盾构隧道建设风险分析与控制

盾构隧道道建设风风险分析析与控制制中铁隧道道集团有有限公司司潘明亮中中国国-上海海

2015--10提纲纲一、盾构构隧道建建设中的的风险认认知二、典型型风险案案例分析析与处置置三、风险险事故管管控原则则四、总结结与展望望一、盾构构隧道建建设中的的风险认认知当前国内内地铁盾盾构类型型土压平衡盾构泥水平衡盾构双模式盾构顶管机TBM盾构的概概念

盾构，是一种具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在盾壳的掩护下进行隧道土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，从而构筑隧道的构特种施工装备。1.刀盘2.主轴承3.推进油缸4.人舱5.螺旋输送机6.管片安装机

7.排土闸门8.管片输送车9.管片吊机10.皮带机泥水平衡盾构盾构的概概念盾构是集机、电、液、气为一体，具有掘进、出渣、衬砌等功能的大型复杂装备，边推进边形成隧道，实现了隧道施工的工厂化作业。土压平衡盾构盾构的概概念盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对地层进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围地层的水土压力以及将隧道围岩及地下水挡在盾壳外面。•“盾”——“保护”，指盾壳；•“构”——“构筑”，指管片拼装或衬砌。盾构法主主要施工工程序1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工8、盾构进进入接井井7、接收井井洞口土土体加固固3、出洞口土体加固隧道盾构构掘进示示意图开挖衬砌出土运输盾构法施工具有有施工安全快速速、对周边环境境及交通通影响小小等优点，，在城市市地铁、、道路修修建中得得到了广广泛应用用。然而而，地铁铁盾构隧隧道建设设事故时时有发生生，对盾盾构工程程施工风险的认认知和风险控制制技术有待待进一步步提高。。1、盾构隧隧道建设设风险2、盾构隧隧道建设设风险发发生机理理风险认知知风险后后果风险管管控3、盾构构隧道道建设设风险险因素素盾构隧隧道施施工风风险的的原因因可分分为环境因因素、人为因因素和盾构机机因素素。地铁盾构施工风险环境因素人为因素施工设备4、盾构构隧道道建设设风险险分类类盾构隧隧道施施工风风险可可分为为管理风风险、人工风风险、技术与与材料风风险、设备风风险、社会环环境风风险和自然环环境风风险六类。。技术与与材料刀具更更换（1）地质质与盾盾构选选型匹配性性风险（2）盾构构组装装与调调试及及拆吊风险（3）盾构构始发与与到达达、过过站、、平移移作业风风险（4）盾构构上、下下穿建(构构)筑筑物风风险（5）特殊地地层段盾构构施工工风险险（孤孤石、、上软软下硬硬地层层、富富水砂砂层、、高粘粘性土土层、、矿山山法隧隧道盾盾构空空推段段等等等）（6）盾构构机下穿江江河水水体风险（7）盾构构掘进进遇障碍物物施工风风险（8）盾构构开仓作作业风险盾构施工的风险主要有：（1）地质与盾构选型风险盾构机机的选选型应应依据据地质质条件件；地质条条件及及开挖面面稳定定性能能；隧道埋埋深、、地下下水位位；隧道设设计断断面、、路线线、线线性、、坡度度；环境条条件、、沿线线场地地；管片衬衬砌类类型；工期造造价等。所所以如如果盾盾构机机选型型失误误，对对地质质条件件不适适应，，是盾盾构施施工最最大的的风险险。盾构机机选型型原则则：综合考考虑工程地质条条件和水文地地质条件，，确保保盾构构设备备与地地层的的适应应性，，同时时确保保盾构构管片片结构构自身身安全全。考虑隧隧道区区间平、纵纵断面面设计计，确保保盾构构满足足设计计线路路要求求。重点考考虑施工环环境条条件和相关关风险工工程及地表变变形控控制标标准，确保保环境境风险险工程程安全全。1开挖面面2刀盘3土舱4主轴承承5推进千千斤顶顶6螺旋输输送机机7管片拼拼装器器8管片12345678土压平平衡盾盾构机机土压平平衡盾盾构机机工作作原理理水压+土压=土仓压压力泥水平平衡盾盾构机机工作作原理理水压力力+土压力力=切口水水压主机1.盾构主主机由由刀盘盘、前前盾、、中盾盾和盾盾尾等等四部部分组组成，，且具具备足足够的的强度度和刚刚度。。2.土舱内内土压压传感感器不不少于于5个，且且应该该按上上、中中、下下不同同区位位布置置在土土舱隔隔板内内（泥泥水盾盾构泥泥水仓仓压力力传感感器3个，气气垫仓仓压力力传感感器2个）。。3.刀盘面面板和和土舱舱内土体改改良剂剂注入入口均不少少于4个，且且应合合理分分散布布置在在刀盘盘面板板和土土舱隔隔板上上的相相应位位置（（泥水水盾构构无土土体改改良注注入口口，在在泥水水管道道上有有2路膨润润土注注入口口）。。4.主机长长度及及其铰铰接设设计应应满足足隧道道设计计最小小转弯弯半径径的要要求，，且应应满足足线路路半径径为200m曲线的的要求求，特特殊情情况下下应满满足线线路半半径为为150m曲线的的要求求（泥泥水盾盾构无无铰接接）。。5.盾尾至至少具具备三道密密封刷刷构成两两道油油脂密密封腔腔且能能够承承受土土压、、水压压及同同步注注浆产产生的的压力力，不不低于于0.5MPa。6.每道盾盾尾密密封舱舱密封油油脂注注入口口不少于于6个，且且应能能监测测到每每个注注入口口油脂脂注入入压力力，及及总油油脂注注入量量。选型技技术要要求刀盘1.刀盘开开口率率应根据据开挖挖地层层的特特点来来确定定，以以保证证渣土土顺利利进入入土舱舱内，，适应应快速速掘进进和建建立土土压的的要求求。2.刀盘上刀具布置应充分考虑虑地质条件件并具有一一定高差，，层次感强强，且为满满足正反方方向旋转的的要求，对对于磨蚀性性较强的砂砂卵石地层层和砂层，，刀具应增增加耐磨性性。3.刀盘前方土体改良剂剂注入口不少于4个，应合理理分散布置置，且刀盘盘中心须至至少设置一一个注入口口。4.配备扭矩应根据开挖挖地层的特特点来确定定，对于砂砂卵石地层层，直径为为6280mm刀盘额定扭扭矩不低于于5000kN•m，脱困扭矩矩不低于6500kN•m。5.刀盘背面应应设置搅拌棒，通过刀盘盘的旋转带带动搅拌棒棒对渣土进进行搅拌改改良。6.应充分考虑虑地层对刀刀盘的磨蚀性（尤其是砂砂卵石地层层和砂层）），刀盘正正面及侧面面应具有足足够的耐磨磨性。选型技术要要求带滚刀复合合式面板式式刀盘推进系统1.推进系统提提供的最大推力应根据地层层条件和管管片强度综综合考虑，，应能克服服盾构推进进过程中所所遇到的最最大阻力。。2.推进油缸行行程应根据管片片的环宽和和K块管片插入入的长度来来综合确定定。3.推进系统提提供的最大推进速速度达80mm/min。4.推进油缸撑撑靴在与管管片接触时时能保证推推力缓和均均匀地作用用在管片上上，并保证证密封止水水橡胶条的的完好。选型技术要要求（2）盾构运输、组装、调试与拆吊风险盾构机进、出场的运输,盾构吊装调调试现场作作业，主要要风险有超重超宽超超高风险，对地上地下管管线及结构构物细致调查保护风险，大型起重吊吊装风险，超大大型设备协调配合调调试风险等等。。盾构始发(出洞)阶段盾构始发三大钢结构构件:1.洞门钢环2.始发接收托托架3.反力架1、吊装前对吊装环境进行验收。吊装场地地面硬化及吊装设备承重处地面承载力情况，当承载力不满足要求时，应采取铺垫钢板、施工承载桩等措施来解决；2、吊装前对盾构设备吊环进行探伤，确保吊环满足要求，台车应采取吊装保护措施。3、吊装前对吊装设备吊索进行安全检查，对吊装设备操作等人员的操作证书进行核查。4、吊件起升过程中，操作必须平稳，速度均匀，避免吊索受冲击力。5、根据盾构各个部件的重量、尺寸、场地条件和吊装设备性能，制定完善的吊装方案。6、吊装过程中应派专人看守，尤其重点巡视吊装设备承重处地面情况。盾构机吊装应对措施（3）盾构始发与到达、过站及平移风险浆液和泡沫沿洞门密封处涌出盾构始发与与到达是盾构施工工中风险较较大的环节节之一，极极易发生安安全质量事事故。（3）盾构始发与到达、过站及平移风险端头加固方法及质量存在问题；盾构始发/到达施工参数控制不合理（土压、注浆压力、推力等）；洞门密封质量差，或安装方法有误，导致密封渗漏；洞门破除过早。始发与到达、过站及平移风险原因安全风险分析端头加固质质量不能满满足施工需需要1.端头加固工法选择不合理理（旋喷桩桩、搅拌桩桩、袖阀管管、冷冻法法）2.端头加固范围不够。主要要体现在加加固长度、、深度上。。3.端头加固质量未能达到设设计要求。。①加固体本本身强度不不够，难以以满足抗滑滑移或剪切切的要求。。②加固体不不连续，局局部出现渗渗漏。③加固节点点处理不好好，特别是是围护结构与与加固体之之间的间隙隙处理、不同工法法之间的界界面处理。安全风险分析洞门密封渗渗漏（1）洞门密封封钢环脱落或或开裂，造成密封封失效。（2）洞门帘布橡胶板板开裂或未拉紧造造成密封失失效。（3）盾构构机始始发姿态偏偏差过大造造成密密封失失效。。为了防防止盾盾构始始发掘掘进时时泥土土、地地下水水从盾盾壳和和洞门门的间间隙处处流失失，以以及盾盾尾通通过洞洞门后后背衬衬注浆浆浆液液的流流失，，在盾盾构始始发时时需安装洞洞门临临时密密封装置，，临时时密封封装置置由帘帘布橡橡胶、、压板板、垫垫片、、螺栓栓和钢钢丝绳绳等组组成。。锁紧用钢丝绳扇形压板安全风险分析反力架架加固固不能能提供供足够够的反反力，，造成成反力架架失稳稳（1）反力力架结结构强度不够（2）反力力架加固不牢固固。（3）始发发台加加固不不牢固固，未未做好好有效效的防扭和和抗浮浮措施。。始发施工对策应对端头加固效果进行检验；①竖直抽芯过程：孔位、深度、连续性判断抽芯孔封堵的效果②水平抽芯孔的确定，检查、及时封堵采用竖直抽芯和水平探孔相结合的方式检查洞门加固效果。在洞门处安装止水橡胶帘布和扇形压板；密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查。盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。盾构推进中注意观察、防止刀盘周边损伤橡胶带；洞圈扇形钢板要及时调整，提高密封圈的密封性；备好注浆堵漏及承压水井点的施工条件，以应洞口涌水时急用。应合理选择围护结构的破除时机，确保破除过程中端头处土体的稳定；对盾构机始发姿态进行人工复测,确保盾构机始发姿态满足施工要求。盾构始发前，从刀盘开口向盾构土仓内填塞土坯（基本充填满土仓），可使盾构机在切入掌子面时就可建立一定的土压，防止始发时掌子面发生大面积坍塌。盾构始发（或到达）施工前始发施工对策洞门破除后应立即推进盾构；盾构在加固区内的施工，土压建立前应严格控制出土量，正确使用加固土体松散系数；盾构始发在快出加固区时应将土压建立到略高于正常值，以确保在盾构出加固区后不会因土压过低而造成地表塌陷事故；总推力和扭矩控制在反力架及始发基座所能承受的范围内。盾构始发施工过程中到达施工对策控制好盾构姿态，在保证出碴量正常、同步注浆回填密实的前提下，尽量快速完成盾构的接收。盾构到达进入加固区后应逐步减小土压直至降为0，同时降低总推力,降低推进速度，缓慢向洞门推进，同时严格控制出土量；盾构贯通时，对进洞口段至少10~15环管片进行纵向拉紧作业。盾构机贯通后,应及时拉紧帘幕橡胶板钢丝绳,使帘幕橡胶板包紧盾构机前体,确保洞门密封，防止洞口处涌水涌沙，同时保证同步注浆砂浆不流失。做好同步注浆，保证管片壁后注浆，控制地表沉降。盾构到达施工过程中运营地地铁隧隧道、、越江江公路路隧道道及立立交桥桥、高高速铁铁路、、房屋屋等重重要构构筑物物的变形要要求极极其严严格。在盾盾构的的穿越越施工工过程程中稍稍有不不慎，，易对对高灵灵敏度度软土土产生生相对对较大大的扰扰动，，从而而引起较较大的的地层层损失失率，导致致被穿穿越的的重要要建造造物产产生过过大不不均匀匀的变变形，，严重重威胁胁人民民生命命财产产，对对社会会产生生较严重的的后果果。（4）盾构上、下穿建筑物风险（4）盾构上、下穿建筑物风险既有运运营线线事故故出渣量过多；土仓压力设置偏低；同步注浆量不足；二次补充注浆不及时；地质条件差；盾构机其它掘进参数和掘进控制不合理。安全风险分析下穿前100m，设定为试验段；采用超土压掘进模式，保证刀盘通过时地面有微隆起，并保持土压稳定性；掘进参数：以“超土压、控出渣、饱注浆、勤监测、动态调整”的思路，制定掘进参数，保证连续推进。严格控制出渣量，防止超挖；加大同步注浆压力及注浆量，控制既有线沉降；现场成立信息化反馈联动机制，根据监测数据实时调整掘进参数，做到信息化施工；及时进行管片壁后二次补强注浆；盾构机上储备足量的膨润土，以备意外停机，向土仓内注入。穿越期间执行项目领导现场带班制，24小时地面巡视。施工对策（5）特殊地段盾构施工风险软硬不均地层全断面硬岩地层孤石段地层（球状风化体）富水厚砂层高黏土层砂卵石层断裂破碎段穿越水底浅覆土层不良地质（5）特殊地段盾构施工风险

地层上软下硬，软硬不均现象明显，在这类地层中掘进效率低，刀具磨损严重、刀座变形、更换困难;刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞、盾构负载加大、易产生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨、线路偏移等，处理起来速度比较慢，严重影响施工进度，有时甚至因施工无法进展而不得不变更设计，花费成本较高，经济效益差。软硬不均、硬岩段地层风险中心刀刀磨损损破坏坏严重重盾构掘进参数的制定主要是从刀具保护角度来选择，掘进参数以“低速度、低转速、控扭矩、适推力、勤检查、控出渣”的思路进行制定，控制岩石对刀具的损坏，使地表沉降可控。（慢推而稳控）通过时，对刀具磨损量的评估非常重要，应勤检查刀具，可通过两方面进行判断：1、根据类似岩石对刀具的磨损量，和刀具检查情况，做好已经通过的掘进刀具磨损量的统计，量化总结，提前预判，根据掘进岩石的长度和刀具磨损量来制定开仓检查刀具的频率；2、通过对掘进参数的异常变化来判断刀具的受损情况，选择开仓进行刀具的检查。该检查更换刀具时必须停止掘进及时更换，切忌存在侥幸心里，若造成刀盘受损，则后果不堪设想。（勤查勿莽撞）施工对策因掘进速度慢，严格控制出渣量，掘进过程中对出渣量进行动态控制，合理控制每个掘进段落的出渣量，避免碴土的多出为重中之重。必要时可向土仓内注入膨润土，膨润土与土仓内的岩石混合，使岩石处于一种悬浮状态，有利于岩块出渣，防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象。地面具备条件时，可采用深孔爆破对硬岩段进行预处理。施工对策硬岩深孔爆破施工刀具更换

由于孤石的分布及大小是随机的，很难通过地质钻孔完全探明其分布情况，故给盾构施工造成了较大困难。孤石对盾构施工的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀具磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘受损和变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏，刀盘堵塞，盾构机负荷加大；孤石无法破碎，致使盾构掘进受阻或偏离轴线；掘进速度慢，对地层扰动大，出渣量不宜控制，对地面沉降影响较大。孤石段地层风险土仓内内的孤孤石螺机断裂搅拌棒压弯盾构遇到未探明孤石时，首先要从盾构掘进参数上去判断是否遇到孤石，一般情况下，遇到孤石是盾构掘进参数总推力增大、扭矩波动大，速度减慢，刀盘前面有异常响声，渣温升高，然后可以去查看渣样，看是否存在微风化花岗岩，可根据岩石性状、所占比例、刀盘响声位置、扭矩变化规律来判断孤石大小，来调整盾构施工掘进参数。遇到孤石后，盾构掘进参数的制定主要是从刀具保护角度来选择，掘进参数以“低速度、低转速、控扭矩、适推力、勤检查、控出渣”的思路进行制定，控制孤石对刀具的损坏，使地面沉降可控，安全通过孤石群。通过孤石时，对刀具磨损量的评估非常重要，做好已经通过的孤石群掘进刀具磨损量的统计，量化总结，提前预判，及时更换刀具，切忌存在侥幸心里，该检查更换刀具时必须进行更换，若造成刀盘受损，则后果不堪设想。施工对策孤石掘进时，因掘进速度慢，应做好对出渣量的统计，严格控制出渣量。盾构穿越孤石地层技术难度及施工风险极大，当遇到大型孤石群或大块孤石时，纯粹依靠盾构机本身无法达到处理的目的，应采用洞内开仓对孤石进行人工破除。盾构遇孤石出现掘进参数异常时，遵循“主动查看，积极处理，禁止盲推、强推”的原则。遇到掘进参数异常积极主动进行孤石的处理，坚决杜绝盲推、强推。施工过程中应做好监控量测和信息反馈，做好地面巡查工作，并做好应急措施。施工对策刀具更换易形成喷涌，导致地面塌方、建（构）筑物开裂损坏

由于富水砂层含水量丰富，渗透性好，且受扰动后易液化，因此土压平衡盾构在富水砂层中掘进很容易出现喷涌现象，一方面，需用大量时间进行盾尾清理，严重影响盾构施工进度，另外，大量泥砂喷出或砂遇水液化，均易引起地层沉降，从而最终导致地面建（构）筑物沉降变形，甚至损坏。地面沉降难以控制，易造成地面塌方、建（构）筑物开裂损坏

主要原因是：1）砂层自身自稳性差，而刀盘开挖直径比管片外径一般至少大200mm，从刀盘开挖到注浆填充这需要一段较长时间，这期间不可避免产生砂层沉降；2）掘进过程中，不可避免要造成砂层失水，且一定会对砂层产生扰动，这都会导致砂层产生沉降。若沉降控制不好，极易造成地面塌方、建（构）筑物损坏。砂层风险盾构通过砂层地段的关键是防止因喷涌、失水、扰动等原因造成的沉降。进行土体改良。主要是采用聚合物添加剂、膨润土等来改良渣土，以改善渣土的和易性，增加止水效果，避免喷涌的发生。做好同步注浆和二次注浆工作。一方面，防止隧道后方的水流入土仓；另一方面，及时填充管片背后空隙，防止沉降进一步扩大。根据地下水位、地层条件、隧道埋深等合理选择土仓压力。合理选择掘进参数。增加盾尾油脂使用量，保护好盾尾密封，防止泥水、砂浆从盾尾密封冒出。合理确定渣土的松散系数，严格控制出土量。要做到既不能多出，也不能少出。尽量做到快速通过，避免刀盘转动对地层扰动时间过长。做好监测工作，及时反馈监测信息。施工对策

粘性土层过多的细颗粒含量使其具有较强的粘附作用被粘附在刀盘和土仓内壁，很容易黏附在刀盘内形成泥饼，堵塞进渣孔和刀孔，刀具不能自转，导致刀具的偏磨，进而损坏刀体，造成刀盘扭矩增大，总推力增大，掘进速度缓慢；另外由于粘土中含砂量高，刀孔堵塞后，刀具在自转过程中被包裹在刀圈周围的泥砂磨损，而且磨损速度快，特别是刀圈的两侧，越磨越薄，最终导致刀具完全磨损。高黏土风险盾构掘进过程中增加向土仓内及刀盘面注入泡沫量，在泡沫中加入分散剂或泥浆等添加材料改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。合理确定渣土的松散系数，严格控制出土量。要做到既不能多出，更不能少出。渣土可以适当偏稀，避免渣土偏干，造成糊刀盘。渣土温度是刀盘结泥饼的重要体现，勤测量渣土温度，当渣土温度一环内升高3度时，应立即警戒，增加泡沫使用量，做好渣土改良，适当增加加水量，防止糊刀。可在中心刀附近及刀盘面板设置冲洗装置，经常性的对刀孔进行冲洗，可防止刀盘结泥饼。可适当增大盾构机开口率，有利于渣土进入刀盘，可防止刀盘结泥饼。施工对策（1）在掘进过程中砂卵石地层对刀盘、刀具、渣土输送系统等部位磨损严重，造成换刀频率较高约150米需换刀一次，渣土输送系统需得到及时的修复；（2）如果地下水位高、掌子面不稳定，清仓比较困难，换刀时停机处易出现坍塌现象；（3）因地层局部为砂卵石土夹砂透镜体，土压平衡盾构在通过时刀盘前极易出现固结泥饼现象，开仓处理时易引起地面安全风险；（4）地面沉降沉降量和沉降速率难以控制。卵石层施工风险卵石层层施工工风险险极端情况：长沙地铁二号线浅埋过砂卵石地层，地面为400米密集棚户区坍塌。砂卵石地层施工防止螺旋输送机卡死和固结泥饼的措施：为能够破碎卵石刀盘需要配备滚刀以满足破碎卵石的功能，使大卵石的破碎成为可能，在砂卵石地层中硬岩滚刀的刃轨迹间距宜参照螺旋输送机能通过的最大粒径设定。施工对策盾构刀刀盘面面板和和刀具具布置置图未使用用的螺螺旋输输送机机耐磨磨块情情况针对卵石地层水压高和水量大的特点，为防止喷涌和水压击穿盾尾密封的应对措施：

⑴提高盾构机防水密封性：a、盾尾密封选用三排钢丝止水密封刷，其间充注密封脂；b、铰接密封采用唇形橡胶密封；c、主轴承外密封采用三重唇形橡胶密封，其间充注常消耗式润滑脂，为提高可靠性同时采用HBW密封脂。⑵采用具有防喷涌功能的可控两级螺旋输送机出渣系统，并结合适当的渣土改良。施工对策

渣土情况

破碎的大粒径卵石降低砂卵石对设备的磨损的措施：⑴为适应砂卵石磨琢性大的特性使刀盘具有较高的耐磨性，焊有Hards400耐磨钢板；⑵为破碎硬的卵石、破坏卵石胶结和保护软土刀具配置滚刀；⑶为增加刀具的刚性和耐磨性，防止硬的卵石破坏刀具同时提高刀具的耐磨性选配大铲刀及刮刀；⑷刀盘的型式及开口率是防止掌子面坍塌的需要。施工对策砂卵石层开仓换刀安全技术措施：砂卵石地层具有稳定性差、透气性大、地下水丰富、水位高、水压大等特点。砂卵石地层中可选择地面加固的措施效果不明显或难以实施，在换刀时如采取带压换刀、地面注浆加固地层将增加换刀的安全风险。如需在带压条件下开仓，加气前为防止砂卵石地层透气性大，难以保压可以在清仓之前向土仓中注入澎润土、黄泥、泡沬济或聚合物同时转动刀盘先行对渣土进行改良，然后再向土仓中加气以实现在掌子面上形成渗透性泥膜来保住压力的目标。减少换刀频率，增加刀具耐久性可以从三个方面采取应对措施：⑴盾构机渣土改良功能的选择；⑵增强相关部件和配件的耐磨性；⑶掘进参数的调整；⑷调整刀具的配置。施工对策

断裂带埋岩体破碎、断裂破碎带两边泥岩性差异大，而且强度不均匀，稳定性差，形成了地下储水构造，地下水比较丰富。这类地段易发生以下风险：（1)盾构掘进过程中易出现较大喷涌，地表沉降不易控制，甚至发生地面坍塌风险。（2）断裂带两侧的岩层起伏变化很大，容易造成刀具刀圈的崩裂，同时在掘进时振动较大，易造成滚刀紧固螺栓出现松动，从而使滚刀不能正常的转动而偏磨。（3）土仓压力波动大，土压平衡掘进模式控制难度大。（4)刀盘易结泥饼，导致盾构无法正常掘进。（5）破碎地段的较大岩块易堵塞螺旋输送机。断裂破碎段施工风险断裂破破碎段段施工工风险险图8-2硅化角砾岩岩块防喷涌措施：①适当提高土仓压力以平衡外部水压，并加大泡沫用量，保持土仓压力的稳定，以阻止地下水的侵入。②在盾构机通过后，向离盾尾5环后进行二次补充注浆，截断后面水流通道。③土体改良加入膨润土进行改良，可避免气压贯穿断裂带，又可提高渣土自身的密水性，达到防止喷涌的目的。刀具损坏处理措施：①根据掘进情况实时调整掘进参数，减小刀具切入量以控制刀盘扭矩的起伏变化，减小刀具出现崩缺、偏磨等状况。②增加刀具的检查频率，并对没有更换的刀具螺栓紧固情况进行检查；根据地质情况可采用带压、常压方式进行进仓更换。加大地面监测频率，及时反馈监测信息，根据监测信息及时调整掘进参数。加强同步注浆管理，根据监测信息增大同步注浆量。正确选用土体改良的添加剂，改善渣土的流塑性。

施工对策过矿山山法空空推段段施工工风险险主要为为矿山山法施施工断断面侵侵限，，未及及时断面测测量，导致致盾构构通过过时卡盾，在空空推段段容易易造成成盾构抬抬头、推力突突然增增大、姿态突突变、管片错错台、、上浮浮及渗渗漏等1易产生冒顶通透水流覆土浅、水头压力高，土压平衡不易建立，河水常从扰动土体裂缝中经刀盘开口及盾尾进入盾构机，造成盾构淹水；2

流砂、管涌在砂土、砂质粉土等易液化的土层中掘进，刀盘切削挤压扰动，加上过高的水头压力液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗漏进入隧道内，可能出现局部地基掏空，隧道下沉、螺栓断裂、隧道破坏。3

隧道上浮水域下浅覆土中推进的盾构，上下受力不均衡，盾构姿态上扬，压坡困难，隧道上浮，轴线难以控制；穿越江河施工风险（6）盾构开仓施工下穿江河是水体风险做好理论渣土量与实际渣土量的记录,保证出渣量与掘进速度一致,避免/冒顶突发事故的发生;施工时通过合理组织施工,尽量能连续、快速地通过河流;加强盾构姿态的测量和地面的监控测量,及时反馈信息以指导掘进施工;严格控制盾构操作,调整好盾构推进油缸的压力差及各组推进油缸的行程,避免盾构机上浮;施工时在土仓和刀盘前注入泡沫,改善渣土性能,防止涌沙、突水现象发生;在盾构掘进过程中增大地对盾尾密封注入油脂,防止地层泥水和注浆液进入盾体内。施工对策提前做详细的地质补勘，对发现的障碍物提前进行处理。对开挖面前方20m实行超声波障碍物探测，及时查出大石块、废桩等；附设从密封舱隔板中向工作面延伸的钻机，对障碍物破除。对于设气压进出闸门，局部气压下进入密封舱排障，对刀盘维修。对于泥水盾构设置石块破碎机，将块石破碎到粒径10mm以下，以便泥浆泵排出。施工对策（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍物施工风险由于地地下工工程地地质条条件的的复杂杂性以以及地地质勘勘探的的局限限性，，隧道道穿越越的地地层不不可能能一一一查明明，盾盾构推推进工工作面面前方方可能能会出出现各各类障障碍物物，如如废弃弃钢筋筋混凝凝土桩桩、旧旧桥台台、人人防工工事、、降水水井等等，造造成盾盾构机机较大大破损损甚至至无法法正常常推进进。（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍碍物施施工风风险（8）盾构开仓施工风险盾构机在施工过程进行开仓换刀是必要的工作。根据地质的情况，可采用带压换也和不带压换刀两种换刀方式。在不带压的情况下进行开仓换刀，只能在地层比较稳定、无大量地下水涌出、无有毒气体存在的情况下才能进行，否则容易发生人员中毒、爆炸身亡及掌子面坍塌、地面坍塌安全事故。若盾构在硬岩或自稳能力较强的地段掘进时，因地层本身有自稳能力，不需要在土舱蓄压以提供额外支撑压力，这种情况下可在无压下直接进入刀盘作业。常压开仓施工风险2008年4月15日广州州地铁铁六号号线开开仓作作业过过程气气体爆爆燃事事故及及气体体监测测。深圳地地铁开开仓作作业过过程中中仓内内掌子子面坍坍塌。2015年6月26日，，深圳圳地铁铁开仓仓作业业过程程中导导致地地面坍坍塌。。当盾构在软岩、富水地段掘进时，由于地层自稳能力差，从地面加固成本高、时间长或根本无施工条件，就有必要利用盾构自身及配套设备来提供使地层稳定的支撑压力，这种情况下需采用带压进舱模式。压气作业操作难度较大，如果处理不好，不仅会造成开挖面失稳坍塌，而且会危及舱内作业人员的生命安全。盾构施工中采用带压进仓作业发生过坍塌事故，因带压作业操作不当而造成隧道内的工人产生减压病症状如骨坏死、耳膜破裂、听力障碍等现象也经常发生。带压开仓施工风险开仓地质段的选择。常压开仓地段应选择在地层自稳性强，天然含水量小或已改良加固。设备与材料的准备，是实现快速换刀的基本保证，从而保证土体开挖面在外暴露的时间。同时对可能在使用过程中损坏的设备要有有备用的。保证盾构机各项性能完好，从而保证换刀工作的顺利进行。成立换刀工作小组、应急救援小组、地表监测小组及后勤保障小组。组织换刀工作小组的成员进行相应的岗前培训，对正常换刀过程中各自的工作内容进行详细的交待。各部门负责人现在值班，按开仓流程程序进行签认，确保开仓上一道工序完成签认后方能进行下一道工序。做好开仓过程的通风换风工作，测定仓内空气检测，并做好记录。常压开仓施工风险对策通过气压抵抗地下水土压力，阻止水向土舱内流动，确保掌子面地层的稳定；通过泥膜渗透来提高不良地层的气密性，防止开挖面坍塌和确保开挖面地层的气密性。加气压作业的关键在于保持土舱内的气压稳定，如果气压骤然变化，不仅会造成开挖面土体失稳坍塌，而且会导致舱内工作人员生命安全或产生减压病，准备一套柴油式空压机及发电机应急备用。进舱人员必须进行体检和培训，要求进舱人员具备能适应高气压环境的体格条件。做好开仓过程的通风换风工作，定时测定仓内空气检测，并做好记录。做好医疗保障和应急措施。救护人员备好急救药品、救护车，准备医疗舱。各部门负责人现在值班，按开仓流程程序进行签认，确保开仓上一道工序完成签认后方能进行下一道工序。带压开仓施工风险对策应急柴柴油空空压机机和氧氧气仓仓掌子面面地质质情况况勘察察仓内气气体检检测掌子面面制作作的泥泥膜风险事事故情情况某地铁铁盾构构隧道道建设设过程程中发发生了了两起起险情情。两两事故故均是是在高高水压压粉土土粉砂砂地质质条件件下，，一起起是盾构接接收到到达时时水土进进入工工作井井内，，另一一起是是在盾盾构接接收后后洞门密密封失失效，管片片外侧侧水土土进入入工作作井内内，好好在都都没有有造成成人员员伤亡亡。属属于盾盾构建建设过过程中中高风风险的的盾构构接收收阶段段风险险，具具有一一定的的典型型性。（一）案例1该区间间长度度只有有约380m，最小小平曲曲线半半径800m，埋深深11~14m,但右线线隧道道位于于河床床底部部。概况1、概况况地铁右右线隧隧道位位于河河床下下，距距离河河床约约8m1、概况况透水时时盾构构位置置，距距离连连续墙墙约1.2m，离成成功只只一步步之遥遥。1、概况况2、事故故发生生前采采取的的措施施盾构进进洞采采取的的安全全措施施1、端头井与标准段间设置混凝土隔墙4、接收段新塘河设置围堰2、洞门钢环与盾构体间设置安全气囊3、外圈冷冻管长度加长1m，延长冷冻时间5、水平注浆（冻结体上部）在端头头井设设置1道500mm厚砼隔隔墙隔隔墙使使盾构构接收收井都都变成成密闭闭空间间2、事故故发生生前采采取的的措施施安全气气囊通通过充充气方方法使使其膨膨胀，，使气气囊填填满整整个盾盾体与与钢环环间的的断面面，堵堵住漏漏水，，从而而达到到无渗渗水的的目的的。2、事故故发生生前采采取的的措施施外圈冷冷冻加加固长长度11.4m（土体体长度度），，外圈圈帷幕幕厚度度1.6m，内圈圈冷冻冻加固固长度度2.5m（土体体长度度）。。11.4m2.5m1.6m2、事故故发生生前采采取的的措施施洞门圈圈外冻冻结孔孔增长长1m，确保保303环、304环注浆浆孔在在盾尾尾与冷冷冻加加固之之间，，保证证冷冻冻“杯杯口””处环环箍质质量，，阻断断涌水水涌砂砂通道道。2、事故故发生生前采采取的的措施施围堰平平面图图2、事故故发生生前采采取的的措施施水平注注浆加加强止止水水平注浆孔2、事故故发生生前采采取的的措施施3、事故故经过过序号时间出现状况土压推力扭矩推进速度1拔管后恢复推进无上部0.4bar1750t1300NM13mm/min2304环推进181mm螺旋机喷涌上部0.4bar降为0bar下部1.2bar降为0.5bar///3喷涌后立即关闭螺旋机马达和闸门土压上升上部0bar升为1.7bar下部0.5bar升为2.0bar///拔除内内圈冻冻结管管后，，盾构构开始始恢复复掘进进。304环掘进进约18cm时螺旋旋机出出现喷喷涌，，土压压力升升高。。随即即采取取防喷喷涌措措施，，同时时在盾盾尾300～303环继续续进行行双液液浆环环箍，，并利利用尾尾盾和和前盾盾的12个径向向注浆浆孔注注聚氨氨酯环环箍（（约80方双液液浆和和1.2T聚氨酯酯）。。双液浆浆和聚聚氨酯酯环箍箍施工工3、事故故经过过上述险险情处处置后后经对对冻结结体分分析评评估，，盾构构进洞洞及维维护冻冻结期期间，，通过过对冻冻结体体测温温孔、、去回回盐水水温度度数据据分析析，土土体温温度处处于稳稳定下下降的的态势势，冻冻结壁壁应是是完好好的，，对双双液浆浆和聚聚氨酯酯环箍箍进行行全面面排查查，未未发现现有渗渗流水水沙现现象。。但还还是按按专家家意见见组织织了对对洞门门进行行混凝凝土回回筑，，混凝凝土浇浇筑约约2m时，洞洞门出出现漏漏水，，此后后约4小时后后发生生河水水倒灌灌险情情。3、事故故经过过分析表表明：：该盾盾构接接收措措施是是完备备合适适的，，该处处经过过多次次反复复施工工，存存在大大量抛抛石、、建筑筑垃圾圾，地地质情情况极极其复复杂，，对冷冷冻及及注浆浆效果果存在在不利利影响响，盾构上上部可可能存存在地地下不不明渗渗漏水水通道道。同时时回回筑筑混混凝凝土土慢慢了了点点，，且且未未见见及及时时启启动动降降水水措措施施。。4、事事故故原原因因分分析析5、事事故故处处置置险情情发发生生后后，，及及时时启启动动应应急急抢抢险险措措施施，，在在泥泥水水中中盾盾构构恢恢复复推推进进，，及及时时进进入入接接收收井井，，避避免免了了盾盾构构机机下下沉沉、、成成形形隧隧道道大大幅幅变变形形破破坏坏的的风风险险。。地面面采采取取的的主主要要措措施施：：1、对对盾盾构构机机前前方方地地质质进进行行了了钻钻探探取取样样和和雷雷达达物物理理探探测测；；2、在在地地面面塌塌陷陷部部位位进进行行土土方方回回填填；；3、对对地地面面河河床床下下注注浆浆加加固固；；4、对对盾盾构构端端头头井井隔隔墙墙进进行行加加固固；；5、对对新新塘塘河河导导流流管管施施工工。。隧道道内内采采取取的的主主要要措措施施：：1、盾盾尾尾后后部部30环管管片片用用槽槽钢钢进进行行加加固固；；2、对对成成型型隧隧道道和和盾盾构构机机姿姿态态进进行行24h加密密监监测测；；3、前前盾盾径径向向注注浆浆孔孔压压注注聚聚氨氨酯酯；；4、尾尾盾盾压压注注惰惰性性浆浆液液；；5、盾盾尾尾后后部部管管片片注注浆浆加加固固。。（二）案例例2该地地铁铁盾盾构构隧隧道道为为过过长长江江区区间间隧隧道道右右线线全全长长3003.39m，左左线线全全长长2993.859m，隧隧道道最最小小转转弯弯半半径径500m，最最大大坡坡度度28‰‰。江北车站江北风井江南风井江南车站1、、到达达端端头头的的工工程程地地质质概概况况到达达端端头头隧隧道道顶顶部部埋埋深深17.1m。上上部部为为杂杂填填土土、、粉粉质质粘粘土土，，隧隧道道穿穿越越地地层层为为3-5粉质质粘粘土土、、粉粉土土、、粉粉砂砂互互层层以以及及4-2粉细细砂砂层层。。北侧侧医医院院放放射射中中心心、、精精神神病病院院，，南南侧侧8层居居民民楼楼、、7层电电信信大大楼楼。。2、、周边边建建筑筑物物左线线右线线2层8层7层层4洞门门凿凿除除完完成成推推进进盾盾构构刀刀盘盘推推1991环至至洞洞门门口口，，洞洞门门右右下下角角位位置置出出现现小小的的涌涌水水，，在在掘掘进进过过程程中中因因接接收收姿姿态态较较差差洞洞门门帘帘幕幕橡橡胶胶拉拉断断，，涌涌水水涌涌砂砂时时经经在在盾盾尾尾5环管管片片范范围围内内大大量量压压注注了了聚聚氨氨酯酯顺顺利利完完成成盾盾构构接接收收；；在盾盾构构机机吊吊出出后后，，底底部部渗渗漏漏水水，，在在用用堵堵漏漏王王对对底底部部渗渗水水处处进进行行封封堵堵及及压压注注聚聚氨氨酯酯、、水水泥泥、、沙沙袋袋压压填填，，上上部部采采用用混混凝凝土土回回填填后后涌涌水水止止住住，，涌涌砂砂量量较较前前次次加加大大。。后移移盾盾构构后后配配套套拖拖车车过过程程中中，，左左线线隧隧道道内内进进行行管管片片““环环框框+内支支撑撑””安安装装时时，，1986-1988环突突发发管管片片错错台台，，并并带带有有管管片片破破损损声声音音，，同同时时有有渗渗水水。。2分钟钟后后渗渗水水停停止止。。随随后后进进行行抢抢险险，，对对1986~1988环进进行行木木支支撑撑加加固固，，险险情情得得以以控控制制。3、、左线线多多次次险