盾构隧道建设风险分析与控制课件

盾构隧道建设风险分析与控制

中铁隧道集团有限公司潘明亮

中国-上海

2015--10

盾构隧道建设风险分析与控制

中铁隧道集团有限公司潘明1提纲一、盾构隧道建设中的风险认知二、典型风险案例分析与处置三、风险事故管控原则四、总结与展望提纲一、盾构隧道建设中的风险认知2一、盾构隧道建设中的风险认知一、盾构隧道建设中的风险认知3当前国内地铁盾构类型土压平衡盾构泥水平衡盾构双模式盾构顶管机TBM当前国内地铁盾构类型土压平衡盾构泥水平衡盾构双模式盾构4盾构的概念

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念盾构，是一种具有金属外壳，壳内装有整机及5盾构的概念盾构是集机、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念盾构是集机、电、液、气为一体，具有掘进、6盾构的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。盾构的概念盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴7盾构法主要施工程序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、盾构进入接井7、接收井洞口土体加固3、出洞口土体加固盾构法主要施工程序1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位48隧道盾构掘进示意图开挖衬砌出土运输隧道盾构掘进示意图开挖衬砌出土运输9

盾构法施工具有施工安全快速、对周边环境及交通影响小等优点，在城市地铁、道路修建中得到了广泛应用。然而，地铁盾构隧道建设事故时有发生，对盾构工程施工风险的认知和风险控制技术有待进一步提高。1、盾构隧道建设风险盾构法施工具有施工安全快速、对周边环境及交通影响小等优点102、盾构隧道建设风险发生机理风险认知风险后果风险管控2、盾构隧道建设风险发生机理风险认知风险后果风险管控113、盾构隧道建设风险因素

盾构隧道施工风险的原因可分为环境因素、人为因素和盾构机因素。地铁盾构施工风险环境因素人为因素施工设备3、盾构隧道建设风险因素盾构隧道施工风险的原124、盾构隧道建设风险分类盾构隧道施工风险可分为管理风险、人工风险、技术与材料风险、设备风险、社会环境风险和自然环境风险六类。

技术与材料刀具更换4、盾构隧道建设风险分类盾构隧道施工风险可分13（1）地质与盾构选型匹配性风险（2）盾构组装与调试及拆吊风险（3）盾构始发与到达、过站、平移作业风险（4）盾构上、下穿建(构)筑物风险（5）特殊地层段盾构施工风险（孤石、上软下硬地层、富水砂层、高粘性土层、矿山法隧道盾构空推段等等）（6）盾构机下穿江河水体风险（7）盾构掘进遇障碍物施工风险（8）盾构开仓作业风险盾构施工的风险主要有：（1）地质与盾构选型匹配性风险盾构施工的风险主要有：14（1）地质与盾构选型风险盾构机的选型应依据地质条件；地质条件及开挖面稳定性能；隧道埋深、地下水位；隧道设计断面、路线、线性、坡度；环境条件、沿线场地；管片衬砌类型；工期造价等。所以如果盾构机选型失误，对地质条件不适应，是盾构施工最大的风险。（1）地质与盾构选型风险盾构机的选型应依据地质条件；地质条件15盾构机选型原则：综合考虑工程地质条件和水文地质条件，确保盾构设备与地层的适应性，同时确保盾构管片结构自身安全。考虑隧道区间平、纵断面设计，确保盾构满足设计线路要求。重点考虑施工环境条件和相关风险工程及地表变形控制标准，确保环境风险工程安全。盾构机选型原则：综合考虑工程地质条件和水文地质条件，确保盾构161开挖面2刀盘3土舱4主轴承5推进千斤顶6螺旋输送机7管片拼装器8管片12345678土压平衡盾构机1开挖面12345678土压平衡盾构机17土压平衡盾构机工作原理水压+土压=土仓压力土压平衡盾构机工作原理18泥水平衡盾构机工作原理水压力+土压力=切口水压泥水平衡盾构机工作原理19主机1.盾构主机由刀盘、前盾、中盾和盾尾等四部分组成，且具备足够的强度和刚度。2.土舱内土压传感器不少于5个，且应该按上、中、下不同区位布置在土舱隔板内（泥水盾构泥水仓压力传感器3个，气垫仓压力传感器2个）。3.刀盘面板和土舱内土体改良剂注入口均不少于4个，且应合理分散布置在刀盘面板和土舱隔板上的相应位置（泥水盾构无土体改良注入口，在泥水管道上有2路膨润土注入口）。4.主机长度及其铰接设计应满足隧道设计最小转弯半径的要求，且应满足线路半径为200m曲线的要求，特殊情况下应满足线路半径为150m曲线的要求（泥水盾构无铰接）。5.盾尾至少具备三道密封刷构成两道油脂密封腔且能够承受土压、水压及同步注浆产生的压力，不低于0.5MPa。6.每道盾尾密封舱密封油脂注入口不少于6个，且应能监测到每个注入口油脂注入压力，及总油脂注入量。选型技术要求主机选型技术要求20刀盘1.刀盘开口率应根据开挖地层的特点来确定，以保证渣土顺利进入土舱内，适应快速掘进和建立土压的要求。2.刀盘上刀具布置应充分考虑地质条件并具有一定高差，层次感强，且为满足正反方向旋转的要求，对于磨蚀性较强的砂卵石地层和砂层，刀具应增加耐磨性。3.刀盘前方土体改良剂注入口不少于4个，应合理分散布置，且刀盘中心须至少设置一个注入口。4.配备扭矩应根据开挖地层的特点来确定，对于砂卵石地层，直径为6280mm刀盘额定扭矩不低于5000kN•m，脱困扭矩不低于6500kN•m。5.刀盘背面应设置搅拌棒，通过刀盘的旋转带动搅拌棒对渣土进行搅拌改良。6.应充分考虑地层对刀盘的磨蚀性（尤其是砂卵石地层和砂层），刀盘正面及侧面应具有足够的耐磨性。选型技术要求刀盘选型技术要求21带滚刀复合式面板式刀盘带滚刀复合式面板式刀盘22推进系统1.推进系统提供的最大推力应根据地层条件和管片强度综合考虑，应能克服盾构推进过程中所遇到的最大阻力。2.推进油缸行程应根据管片的环宽和K块管片插入的长度来综合确定。3.推进系统提供的最大推进速度达80mm/min。4.推进油缸撑靴在与管片接触时能保证推力缓和均匀地作用在管片上，并保证密封止水橡胶条的完好。选型技术要求推进系统选型技术要求23盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件24（2）盾构运输、组装、调试与拆吊风险

盾构机进、出场的运输,盾构吊装调试现场作业，主要风险有超重超宽超高风险，对地上地下管线及结构物细致调查保护风险，大型起重吊装风险，超大型设备协调配合调试风险等等。（2）盾构运输、组装、调试与拆吊风险盾构机进25盾构始发(出洞)阶段

盾构始发三大钢结构件:1.洞门钢环2.始发接收托架3.反力架盾构始发(出洞)阶段盾构始发三大钢结构件:1.洞门钢环261、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27（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到达是盾构施工中风险较大的环节之一，极易发生安全质量事故。（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28（3）盾构始发与到达、过站及平移风险（3）盾构始发与到达、过站及平移风险29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始发与到达、过站及平移风险原因30安全风险分析端头加固质量不能满足施工需要1.端头加固工法选择不合理（旋喷桩、搅拌桩、袖阀管、冷冻法）2.端头加固范围不够。主要体现在加固长度、深度上。3.端头加固质量未能达到设计要求。①加固体本身强度不够，难以满足抗滑移或剪切的要求。②加固体不连续，局部出现渗漏。③加固节点处理不好，特别是围护结构与加固体之间的间隙处理、不同工法之间的界面处理。安全风险分析端头加固质量不能满足施工需要31安全风险分析洞门密封渗漏（1）洞门密封钢环脱落或开裂，造成密封失效。（2）洞门帘布橡胶板开裂或未拉紧造成密封失效。（3）盾构机始发姿态偏差过大造成密封失效。为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由帘布橡胶、压板、垫片、螺栓和钢丝绳等组成。锁紧用钢丝绳扇形压板安全风险分析洞门密封渗漏锁紧用钢丝绳扇形压板32安全风险分析反力架加固不能提供足够的反力，造成反力架失稳（1）反力架结构强度不够（2）反力架加固不牢固。（3）始发台加固不牢固，未做好有效的防扭和抗浮措施。安全风险分析反力架加固不能提供足够的反力，造成反力架失稳33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应对端头加固效果进行检验；盾构始发（或到达）施34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始发施工对策盾构始发施工过程中35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36运营地铁隧道、越江公路隧道及立交桥、高速铁路、房屋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扰动，从而引起较大的地层损失率，导致被穿越的重要建造物产生过大不均匀的变形，严重威胁人民生命财产，对社会产生较严重的后果。（4）盾构上、下穿建筑物风险运营地铁隧道、越江公路隧道及立交桥、高速铁路、房屋等重要构筑37（4）盾构上、下穿建筑物风险既有运营线事故（4）盾构上、下穿建筑物风险既有运营线事故38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。安全风险分析安全风险分析39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。施工对策施工对策40（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软硬不均地层不良地质41盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件42（5）特殊地段盾构施工风险（5）特殊地段盾构施工风险43

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磨损破坏严重地层上软下硬，软硬不均现象明显，在这类地层中掘进效44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45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46

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的孤石螺机断裂搅拌棒压弯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47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48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49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。砂层风险易形成喷涌，导致地面塌方、建（构）筑物开裂损坏砂层风险50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51

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52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53（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（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54卵石层施工风险极端情况：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。卵石层施工风险极端情况：长沙地铁二号线浅埋过砂卵石地层，地面55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。施工对策盾构刀盘面板和刀具布置图未使用的螺旋输送机耐磨块情况砂卵石地层施工防止螺旋输送机卡死和固结泥饼的措施：施工对策盾56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57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。施工对策降低砂卵石对设备的磨损的措施：施工对策58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。施工对策砂卵石层开仓换刀安全技术措施：施工对策59

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带埋岩体破碎、断裂破碎带两边泥岩性差异大，而且60断裂破碎段施工风险图8-2硅化角砾岩岩块断裂破碎段施工风险图8-2硅化角砾岩岩块61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62过矿山法空推段施工风险主要为矿山法施工断面侵限，未及时断面测量，导致盾构通过时卡盾，在空推段容易造成盾构抬头、推力突然增大、姿态突变、管片错台、上浮及渗漏等过矿山法空推段施工风险主要为矿山法施工断面侵限，未及时断面测631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1易产生冒顶通透水流穿越江河施工风险（6）盾构开仓施工下穿64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。施工对策施工对策65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。施工对策提前做详细的地质补勘，对发现的障碍物提前进行处理。施工对策66（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍物施工风险

由于地下工程地质条件的复杂性以及地质勘探的局限性，隧道穿越的地层不可能一一查明，盾构推进工作面前方可能会出现各类障碍物，如废弃钢筋混凝土桩、旧桥台、人防工事、降水井等，造成盾构机较大破损甚至无法正常推进。（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍物施工风险由于地下工67（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍物施工风险（7）盾构遇障碍物施工风险遇障碍物施工风险68（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（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692008年4月15日广州地铁六号线开仓作业过程气体爆燃事故及气体监测。2008年4月15日广州地铁六号线开仓作业过程气体爆燃事故及70深圳地铁开仓作业过程中仓内掌子面坍塌。深圳地铁开仓作业过程中仓内掌子面坍塌。712015年6月26日

，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。2015年6月26日

，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。72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73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74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75应急柴油空压机和氧气仓掌子面地质情况勘察仓内气体检测掌子面制作的泥膜应急柴油空压机和氧气仓掌子面地质情况勘察仓内气体检测掌子面制76盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件77风险事故情况

某地铁盾构隧道建设过程中发生了两起险情。两事故均是在高水压粉土粉砂地质条件下，一起是盾构接收到达时水土进入工作井内，另一起是在盾构接收后洞门密封失效，管片外侧水土进入工作井内，好在都没有造成人员伤亡。属于盾构建设过程中高风险的盾构接收阶段风险，具有一定的典型性。风险事故情况某地铁盾构隧道建设过程中发生了两起险情。两事故78（一）案例1该区间长度只有约380m，最小平曲线半径800m，埋深11~14m,但右线隧道位于河床底部。概况（一）案例1该区间长度只有约380m，最小平曲线半径800m791、概况1、概况80地铁右线隧道位于河床下，距离河床约8m1、概况地铁右线隧道位于河床下，距离河床约8m1、概况81透水时盾构位置，距离连续墙约1.2m，离成功只一步之遥。1、概况透水时盾构位置，距离连续墙约1.2m，离成功只一步之遥。1、822、事故发生前采取的措施盾构进洞采取的安全措施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）2、事故发生前采取的措施盾构进洞采取的安全措施1、端头井与标83在端头井设置1道500mm厚砼隔墙隔墙使盾构接收井都变成密闭空间2、事故发生前采取的措施在端头井设置1道500mm厚砼隔墙隔墙使盾构接收井都变成密闭84安全气囊通过充气方法使其膨胀，使气囊填满整个盾体与钢环间的断面，堵住漏水，从而达到无渗水的目的。2、事故发生前采取的措施安全气囊通过充气方法使其膨胀，使气囊填满整个盾体与钢环间85外圈冷冻加固长度11.4m（土体长度），外圈帷幕厚度1.6m，内圈冷冻加固长度2.5m（土体长度）。11.4m2.5m1.6m2、事故发生前采取的措施外圈冷冻加固长度11.4m（土体长度），外圈帷幕厚度1.6m86洞门圈外冻结孔增长1m，确保303环、304环注浆孔在盾尾与冷冻加固之间，保证冷冻“杯口”处环箍质量，阻断涌水涌砂通道。2、事故发生前采取的措施洞门圈外冻结孔增长1m，确保303环、304环注浆孔在盾尾87围堰平面图2、事故发生前采取的措施围堰平面图2、事故发生前采取的措施88水平注浆加强止水水平注浆孔2、事故发生前采取的措施水平注浆加强止水水平注浆孔2、事故发生前采取的措施893、事故经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///

拔除内圈冻结管后，盾构开始恢复掘进。304环掘进约18cm时螺旋机出现喷涌，土压力升高。随即采取防喷涌措施，同时在盾尾300～303环继续进行双液浆环箍，并利用尾盾和前盾的12个径向注浆孔注聚氨酯环箍（约80方双液浆和1.2T聚氨酯）。3、事故经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90双液浆和聚氨酯环箍施工3、事故经过双液浆和聚氨酯环箍施工3、事故经过91上述险情处置后经对冻结体分析评估，盾构进洞及维护冻结期间，通过对冻结体测温孔、去回盐水温度数据分析，土体温度处于稳定下降的态势，冻结壁应是完好的，对双液浆和聚氨酯环箍进行全面排查，未发现有渗流水沙现象。但还是按专家意见组织了对洞门进行混凝土回筑，混凝土浇筑约2m时，洞门出现漏水，此后约4小时后发生河水倒灌险情。

3、事故经过上述险情处置后经对冻结体分析评估，盾构进洞及维护冻结92分析表明：该盾构接收措施是完备合适的，该处经过多次反复施工，存在大量抛石、建筑垃圾，地质情况极其复杂，对冷冻及注浆效果存在不利影响，盾构上部可能存在地下不明渗漏水通道。

同时回筑混凝土慢了点，且未见及时启动降水措施。4、事故原因分析分析表明：该盾构接收措施是完备合适的，该处经过多次反935、事故处置

险情发生后，及时启动应急抢险措施，在泥水中盾构恢复推进，及时进入接收井，避免了盾构机下沉、成形隧道大幅变形破坏的风险。地面采取的主要措施：1、对盾构机前方地质进行了钻探取样和雷达物理探测；2、在地面塌陷部位进行土方回填；3、对地面河床下注浆加固；4、对盾构端头井隔墙进行加固；5、对新塘河导流管施工。

隧道内采取的主要措施：1、盾尾后部30环管