能发生故障需进行检修。因过江段土体自稳性差， 故在江中换刀难度极大，此外，若停机时间长，掌子面失稳塌方的风险很大。3盾构穿越断裂带风险分析断裂带特别是区域性

6、的大断裂，一般规模宏大、岩性复杂、破碎或坚硬，地 下水较为丰富。在断层形成的时候，随之也形成了一些新的角砾岩，其中某些岩 石受到了不同程度的挤压变质作用，某些岩层可能很松散，某些部位会出现十分 坚硬的岩体或岩块。盾构机穿越断裂带的风险主要有：1）由于某些地段可能软硬突变，对刀具破坏大。2）由于地层不稳，可能会导致掌子面坍塌。3）断裂带通常富水性好，是地下水的通道，可能会导致喷涌的现象发生4盾构穿越重要构筑物的风险1）盾构穿越既有地铁、高铁、高速公路的风险运营地铁隧道、高速铁路、越江公路隧道及立交桥等重要构筑物的变形要求 极其严格。在盾构的穿越施工过程中稍有不慎，易对高灵敏度软土产生相对较大 的

7、扰动，从而引起较大的地层损失，导致被穿越的重要交通设施产生过大不均匀 的变形，严重威胁城市交通命脉的运营安全，对社会产生较严重的后果。2）盾构穿越对沉降敏感的居民建筑物的风险一般居民建筑物为短桩或浅基础，对沉降极为敏感，且事关人民生活及生命 财产安全。盾构在其邻近或下方穿越时，盾构上方荷载变化较大且不均匀，且盾 构正面压力及推进姿态难以掌控，此时既要避免正面压力及同步注浆压力不足引 起沉陷，又要防止正面压力及注浆压力过高导致地层扰动过大或地面冒浆。同时 还应注意到盾构隧道渗漏及自身长期沉降可能导致的地面沉降加剧的影响。3）盾构穿越重要管道的风险上水、煤气、原水箱涵等管道为城市重要生命线，数量众

8、多，且其走向、埋 深、年代、管材、接头形成等变化较多，其允许变形较小且具有较大不确定性， 盾构穿越这些重要地下管道可能引起其沉降弯曲而泄漏或燃爆，影响管道的安全 使用。4）盾构穿越邻近桩基的风险盾构穿越邻近桩基，引起桩身水平或垂直位移超过一定限度而影响桩基承载 安全，引起上方建筑物沉降、开裂甚至失稳。5）盾构穿越地下障碍物的风险由于预处理措施不当或盾构切削刀具事先配备不足，在盾构穿越地下障碍物 时，推进受阻、姿态频动而致前方土体反复、过大扰动导致地层坍陷；刀盘前方 清障时引起开挖面失稳和坍塌；推力猛增或刀盘转速较快而致刀盘刀具卡死、损 坏甚至盾构机瘫痪而无法正常推进。5盾构进出洞风险及旁通道施

9、工风险盾构进出洞风险及旁通道施工容易受地下水、软弱地层等影响而产生工程施 工，主要工程风险有：1）盾构进出洞风险盾构在工作井出洞或进洞时，需要凿除预留洞口处钢筋混凝土挡土墙，而后 由盾构刀盘切削洞口加固土体进入洞圈密封装置，此过程中洞口土体及加固土体 暴露时间较长，且受前期工作井施工方法及其施工扰动影响，容易因加固土体或 洞圈密封装置的缺陷而发生洞口水土流失或坍方。如遇饱和含水砂性土层或沼气 以及其他原因形成的含气层，更易发生向井内的大量涌沙涌水而导致盾构出洞磕 头或盾构进洞突沉，甚至在盾构进洞突沉中拖带盾尾后一段隧道严重变形或坍垮， 造成极严重的工程事故，并严重破坏周边环境。2）旁通道施工风险旁通道冻结施工中，隧道钻冻结孔防喷措施不当引发泥水喷涌。旁通道冻结 壁由于冻结管断裂、渗漏而未能使冷冻圈全部交圈导致透水失稳。临时支护强度、 刚度不够或拆模过早，引起旁通道及连接隧道严重变形或坍塌