隧道施工泥水盾构过堤风险认知

1、隧道施工泥水盾构过堤风险认知泥水盾构穿越堤防，风险源来自各个方面，主要包括泥水盾构掘进参数控制不力，复杂的地质条件及堤防结构，机组人员操作不当或业务不精，以及外部不利条件的影响等。3.1 风险源分析及相应控制措施3.1.1 泥水盾构掘进参数控制(1) 泥水压力：泥水盾构切口泥水压力控制好坏将直接影响开挖面稳定。泥水压力控制不当，不足以平衡开挖面水土压力或者过大时，将导致开挖面失稳，引起周围地层过大位移，进而危及上部堤防结构。盾构穿越堤防之前，地表一般较为平坦，开挖面水土压力的计算自切口所处地层地表算起即可。随着切口逐渐靠近堤防，设定切口泥水压力时，必须将堤防的超载考虑在内。由此看来，不考虑大堤

2、超载，仅从地表或堤面计算开挖面泥水压力，有 2 个方面的危害： 泥水盾构靠近大堤及通过堤脚时，泥水压力设置偏低，引起大堤坡面过大沉降； 泥水盾构位于大堤下方时，泥水压力设置过高，泥水压力对开挖面及其周围土体产生较大扰动，甚至会引起堤表隆起。 (2) 同步注浆：盾构隧道施工时，及时充分有效地同步注浆，是控制盾尾沉降的关键。盾构施工同步注浆的作用： 填充建筑空隙，减少地层损失沉降； 使地层应力均匀作用于管片上，确保管片衬砌的早期稳定性； 提高隧道的止水性能； 填充建筑空隙，抑制衬砌脱离盾尾后在地下水作用下上浮。由此看来，有效的同步注浆，不仅可以降低地面沉降，还可以控制施工过程中衬砌位移，确保隧道的

3、长期稳定性。同步注浆不及时、不充分、不均匀危害主要有： 引起较大的盾尾沉降； 建筑空隙未及时填充，管片脱离盾尾后受地下水浮力作用上浮，易引起管片的破损； 衬砌密封防水失效或者管片错台较大时，起不到阻隔地下水和细小颗粒流入隧道内部的作用； 衬砌周围受力不均匀，降低管片的耐久性和长期稳定性。同步注浆是确保隧道安全施工的关键之一，施工中应通过不断优化，保证浆液的快速适量填充，同时提高浆液质量，确保填注均匀。(3) 盾构姿态控制：良好的盾构姿态控制，可以确保管片的受力均匀，避免管片因受力不均或局部受压引起破损；同时， 可以减少超挖及施工扰动，降低地层损失沉降和扰动土体固结沉降。盾构姿态控制不良，不仅会

4、加大建筑空隙和地层扰动，进而加大地层位移，而且会挤压管片引起管片破损，降低管片拼装质量，增加管片拼装难度。因此，推进过程中应加强盾构姿态的控制，一旦发现盾构姿态欠佳，立即采取措施： 盾构机发生过大偏转：施工中为避免盾构机发生过大偏转，在保证开挖面顺利掘削的前提下，可以适当降低刀盘扭矩，同时刀盘旋转应顺时针、逆时针交替进行。一旦发现盾构机朝某一方向偏转过大，可以使刀盘朝该方向旋转以纠正盾构偏转。 盾构机横向偏移过大或“磕头”、 “抬头”过大：施工中一旦发现盾构机偏移过大，应利用调整千斤顶编组去纠偏，同时加强同步注浆管理，确保注浆效果，使成环隧道保持稳定，提高纠偏效果。(4) 机械故障：盾构发生机

5、械故障时，会引起掘进参数的急剧变化或控制困难，引起盾构长时间在某一位置停机，带来较大的风险，在泥水盾构穿越堤防期间应避免。泥水盾构因设备故障长时间在堤防下方搁置时的危害： 盾构机及其附属设备巨大压重压缩下卧土层，会加剧堤防结构沉降；加大该位置拼装完成管片的沉降，使管片不均匀沉降过大，受力不均匀； 因盾构较大沉降，再次掘进时，盾构姿态较难控制，且极易因受力不均引起管片破损。在盾构穿越堤防之前，应对盾构机进行全面检修，并加强设备保养，最大限度地避免盾构过堤期间出现设备故障。盾构施工中主要的设备故障有液压管破裂、刀盘磨损、管片拼装机失灵、泥浆管堵塞破裂等。在进行盾构选择和设计时，就应该考虑到地质条件

6、对掘进的不利影响，如在进行刀盘设计安装及刀具的配置时，就应根据盾构穿越土层的状况合理配置，以避免因刀具配置不合理引起的刀盘过快过大磨损。(5) 掘进速度：在保证盾构稳定掘进的前提下，适当提高掘进速度，减少盾构位于大堤下方的时间，可以降低盾构压重引起的堤防沉降。3.1.2 地质条件及堤防结构不利的地质条件及复杂堤防结构会对盾构穿越堤防产生不利影响。(1) 黏土中掘进不利影响：由于黏土地层中富含黏土颗粒易形成良好的泥膜，能很好地保证开挖面的稳定。但是，黏土地层也会对盾构掘进产生不利影响。 黏土在刀盘上黏附成泥饼由于黏土黏聚力较大，易黏附刀盘形成泥饼；同时刀盘高速旋转导致泥水仓内温度升高，对泥饼有烧

7、结促成作用。预防措施：施工中，应及时观察所排出碴土情况和泥浆比重变化情况，分析掌握土体黏性情况，进行泥浆参数的调整，以降低土体的黏性和黏着力；适当控制掘进速度和刀盘转速，加大泥水循环，控制泥土温度的上升；控制循环水的温度，降低刀盘温度上升。处理措施：利用通往泥水仓的进浆管，使用黏度比重较低的泥浆或直接使用清水冲洗刀盘；在泥饼无法冲洗清除的情况下，带压进仓人工清理刀盘上的泥饼。 泥浆管路、泥浆泵出现堵管、堵泵在盾构推进时，大块的黏土块进入管路，会造成泥浆管路或泥浆泵的堵塞。泥浆管路、泥浆泵出现堵塞时，会引起泥水压力剧烈升高，压力过大时，甚至会引起泥浆管破裂，引起泥水压力骤降。泥水压力的剧烈波动，

8、对开挖面稳定极其不利，易引起开挖面失稳，引起堤防结构过大沉降。预防措施如下：合理调整泥浆参数，同时加大泥水循环，提高泥浆的碴土携带能力；适当降低掘进速度的同时加大刀盘转速，以减少掘削下土体的尺寸，减少单位时间内渣土的切削量以减轻管路负荷。处理措施如下：停止掘进，旁通模式下清理排浆管道内碴土，清理完毕即可恢复正常掘进；若堵塞较为严重，可采用逆洗模式，反冲管路内碴土，待冲散堆积碴土后，即可恢复正常泥水循环，采取该措施需严格控制逆洗压力，防止发生爆管；关掉泥浆泵进浆口和出浆口的板阀，打开检查口，清理泥块即可恢复正常掘进；堵塞特别严重时，只有关闭进出浆控制阀，停机保压，拆除管路，清理管路内堵塞的碴土。

9、(2) 堤防结构影响：不同的堤防结构对于隧道施工扰动的敏感性不同。混凝土结构堤坝同碾压式土石堤坝相比，自身抵抗变形和不均匀沉降能力更强。对于碾压式土石堤坝，由于结构刚度较小，整体性差，局部土体位移之后易引起邻近土体的位移，特别是坡面上土体发生较大位移时，会带动坡面上部土体移动，甚至会在坡面形成滑动面，引发坡面土体的整体滑动。3.1.3 机组人员素质泥水盾构施工过程中，机组人员的操作熟练程度以及施工经验，对隧道建设质量和施工安全也会产生显著影响，机组人员的业务不精、决策失误或者操作不当，都是泥水盾构穿越堤防的风险源。因此，为确保泥水盾构穿堤的安全，机组人员应充分重视，配备经验丰富的操作人员和工程

10、师，最大限度地避免由于人员因素带来的风险。 3.1.4 外部因素(1) 持续降雨：泥水盾构穿越堤防发生持续降雨时，会对大堤结构产生不利影响。雨水渗入大堤表层土体，增加了土体容重，降低了土体内黏聚力，使坡面易产生流滑。同时，由于盾构施工引起堤防土体沉降，土体内部有裂隙产生，雨水沿裂隙渗入，加速了裂隙的贯通加深，易在坡面土体内部产生潜在的滑动面。因此，应尽量避免在持续降雨时穿越大堤。若过堤期间发生持续降雨，考虑到雨水渗入增加了堤面土体容重，泥水压力应适当提高 0.010.02 MPa；对于堤面由于不均匀沉降产生的张拉裂缝，应及时封堵，避免雨水渗入引起裂缝的贯通。(2) 江河汛期：江河汛期，江河水位

11、升高，进而引起岸边地下水位升高，会加大隧道开挖面水土压力，同时降低大堤及下卧土体的黏聚力，加大堤防土体容重的同时降低其抗剪强度；同时，江(河)水直接作用于堤防迎水坡面时，在堤防内部产生渗透力，降低堤防坡面抗滑能力的同时增大其下滑力。因此，应尽量避免在江河汛期穿越堤防。(3) 堤顶车辆荷载：部分堤防顶面兼作道路，有车辆频繁通行。盾构下穿堤防期间，车辆荷载作用对堤防结构和施工产生不利影响。盾构下穿堤防期间，不可避免地引起堤防结构内部土体移动。车辆循环荷载作用，继续对堤面土体扰动，会加大堤面土体位移，车辆荷载同样会加快由于不均匀沉降引起的堤防结构内部裂缝的贯通。因此，对于堤面兼作道路有车辆频繁通行的

12、堤防结构，条件许可，在盾构穿堤期间应禁止车辆的通行，以避免车辆荷载的不利影响。根据大型泥水盾构进出洞施工各风险事件的权重大小，用层次分析法把一个施工工况中同级各个因子两两相互比较，按重要性大小进行权重标度。大型泥水盾构进出洞施工各因子权重标度按: 特别重要(标度取2) 、同等重要(标度取1 ) 、不重要(标度0) 。各因子数量值将构成一个“构造判断矩阵” ，经一次性检验后，其最大特征值对应的向量为对应各因子的权重向量。一级指标二级指标地质条件U1地质的变异性U11场区地质滑动断裂带U12地震U13饱和含水砂土层U14承压水U15其他不良地质现象U16盾构选型U2刀盘对地层的适用性U21推进系统

13、U22泥水平衡仓U23盾尾密封装置U24同步注浆系统U25辅助方法U26穿堤施工U3大堤预加固注浆质量U31泥水压力U32盾构推进施工参数U33监控量测U34人员（管理）状况U4人员素质U41人员经验U42人力资源配置U43施工管理体系U44施工安全体系U45施工组织设计U46表 Ui一级指标权重上一层次元素类指标一级判断矩阵单排序权重一致性计算U1U2U3U4总目标（风险系数）地质条件U111/21/41 0.1283max=4.0104C.R.=0.00380.1盾构选型U22 11/220.2565穿堤施工U34 2 13 0.4774人员管理状况U41 1/21/310.1378表 U

14、1i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重一致性计算U11U12U13U14U15U16地质条件U1111/221/41/410.0820max=6.051C.R.=0.00820.1U122131/21/210.1393U131/21/311/71/71/20.0450U144271140.3208U154271140.3208U161121/41/410.0921表 U2i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重一致性计算U21U22U23U24U25U26盾构选型U211 1/2 1/32 1/41 0.0862max=6.2012C.R.=0.03250.1U22

15、21 1/24 1/220.1643U233 2 15 1 6 0.3099U24 1/2 1/4 1/51 1/720.0572U2542 17 14 0.3214U261 1/2 1/6 1/2 1/410.0610表 U3i二级指标的单排序权重上一层次元素类指标判断矩阵单排序权重一致性计算U31U32U33U34穿堤施工U3112 2 3 0.4231max=4.0104C.R.=0.00380.1U321/211 20.2274U331/21 12 0. 2273U341/31/21/210.1222表 U4i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重一致性计算U41U42U4

16、3U44U45U46人员管理状U4113 23 4 6 0.3751max=6.1436C.R.=0.02320.1U42 1/31 1/2 1/22 20.1136U43 1/22 12 3 4 0.2317U44 1/32 1/21130.1364U45 1/4 1/2 1/31 12 0.0901U46 1/6 1/2 1/4 1/3 1/210.0531一级指标权重值二级指标权重值地质条件0.1283地质的变异性0.0820场区地质滑动断裂带0.1393地震0.0450饱和含水砂土层0.3208承压水0.3208其他不良地质现象0.0921盾构选型0.2565刀盘对地层的适用性0.08

17、62推进系统0.1643泥水平衡仓0.3099盾尾密封装置0.0572同步注浆系统0.3214辅助方法0.0610穿堤施工0.4774大堤预加固注浆质量0.4231泥水压力0.2274盾构推进施工参数0.2273监控量测0.1222人员（管理）状况0.1378人员素质0.3751人员经验0.1136人力资源配置0.2317施工管理体系0.1364施工安全体系0.0901施工组织设计0.0531R(U1)=0.70.30.70.10R(U3) =0.900.200进行模糊一级变换：RI=1iR(U1)=0.0820 0.1393 0.0450 0.3208 0.3208 0.09210.7=0.2596 0.6899 0.5357 0.5630 0.4263R2=2iR(U2)=0.0862 0.1643 0.3099 0.0572 0.3214 0.0610.7=0.5759 0.3149 0.6220 0.1878 0.0829 R3=3iR(U3)=0.4231 0.2274 0.2273 0.1222 0.9=0.6203