大型泥水复合盾构施工关键技术与管理研究

大型泥水复合盾构施工关键技术与管理研究一前言二大型泥水复合盾构施工关键技术三大型泥水复合盾构技术管理目录

CONTENTS一、前言

本人从事并参与了南京长江隧道、南京扬子江隧道、南京地铁3号线(单洞双线)过江隧道、南京地铁10号线(单洞双线)过江隧道、南京地铁4号线及上海长江隧道等大型过江泥水复合盾构隧道的建设与技术管理工作，收集了施工中典型技术案例，对大型过江泥水复合盾构隧道施工关键技术进行分析总结，并结合二十多年来从事大型过江隧道和地铁施工的技术经验与管理体会，编著以下技术文件与同行分享，以期待对今后类似工程的建设起到积极的指导和借鉴意义。鉴于本人技术水平和时间所限，不妥或错误之处，敬请各位专家、领导和同行们批评指正。一、前言越江、跨海通道飞速发展，主要有桥梁、隧道或者桥隧组合形式盾构工法安全、高效，得到越来越多应用盾构隧道发展趋势：大深度、大直径、长距离施工挑战不断增加一、前言国内外超大直径泥水盾构简介国家/地区工程名称盾构直径国家/地区工程名称盾构直径中国周家嘴路隧道14.5m中国钱江隧道15.43m香港屯门-赤鱲角海底隧道17.6m中国纬七路长江隧道14.93m中国三阳路隧道15.76m中国军工路隧道14.87m中国上海沿江隧道15.43m中国上海长江隧道15.43m中国北横通道15.56m俄罗斯莫斯科Silberwald隧道14.2m中国虹梅南路隧道14.93m俄罗斯莫斯科Lefortovo隧道14.2m中国长江西路隧道15.43m德国易北河第4隧道14.2m中国瘦西湖隧道14.93m日本东京湾隧道14.14m中国上中路隧道14.87m荷兰绿色心脏隧道14.87m一、前言国内外超大直径泥水盾构简介中国的超大直径泥水盾构施工技术已经处于世界领先地位，但仍需重示一些重难点施工关键技术与技术管理目录CONTENTS大型盾构始发与接收关键技术Part1高水压复合地层江底盾尾刷更换技术Part2盾构高压状态下刀盘修复与动火作业Part3大型泥水盾构江中换刀技术Part4大型隧道盾构施工型事故案例Part5盾构选型与刀盘刀具设计组合二、大型泥水复合盾构施工关键技术盾构主驱动密封失效与更换Part6过江隧道盾构“冒顶”与脱困处理Part7Part81、盾构选型与刀盘刀具设计与组合

（1）南京扬子江隧道复合盾构刀盘刀具设计：采用典型的超大型泥水复合盾构刀盘和刀具，可以实现软土、卵砾石地层、复合地层和岩石等地层的盾构掘进施工。刀盘初装刀配置了312把先型切削刀（焊接固定）；172把主切削刀（螺栓固定可拆式）；80把可伸缩更换切削刀；15把向导型切刀；17把推出式切削刀；32把外围切削刀；45把19寸可更换双刃滚刀；6把17寸中心单刃滚刀；38把19寸可推出双刃滚刀；合计717把。南京扬子江隧道北线3557m，其中软弱地层1100m，岩石段600m，砂砾石及砂层、淤泥质粉土段约1857m，其中纵坡为4.5%、2.5%、3.9%、1%和4.5%等段，平面曲线分别为直线段、缓和曲线段160m、缓和曲线段半径R5998m-R6158m，最后为R1000m曲线段；S线隧道长度4200m。1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合庞万利一体式滚刀1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合与滚刀互换双刃重型撒裂刀1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合初装刀配置设计理念在前600环软土地层中掘进，依靠先行切削刀（高出面板200mm）完成切削工作，并起到保护滚刀与可更换切削刀的作用。

盾构掘进600环后，先行切削刀会因为磨损严重而损坏，在进入岩石阶段与滚刀高度一致，岩石地层滚刀起主要切削作用。线路岩层段长约500-600米，利用初装滚刀进行岩石地层的掘进（初装滚刀为robins分离式滚刀），初步设想每盘滚刀大约可掘进岩石地层200m，分3次完成岩层段掘进刀盘设计可推出2批次可推出式滚刀，实现不换刀完成岩层掘进。设想中心6把单刃17寸滚刀磨损量小。设想岩层段完成后的卵砾石和软土地层推出80把可更换切削刀，高出面板160mm来完成剩余的隧道掘进工作。设想可以实现全线掘进不换刀。1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合实际刀具使用情况先行切削刀在进入岩石层段磨损量不大；在岩层段初始阶段，先行切削刀在岩层段与滚刀一起破岩；初装滚刀多处出现偏磨和刀圈崩断、断裂现象；后采用一体式球齿滚刀，经过6-8次带压换刀，完成岩层段掘进；

将可推出式滚刀进行全部推出，并进行锁死固定，共同参与了岩石掘进工作，增加了同轨迹上切削滚刀数量。最后剩余段卵砾石地层、穿越风井和软弱地层掘进，选择双刃重型撕裂刀，成功完成剩余2500余米掘进。1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合对盾构刀盘初装刀具的评价

盾构机性能和硬件系统总体可靠，可以满足大型复合地层隧道对盾构机掘进的要求刀盘开口率较低，与大型泥水盾构30%~35%相比明显偏低，特别是中心部位“结泥饼”现象严重先行切削刀在完成软弱地层掘进进入岩石段较完好，先行刀切削岩石而滚刀不工作，发生偏磨、刀圈断裂等非正常现象可推出滚刀、可伸缩切削刀未发挥理想作用

刀具717把，数量多，设计层次太复杂，以至于相互干扰，刀具各自功能均不能实现其切削目的这种刀盘的设计初衷是好的，但实际上不能实现，我们要汲取教训复合地层刀具使用管理体会盾构初装刀设计布置大部分是不完善，施工单位应参与盾构刀盘与刀具的设计，不能全部依赖和信任国外盾构厂家的设计，甚至施工单位宜起到主导作用刀盘刀具适应性必须经过多次的方案设计、论证和细化。刀具布置宜保证刀具切削层次分明，软土、复合地层、岩石层等刀具的配置宜不相互干扰和影响刀盘形式、开口率应合理复合盾构宜多配置周边环保护长距离复合地层盾构隧道，在滚刀和重型撕裂刀宜设计为互换式。

1、盾构选型与刀盘刀具设计与组合2、大型盾构的始发与接收关键技术1盾构始发接收洞门与盾构隧道间隙涌水涌砂，主要是由纵向间隙通道盾构前后方泥水、泥沙流入的；其次是盾构上下方因加固体质量太差，导致水砂从垂直方向补充经纵向水力通道间隙流向洞门.2盾构始发接收下沉，是因为加固体质量太差，不能承受盾构重量，再是因为软弱地层的地下水位较高，未采取降水辅助措施降低地下水位。3盾构始发涌水涌砂造成的原因，盾构加固体长度不足，盾构始发切削穿越加固体后，盾构前方挡不住地下水，致使地下水沿水平通道流向洞门。4盾构接收加固体长度不足，纵向水力通道未进行有效封堵，盾构后方的水和垂直方向的水沿水平通道流入洞门。5做好端头加固质量，确保端头加固长度，阻断盾构间隙水力通道和垂直方向水的补给，保证洞门的安全，才能彻底的保证盾构始发接收的安全。

2.1.盾构始发接收涌水涌砂事故原因分析2、大型盾构的始发与接收关键技术风险控制措施：

1、选择正确合理的端头加固方式，保证加固体的质量。

2、条件许可的情况下，选择安全、经济、可靠的始发接收方式。

3、盾构始发接收的辅助措施必须使用好。

4、应急抢险：降水、排水、堵漏、做好水流纵向封堵措施。0102洞门端头加固的目的：

1.洞门安全：防止围护结构破除洞门失稳坍塌。

2.止水：纵向和垂直方向止水，特别是前后方，纵向止水。

3.稳定：稳定端头地层变形及盾构机“磕头”下沉失稳。03端头加固方案选择的原则：必须认清端头地层的特性组成和地下水的状态，分析周围环境条件状况，选择最有效和针对性的加固方法，确保加固质量，满足盾构加固的目的，是盾构始发、接收安全的前提。2.2、盾构始发接收的风险：洞门坍塌、洞门涌水涌砂、端头沉降塌陷、车站隧道被淹，地面道路塌陷，建筑物损毁，隧道被埋及人员伤亡等。2、大型盾构的始发与接收关键技术2.3盾构始发接收端头加固方法技术ABC端头三轴搅拌桩，两轴搅拌桩，高压旋喷桩加固，因在软弱富水地层，原则上场地条件及周围环境许可的情况加固端头长=1.2倍盾构主机长度，始发加固前端长2-3米加固宽度=盾构直径外缘尺寸+3米上下尺寸=盾构上下各加3米垂直冻结尺寸宽度=2排冻结孔1.6-1.8米宽深度=盾构下3米上至地面长度=隧道外沿宽3米水平冻结（井内水平）圆形布孔3排约55孔左右呈杯形状中心圆体约3.5-5米圆体周12-13米，杯壁厚约1.2米。2.3.1、加固长度：盾构始发地基加固：盾构长度+（2-3）米上下左右各3米（条件允许）盾构接收地基加固：不小于盾构长度上下左右各3米（条件允许）2、大型盾构的始发与接收关键技术2.3.2、端头加固方法：根据施工经验和试桩方法确定，常用方法：搅拌桩：三轴搅拌桩、二轴搅拌桩（根据深度确定）旋喷桩：三重管、两重管和单管（根据地层进行试验）

MJS工法：双高压旋喷桩，价格太昂贵，慎重选择注浆法：袖阀管劈裂注浆、水泥压密注浆、双液注浆挡土加固法：玻璃纤维筋桩、素桩或素墙（标号低于C20）削坡换填法：剥离换填等强度砂浆或砼垂直冻结法：双排孔（1.6-2m）垂直冻结法水平加固法：水平冻结法或水平注浆法辅助加固方法：端头降水措施、特殊管片注浆方法2、大型盾构的始发与接收关键技术2.3.3.盾构始发、接收的水平冻结水平冻结是在地面（垂直）冻结不具备条件设置在盾构井内的呈“杯”形状的土体加固，但因在井内水平施工，故拔管方便性不太好。适应于端头不具备地面垂直加固施工的环境条件，如地面有建筑物等影响。其设置地层一般在地下水丰富，水位较高或具有承压性的粉土、淤泥质粉砂及砂层中，其目的一方面提高土体强度，另一方面达到止水效果。方案设计水平冻结呈“杯”装体，一方面加固体提高“杯壁体”的强度，盾构接收端下部土体强度提高；另外一方面洞门内外砼剥离后洞门安全性提高，其三对盾构接收端盾构与冻结壁间隙止水起一定作用，但冻结体被盾构切削后若纵向水流动止水效果很差的，因为冻结对流水的效果极差。很多案例采用水平冻结加固的盾构接收仍有被淹事故的发生。2、大型盾构的始发与接收关键技术地铁盾构水平冻结孔剖面图2、大型盾构的始发与接收关键技术地铁盾构水平冻结孔平面图2、大型盾构的始发与接收关键技术地铁盾构接收水平冻结2、大型盾构的始发与接收关键技术（无地下水或地下水贫乏）盾构始发示意图无水砂流入端头加固满足条件：强度+稳定性+变形特征2、大型盾构的始发与接收关键技术加固长度不足加固长度合理端头加固满足条件：强度+稳定性+变形特征+渗透性（地下水丰富）盾构始发示意图2、大型盾构的始发与接收关键技术（无地下水或地下水贫乏）盾构到达示意图无水砂流入端头加固满足条件：强度+稳定性+变形特征2、大型盾构的始发与接收关键技术通道封堵加固长度不足加固长度合理端头加固满足条件：强度+稳定性+变形特征+渗透性（地下水丰富）盾构始发示意图2、大型盾构的始发与接收关键技术南京地铁元通路站盾构接收涌水事故原因分析事故原因

1、地质条件复杂，为粉土、粉质粘土和砂层，软流塑。

2、地下水丰富且具有承压性，未设置降水井。

3、盾构接收方案不完善，不能针对实际情况进行处置。

4、设计端头加固长度仅6米且加固质量较差，不能将盾构机机体包裹，粉细砂沿超挖间隙涌入车站。

5、接收方案为对纵向和垂直方向水力通道进行封堵。接收方案不合理2、大型盾构的始发与接收关键技术广州地铁3号线盾构始发下部涌水2、大型盾构的始发与接收关键技术盾构接收端隧道与洞门间隙涌水封堵2、大型盾构的始发与接收关键技术2.4盾构始发技术方案盾构始发关键阻挡盾构前方的水和垂直方向水的补给，不发生泥水涌入始发井是始发的关键。

2.

4.1、无水稳定地层盾构始发：素墙或素桩（建议直径600-800之间不高于C20），辅助注浆，盾构直接切削始发。袖阀管或注浆加固洞门地层稳定，直接掘进始发。

2.4.2、软弱地层富水且水头压力较高地层中的盾构始发：①.三轴搅拌桩或高压旋喷桩+垂直冻结+辅助应急降水措施②.端头加固+水平冻结+辅助应急降水③.端头加固+垂直冻结+钢套箱始发+备用降水④.端头加固+垂直冻结+（帘布+钢丝刷密封）+备用降水⑤.直径超过10m的盾构软弱地层始发，为确保洞门破除后的安全，必须采取端头加固+垂直冻结+辅助降水措施。2、大型盾构的始发与接收关键技术⑥降水作为富水且水头较高的软弱地层盾构始发接收，是必须备用的应急措施也是有效的，很多工程已经验证。应急降水是短暂的，认为对周边环境产生沉降不一定正确，相反很多工程产生事故后，仍采用降水进行处理。⑦钢套箱在富水砂中始发这种方法用的较少，它是在常规始发帘布外加900mm左右长的套箱，加设2道钢丝刷或一道帘布密封，形成附加止水箱体，箱体内加注油脂增加密封止水效果。在富水砂层中可增加保险性，南京地铁3号线用过。2、大型盾构的始发与接收关键技术2.5.盾构接收技术方案盾构接收安全关键要阻止盾构后方的水和垂直补给涌入接收井2.5.1、无水稳定地层的接收关键加大同步注浆量和压力，补充二次注浆阻断盾构后方水力通道，必要时进行聚氨酯封堵，阻断切削间隙，保证接收安全。稳定地层盾构直接切削进洞。2.5.2、富水且地下水位较高的软弱砂土或砂层地层的接收技术原则

这种地层的盾构接收，无论采用何种端头加固方法和接收方案，都必须切断盾构后方和垂直水的补充涌入接收井，才能确保盾构接收安全。否者，难以保证接收安全。所以首先采用特殊管管片，加固同步注浆量，补充二次注浆，必要时采用聚氨酯封堵来，确保阻断水力通道，保证盾构接收安全。2.5.3.软弱富水地层盾构接收方案技术：

①端头加固+垂直冻结+水中接收②端头加固或水平冻结+钢套筒接收；端头加固+水平或垂直冻结+钢套筒组合结收

③端头加固+垂直冻结+洞门密封+辅助降水措施④端头加固或水平冻结+水平纵向封堵+降水措施⑤软弱富水地区的隧道纵向止水措施和封堵是必须的2、大型盾构的始发与接收关键技术地铁盾构水平冻结钢套筒接收2、大型盾构的始发与接收关键技术2、大型盾构的始发与接收关键技术盾构钢套筒接收2、大型盾构的始发与接收关键技术2、大型盾构的始发与接收关键技术地铁盾构水中接收2、大型盾构的始发与接收关键技术洞门端头垂直冻结2、大型盾构的始发与接收关键技术水中接收洞门破除后回填砂土2、大型盾构的始发与接收关键技术大盾构水中接收2、大型盾构的始发与接收关键技术2、大型盾构的始发与接收关键技术大盾构带水接收2、大型盾构的始发与接收关键技术上海长江隧道水中接收2、大型盾构的始发与接收关键技术

2.6.盾构始发接收的辅助措施辅助措施：

富水软弱地层必须采用辅助降水措施洞门帘布和钢板刷组合使用措施钢套箱始发与密封钢板束共同使用措施降水措施作为富水地层盾构始发应急措施是必须的，另外，特殊环管片、二次注浆、同步注浆和聚氨酯封堵等措施综合运用。

1.增加同步注浆量、注浆压力，封闭盾构掘进中管片与隧道的间隙，提高注浆性能质量，达到止水效果。

2.增加二次注浆孔，每块管片加增1-2个二次注浆孔，在盾构始发接收段阻断盾构及隧道纵向水力通道，达到封水的效果。

3.补注双液浆或聚氨酯封堵纵向水力通道，保证盾构在富水层、砂层及粉土和承压水层始发和接收的安全。2、大型盾构的始发与接收关键技术管片增加二次注浆空布置图2、大型盾构的始发与接收关键技术2.7.盾构井嵌岩与管涌事故分析

2.7.1概念：所谓全封闭围护结构即广泛指围护结构穿过较弱地层嵌入中等风化（完整）岩石地层中，完全封闭隔离基坑内外的水力联系（这是理想的状态，但工程施工由于各种原因，这种理想难以实现，完全理想的隔水是实现不了的，处理不好往往还会造成工程事故，还会产生巨大的风险，很多选用这种方案的盾构井施工发生管涌事故，处理时间达数月。2.7.2全封闭结构基坑降水的思路若全封闭围护基坑可以实现，降水思路是先减压后疏干的思想模式。

2.7.3全封闭围护结构基坑的利与弊的分析利：理想的全封闭基坑切断坑内外水力联系，基坑降水先进行减压后进行疏干，降水方案简单，切断基坑外部水系对坑内的补给。弊：全封闭围护结构由于其他地墙设计较深，鉴于国内目前的施工技术及设备现状，施工难度较大，质量难以保证，特别地墙接缝封水难以保证。2、大型盾构的始发与接收关键技术3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术盾尾刷更换示意图拆除管片826环3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术注浆封堵特殊管片3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.1南京扬子江隧道北线隧道江底注浆法加固更换盾尾刷技术3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

南京扬子江隧道南线盾构第二次更换盾尾刷在掘进780环时发生盾尾击穿后，采用洞内砂袋压载，与棉絮封堵方式，后部采用压聚氨酯和双液浆，分别在779、778、777环压注聚氨酯，776-772环压注双液浆，最终完成盾尾击穿的封堵。液氮冻结方案和冻结检测方案均选择具有相应设计和施工资质的专业单位完成，检测单位也具有多年的冻结检测经验，液氮冻结风险很大，主要是特殊超低温的专业施工，对整个过程中人员管理相当严格，最终工程方案得到圆满实施，未发生险情。3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

环向间距0.8m，插入土体0.8m，设置单排冻结孔3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

778环管片液氮冻结孔位分布图3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

隧道部位地层组成3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

中国交通报２０１５年７月３日８版3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

液氮积极冻结3、江底高水压复合地层盾尾刷更换技术3.2南京扬子江隧道南线线隧道江底液氮冻结法加固更换盾尾刷技术

冻结施工现场4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业4.1南京地铁3号线过江大型盾构隧道盾构刀盘修复技术南京地铁过江3号隧道盾构机，直径11.76m，隧道穿越长江。事故经过：在长距离掘进卵砾石地层中，发生刀盘外圈磨损30~50cm的严重事

故，外圈刀具全部损毁，事故造成工期和经济损失巨大。事故处理方案：事故采用带压江底修复技术，先后由国外北海公司、上海打捞

局和一航局联合作业，修复时间达7个月。事故教训：事故由于操作和管理原因占主要问题，刀盘刀具磨损检测装置失效

的原因所致。

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

地面进行损坏刀盘部位模具加工4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业4.2南京扬子江隧道刀盘沟槽分析与修复南京扬子江隧道刀盘，在换刀恢复掘进时发现阻力和扭矩较大，开仓检查发现刀盘出现沟槽磨损，宽度大约30cm，深度2-6cm不等。原因可能是滚刀掉落磨损或其他物品磨损。刀盘沟槽平面示意图4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业作业人员量测沟槽4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业沟槽两端加焊刮刀修复4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业4.3南京地铁4号线某盾构区间盾构刀盘刀具损毁修复南京地铁4号线某盾构区间隧道掘进距贯通仅80多米，盾构穿越岩石复合地层仍有20多米，施工单位认为盾构可以完成穿越，但掘进发生异常，未引起重视，仍坚持掘进造成严重事故，开仓检查结果入下：1.刀具磨损情况

1-14#滚刀部分脱落或磨损严重；15#-18#正面滚刀偏磨；21#-30#正面滚刀正常磨损20mm左右。检查切刀40把，部分切刀磨损量在2/3左右；12把切刀磨损量在1/3左右；15把切刀完好。检查16把边缘刮刀，其中4把边缘刮刀合金部分磨损2/3左右，12把边缘刮刀合金部分少量磨损。2.刀盘检查情况刀盘磨损范围以1-3#双联滚刀为中心，2650mm直径的圆形区域。刀盘磨损最宽部位为25cm。4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业事件过程——进仓检查情况刀盘磨损区域示意图刀盘磨损宽度示意图4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业1.方案确定经过三次刀盘修复专题会议，采取首先地表加固土体稳定地层，然后在盾构机切口处开挖竖井对刀盘进行修复的方案。袖阀管注浆加固注浆范围为盾体左右两侧各1.0m，刀盘前方3.0m,刀盘后方2.0m；布孔间距不大于1.5m,布孔深度为刀盘上方0.5m-1.5m，刀盘前方入岩0.3米。后又在此次注浆的基础上进行二次加密注浆，两次共计注水泥浆86m3，水玻璃13m3。注浆范围及布置见下图。4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业竖井与盾构机正视图竖井及盾构机剖面图4、盾构高压状态下刀盘修复与动火作业

4.根据专家会制定后续300环掘进方案，掘进过程顺利，盾构顺利贯通出洞后，未发现刀盘有焊缝脱落、刀盘磨损、结构变形等现象，盾构机及其刀盘状态良好。5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.1大型盾构的常压换刀5.1.1岩石稳定地层直接开仓：国内尚无案例。5.1.2常压开仓换刀：更换刀具作业需具备安全的作业条件，南京长江隧道，南京扬子江隧道、过江地铁盾构等大型泥水复合盾构的可更换切削刀，均采用常压换刀作业，作业在幅条仓内完成，常压作业大部分有国内盾构人员完成。5.1.3南京长江隧道，武汉地铁8号线等中铁14局成工完成切削刀和滚刀的常压刀具更换。

5、大型泥水盾构江中换刀技术

常压换刀5、大型泥水盾构江中换刀技术

常压换刀5、大型泥水盾构江中换刀技术

常压换刀舱内气体检测5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.2大型泥水盾构的带压开仓换刀5.2.1带压进舱原理：将盾构机泥水舱内的部分泥浆置换为压缩空气，通过压缩空气支撑开挖面，作业人员在泥水舱内的压缩空气环境下，进行换刀作业。5.2.2进仓作业分类：根据作业人员呼吸气体的不同，可分为常规压缩空气带压进舱和饱合潜水带压进舱。饱和作业是人员呼吸氦氧饱和气体，人体组织达到饱和状态，人员呼吸饱和气体，实现人员带压进仓作业。5.2.3

常规压缩空气带压进舱呼吸空气，饱合潜水带压进舱呼吸氦氧饱合气体，饱合潜水进舱并非真正潜水作业，饱和的定义起源于海军潜水作业。5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.3带压作业的分类进舱作业方案空气支护开挖面带压进舱作业泥浆中潜水带压进舱作业压缩空气作业饱和潜水作业优点前期准备工作简单，除了人力成本外其它成本低。作业效率高，人员安全有保障。能适应所有的施工地层缺点工作效率较低，压力疾病风险大。前期准备工作复杂，人力及物资成本较高。作业效率低，人员在泥浆中作业的未知风险较高。作业效率平均3-4个作业班次更换一把19英寸双刃滚刀。平均每个作业班次可以更换3-4把19英寸双刃滚刀。平均4-6天更换一把19英寸双刃滚刀。适用范围作业压力小于6.0bar，且作业工作量较小。作业压力高于6.0bar，作业工作量较大、周期长。无法实现空气支护开挖面作业，且作业工作量小。带压进仓作业方案分类5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.4大型泥水盾构的常规压缩空气开仓作业渗透带泥膜的建膜速度快，对泥浆指标变化的敏感度低，适用于盾构掘进中开挖面的动态支护，缺点是泥浆滤量大。泥皮型泥膜的建膜速度慢，密封性好，对泥浆指标变化的敏感度高，泥浆滤失量小，一般用于开挖面的静态支护，缺点是失水易开裂和剥落。渗透带泥膜+泥皮型泥膜=复合型泥膜（良好的气密性，较长的寿命）5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.4大型泥水盾构的常规压缩空气开仓作业常规压缩空气带压进舱作业流程5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.5大型泥水盾构的饱合带压进舱作业饱合潜水带压进舱作业流程5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.5.1饱和气体带压换刀作业技术

南京扬子江隧道，在国内首例实现了氦氧饱和气体带压换刀作业，南京扬子江隧道建设指挥部针对两台大型泥水盾构在长距离复合地层和岩石地层掘进，带压换刀次数多、换刀频繁、换刀工作量大等情况，而常规带压换刀作业效率低，工程工期要求进的问题，与国外合作研发成功使用氦氧饱和气体带压作业工法，并获得成功，这种换刀作业效率高，每天可分3-4个班次进行连续作业，每班作业人员可连续工作4小时，减少了人员增压和减压的时间（人在饱和仓活），人员可以连续工作20天，取代了常规带压作业，作业效率高，每小班最高可更换滚刀3-4把，极大的提高了换刀功效，为纬三路盾构掘进穿越岩层创造了条件。工效比常规带压换刀提高8-10倍，但由于专用设备、作业人员和氦氧气体等用量较大，成本费用较高，但也极大的提高了换刀工作效率。5、大型泥水盾构江中换刀技术中国交通报２０１５年７月３日８版5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术5、大型泥水盾构江中换刀技术

饱和带压换刀生活舱5、大型泥水盾构江中换刀技术

饱和带压换刀生命保障与环境控制系统5、大型泥水盾构江中换刀技术

饱和带压换刀生活舱控制室5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.6泥浆潜水带压进舱作业流程泥浆潜水带压进舱作业流程5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.6泥浆潜水带压进舱作业泥浆潜水带压进舱作业，工作人员在高压环境下潜入泥浆内盲视工作，是带压换刀作业中最危险、工作效率最低的一种换刀作业方式；只有在开挖面无法形成气密性泥膜的条件下，才选择使用泥浆潜水带压进舱作业方式；泥浆潜水带压进舱作业是一种在带压换刀抢险作业方式，多应用于带压换刀开挖面坍塌后的事故处理。南京扬子江隧道北线用了8天时间更换2把滚刀，国内第一次。5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.6泥浆潜水带压进舱作业实例南京纬三路过江通道工程N线盾构机第三轮带压换刀期间，由于泥水舱内修复正面刀盘，在开挖面上开挖作业空间操作不当，导致隧道开挖面坍塌。经过近一个月的高浓度、高比重、高填充物泥浆压浆仍无法实现空气支护开挖面，换刀作业停滞。在多次尝试重建开挖面泥膜失败之后，决定进行直接潜水带压换刀作业，这是国内首次在高水压条件下实施泥水盾构泥浆中潜水带压换刀作业。潜水换刀作业持续18天，完成关键位置2把滚刀的更换。随后，盾构机紧急恢复掘进，穿过不稳定区域后，停机继续实施空气支护开挖面带压进舱作业。5、大型泥水盾构江中换刀技术

5.6泥浆潜水带压进舱作业实例泥浆潜水带压进舱作业5、大型泥水盾构江中换刀技术1）泥浆潜水带压进舱作业，工作人员在高压环境下潜入泥浆内盲视工作，是带压换刀作业中最危险、工作效率最低的一种换刀作业方式；2）只有在开挖面无法形成气密性泥膜的条件下，才选择使用泥浆潜水带压进舱作业方式；3）泥浆潜水带压进舱作业是一种在带压换刀抢险作业方式，多应用于带压换刀开挖面坍塌后的事故处理。泥浆潜水作业换刀讨论6、盾构主驱动密封失效与更换

6.1南京地铁大型过江泥水盾构主驱动密封失效事故发生过程：

南京地铁过江隧道3号线过江隧道盾构始发完成后，在掘进20天30环左右时，盾构组驱动密封在2.5-3.0bar压力时，主驱动密封发生油脂泄漏现象，导致密封失效，不敢掘进和后续施工，被迫停机进行处理更换密封。事故处理过程：

始发端具备地面加固条件，专家论证采用MJS双高压旋喷桩进行地面加固，盾构机推到加固区，实行常压开仓更换主驱动密封，打开压板清理干净密封重新更换密封系统，由盾构厂家人员完成，处理时间4个月，费用昂贵。事故教训:一起严重的设备采购组装质量事件，事故责任由设备生产厂家未检验出厂，质量检验不完善，应当承担主要责任；加强出厂检验与现场组装验收。6、盾构主驱动密封失效与更换

6.２南京地铁4号线某盾构区间盾构区间右线S-673盾构更换主驱动密封

故障及处理

2014.4.4晚S-673主驱动齿轮油监测报警。经检查发现齿轮油进水乳化，齿轮油滤芯堵塞。发现故障后项目部迅速进行排查，并邀请盾构生产厂家海瑞克公司的技术人员及其它专家到场检查。经一系列现场检查并结合油样分析报告，确认引起齿轮油进水的原因为主驱动外密封损坏渗漏，应对主驱动外密封进行更换。

主驱动外密封更换准备工作在密封更换期间，开挖掌子面要非常稳定，目前常压开仓检查掌子面为全断面岩层，具备更换密封条件。在开仓加固刀盘之前通过盾体径向孔注聚氨酯，并在后方管片通过吊装孔注双液浆，确保切断管片盾构后方的水进入土仓。刀盘和压紧环需用高压水枪进行清洁，以避免密封更换期间的污染。密封更换前将压紧环螺栓孔内的硅胶清除干净。7、过江隧道盾构“冒顶”与脱困处理

7.1南京长江隧道盾构掘进轻度“冒顶”处理南京长江隧道在盾构换刀后恢复掘进时，由于外方人员操作失误，发生轻度“冒顶”事件，当时送泥水量为1350方/小时，全部流失，排泥管道不发生排泥循环，产生轻度“冒顶”事件现象。处理措施：继续保持送泥水推进，适度降低泥水掘进压力，稳步平稳推进，尽可能保证泥水循环，防止掌子面和拱顶坍塌，避免盾构机淹埋被困事故。事故经验：轻微冒顶不可怕，降压保持泥水循环，数环即可恢复正常。南京扬子江隧道带压换刀期间发生一起严重的冒顶事故，处理两个月。7、过江隧道盾构“冒顶”与脱困处理

7.2南京扬子江隧道盾构带压换刀区间，掌子面坍塌、漏气“冒顶”事件处理2013年2月3日上午，盾构机位置江面出现气泡，2013年2月18日长江委长江下游水文水资源勘测局采用多波速测深仪进行该区域水下地形测量，测图显示形成漏斗状深坑，冲刷坑呈近似圆形，最大冲刷深度达到8m。冲刷深度3m范围达到30m×27m，冲刷厚度超过1m的范围达到45m×37m。2013年2月上海航道局有限公司达华测绘公司采用多波速测深仪和旁扫声纳系统对该区域再次进行水下地形测量和河床地形地貌影像扫测，测量成果显示深坑最深处河床底高程为-37.4米，最大冲刷深度约9m左右。通过影像图可清晰看到深坑位于北岸坡脚处，呈漏斗状。7、过江隧道盾构“冒顶”与脱困处理

盾构“冒顶”平面位置图7、过江隧道盾构“冒顶”与脱困处理盾构“冒顶”产生深坑影像图8、大型隧道盾构施工型事故案例

8.1江苏某电厂长江取水隧道透水事故分析与处理江苏某电厂长江取水隧道掘进施工中，2011年4月28日凌晨，在进行最后一环（1048环）推进时，在已施工完成的1030环与1031环缝隙间（进入长江约852m处），因⑤层土蕴含的沼气喷溢引起含水层承压水携带流沙涌入，隧道管片缝隙出现流沙突涌险情，隧道突涌流沙也使相距16.8m的另一条隧道出现一定的变形，最大沉降量达2.5cm。为了防止险情的进一步扩大，在应急堵漏（压重、注聚氨酯、注双液浆）无效的情况下，向隧道内注水平衡压力，注水水位标高与长江水位基本一致。处理方案：首先采取隧道末端垂直冻结封堵、降水措施降低隧道底部承压水和释放沼气，深井与江底隧道对接、永久封堵墙部位的隧道间钢管注浆加固及隧道修复加固等技术。——8、大型隧道盾构施工型事故案例

8.1江苏某电厂长江取水隧道透水事故分析与处理8、大型隧道盾构施工型事故案例

8.1江苏某电厂长江取水隧道透水事故分析与处理8、大型隧道盾构施工型事故案例

8.1江苏某电厂长江取水隧道透水事故分析与处理8、大型隧道盾构施工型事故案例

8.2盾构隧道内交通运输安全2015年，某大型隧道在施工过程中，也曾发生隧道内的交通安全事故，车辆严重受损报废，幸免无人员伤亡。

一前言二大型泥水复合盾构施工关键技术三大型泥水复合盾构技术管理目录

CONTENTS三、大型泥水复合盾构技术管理

1盾构施工应重示地质勘察报告的研究和水文地质条件的认识

现行的勘察设计模式：大院做总体设计，勘察委托省、市地方的勘察院来做，而省、市勘察单位又有可能再委托小分包队伍来做，这样带来勘察资料的真实性和准确性有待提高。跨海过江隧道的勘察需向地方的海事部门申请勘察时间，而在规定的时间内必须完成相应的勘察任务，这样造成部分勘察过于粗糙。盾构机的设计必须适应地层要求，对特大型项目进行地质补勘是必要的。实践表明，管理盾构隧道施工，大多均由对地质条件认识不足，盾构刀盘刀具设置不合理导致。三、大型泥水复合盾构技术管理

2、关于隧道轴线设计的思考隧道轴线的设计对盾构隧道特别是复合地层的盾构施工意义重大，对工程的质量、安全、风险和造价及工期影响巨大，施工企业应该懂得一些设计知识，加强与设计的沟通，在满足设计的要求下尽量有利于施工。隧道坡度、缓曲线和平面曲线的设计，如何做到有利于施工，对后期掘进影响很大，特别是对超长复合盾构隧道的岩石段