盾构施工风险及质量控制措施-2

盾构施工风险及典型事故案例广州市盾建地下工程有限公司张良辉提

纲：一、盾构施工概述1、盾构的概念及历史2、盾构分类3、机械盾构结构及工作原理4、盾构施工工序二、盾构施工过程中的风险、典型案例及应对措施1、盾构始发9、进仓作业15、水平运输2、盾构到达10、盾构通过重要建筑物、16、垂直运输3、不均匀地层掘进构筑物、铁路、障碍物及17、管片安装4、粘性土层掘进江河湖海底施工18、火灾5、软弱地层掘进11、盾构机械故障19、水淹6、全断面硬岩掘进12、测量错误20、盾构吊装7、土洞、溶洞地层掘进13、盾构空推过矿山法21、高耸设备8、其它特殊地层掘进14、联络通道施工*2一、盾构施工概述*31、盾构的概念及历史盾构的概念盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下开挖隧道的一种施工方法。盾构（shield

）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工概述*4盾构的概念盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖

出的土体由竖井通道送出地面。按盾构断面形状不同可将其分为：单圆盾构、双园盾构，矩形盾构等。圆形因其抵抗地层中的土压

力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，

因而应用较为广泛。1、盾构的概念及历史盾构施工概述*5盾构的历史1806年Brunel发明盾构原理并申报专利；1818年Brunel发明类似土压平衡概念的螺旋盾构；1825年Brunel利用一台方形盾构开凿英国

Thames河底隧道直到1843年才完成，经历了5次严重突水事故；1828年Callodan提出过采用气压，未被采纳；1869年Greathead在Thames河下建了一条圆形隧道，首次采用铸铁管片衬砌，很顺利；1874年第一台泥水盾构；1806年布鲁诺尔注册专利的盾构第一台泥水盾构（格瑞海德泥浆盾构，1874年专利）盾构施工概述*61、盾构的概念及历史盾构的历史1876年第一台机械盾构诞生；1886年伦敦地下铁第一次采用气压盾构；1896年电动机械盾构；1963年第一台土压平衡盾构在日本出现，主要因为泥水和气压盾构对环境和人员健康、安全有害。1876年第一台盾构机(英国John

Dickinson

Brunton和GeorgeBrunton)1963年第一台土压平衡盾构1、盾构的概念及历史盾构施工概述*72、盾构分类盾构施工概述*8按开挖方式不同可将盾构分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种；按盾构前部构造不同可将盾构分为：敞胸式和闭胸式2种；按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式，局部气压盾构，全气压盾构等。3、机械盾构结构及工作原理刀盘盾构施工概述*9壳体主轴承刀盘：用来切削岩土，装有各类刀具；壳体：包括前体、中体和后体；前仓壁及主轴承：前者为隔断水土的密封板，后者为刀盘和驱动马达之间连接轴承；驱动马达：驱动刀盘转动的动力；推进千斤顶和铰接千斤顶：盾构前进和转向系统；驱动马达盾构施工概述*10推进千斤顶3、机械盾构结构及工作原理·

排渣系统：泥水管道或螺旋机、皮带机；泥水管道排渣系统螺旋机、皮带机排渣系统3、机械盾构结构及工作原理盾构施工概述*11·

注浆系统：管片背后充填注浆；3、机械盾构结构及工作原理盾构施工概述*12前仓注入系统：改善土体；盾构机油脂注入系统：机器运转必须，防水必须；管片输送和安装系统：隧道结构形成；压气系统，及气压仓：各种注入泵都需要压气，不稳定地层需要气压仓；气压仓管片安装器3、机械盾构结构及工作原理盾构施工概述*13电气系统；液压系统；冷却系统；通风系统；测量导向系统；后续台车。后续台车测量导向系统3、机械盾构结构及工作原理盾构施工概述*14盾构工作原理（EPB

SHIELD）盾构施工概述*15盾构工作原理（MIX

SHIELD）盾构施工概述*164、盾构施工工序盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进再次始发到达终点站盾构机解体外运设备调整始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架到达车站过

站再次就位调试盾构始发井车站施工盾构吊出井端头加固盾构施工概述*17*二、盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施181、盾构始发始发端头洞门漏水（1）端头加固加固质量不好导致无法破洞门，端头坍塌，洞门漏水漏砂，密封环板撕开，人员伤亡等；端头加固设计采用正确的加固方法和施工质量的确保可以避免事

故发生。案例：广州市轨道交通三号线、北延线；珠江新城APM线。人员伤完端头加固原理示意图盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施192、盾构到达洞门出现漏水、漏砂端头加固砂层中尤其是粉细砂加固质量问题会导致灾难性后果。案例：南京地铁某项目；西气东输武汉过江隧道。盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施20盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施21盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施22刀盘外圈变形区域刀盘外圈拉裂情况2＃辐条筋板与内环形板的焊缝拉裂情况盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施23（2）洞门障碍物可能导致刀盘变形。案例：·

广州市轨道交通四号线某工地。2、盾构到达盾构栽头管片接缝拉开，管片错胎，断裂。案例：广州市轨道交通五号线某工地。测量错误无法从预留洞门出来，隧道废除重建。案例：天津地铁某项目。盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施242、盾构到达3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）刀盘磨损前后对比盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施25（1）刀盘变形或损坏案例：·

广州市轨道交通四号线某工地。刀盘损坏维修后出洞时的刀盘盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施26刀具单边磨损3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）（2）刀具更换刀圈断裂轴承损坏刀圈塑性变形盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施27（3）地面及建筑物沉降沉降引起的房屋倾斜盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施283、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）地下水导致喷涌盾构上飘案例：广州市轨道交通三号线北延线；广佛线。盾构下栽案例：广佛线。盾构水平偏移案例：广州市轨道交通三号线北延长线。喷涌带来隧道内大量泥浆3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施294、粘性土层掘进（1）结泥饼盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施305、软弱地层掘进（1）饱和砂层中掘进喷涌案例：盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施31广州市轨道交通三号线；广佛线。喷涌带来隧道内大量泥砂（2）砂层中掘进铰接密封漏砂案例：·

天津地铁某项目。（3）盾尾密封漏砂、漏浆盾尾漏浆（4）螺旋机漏砂案例：·

天津地铁某项目。盾尾漏水盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施325、软弱地层掘进HK_S442_english_short_720p*33（5）软弱地层沉降和隆起路面沉降5、软弱地层掘进盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施34上海地铁四号线事故机头下栽案例：杭州地铁某项目。隧道结构下沉、偏移案例：上海地铁总体下沉；杭州地铁某项目。5、软弱地层掘进盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施35东部未受损:1000m西部未受损700m东封堵墙修复段:274mBoth

east

and

west

bulkhead

were

built

by

using

freezing

method

ascutoff

wall,

after

the

debris

in

the

tunnel

were

removed,

R.C.bulkhead

was

built

to

protect

the

unaffected

tunnels

from

the

cut

andcover

recovery

works.黄浦江西封堵墙STATIONSTATION盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施366、全断面硬岩掘进盾构机滚动案例：广州市轨道交通四号线；广佛线。盾构机卡壳案例：广州市轨道交通三号线；广州市轨道交通三号线北延线；广州市轨道交通二、八号线延长线。盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施37管片错台管片开裂隧道上浮管片错台管片开裂造成的渗漏6、全断面硬岩掘进盾构在全断面硬岩中掘进盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施387、土洞、溶洞地层掘进盾构机栽头喷涌土洞、溶洞地面预处理溶洞盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施398、其他特殊地层：沼气及可燃气体地层，铁板砂地层，卵石地层沼气地层打孔放气，加强通风，防止火灾，设备采用防爆设计。案例：武汉某隧道；西气东输线钱塘江过江隧道。含可燃有毒气体的土层盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施40可燃气体2008年4月15日6时15分广州地铁六号线某在建地铁隧道地下23米爆炸2死5伤。盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施418、其他特殊地层：沼气及可燃气体地层，铁板砂地层，卵石地层8、其他特殊地层：沼气及可燃气体地层，铁板砂地层，卵石地层（2）铁板砂和卵石地层对刀盘磨损较大，盾构选型尤其是刀盘设计和耐磨措施重要。案例：北京地铁某项目；成都地铁。R515mmR1615mm最大磨损深度为100mm刀盘磨损前后对比盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施429、进仓作业（刀具更换、修复刀盘、处理障碍物）坍塌及泥砂突涌案例：深圳地铁某项目高空坠落溺水触电有毒有害气体，窒息案例：广州轨道交通六号线和三号线北延线掘进产生可燃气体盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施43压气作业：工作面坍塌、有毒气体、突然失压、减压病机械系统（刀具更换、刀盘，泥水系统）误操作案例：广深港客运专线南京某过江隧道Hyperbaric

Helmet氧气头盔盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施44Transport

shuttle潜水员传送舱Living

chamber潜水员生活舱9、进仓作业（刀具更换、修复刀盘、处理障碍物）10、盾构通过重要建筑物、构筑物、铁路及障碍物及江河、湖泊、海底施工针对具体问题和地质条件编制专项方案主要风险还是沉降，水下隧道施工容易击穿江底案例：·

广州轨道交通四号线某盾构区间盾构通过水闸前预埋注浆管盾构通过宽约600米的珠江盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施4511、盾构机械故障（1）主轴承齿轮断裂案例：·

广州轨道交通一号线、五号线裂纹盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施46（2）减速箱损坏案例：·

广州轨道交通一号线、五号线11、盾构机械故障盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施47（3）液压马达接反11、盾构机械故障盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施4812、测量错误案例：广州轨道交通二八号线某项目成都地铁某项目天津地铁某项目挖除已施工的盾构隧道盾构掘进姿态监控盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施4913、盾构空推过矿山法隧道盾构空推过矿山法隧道盾构上抬管片止水条无法压紧管片背后充填不密实盾构机翻转隧道上浮盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施5014、联络通道施工砂层中施工花岗岩残积层施工砂层中联络通道设计联络通道二衬施工盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施51上海地铁四号线：风道和旁通道采用冻结法施工旁通道风道风井底板盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施52上海地铁四号线事故盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施5315、水平运输大坡度溜车井口溜车制动失灵连接件断裂脱轨特殊的线型设计案例：·

广州轨道交通六号线海北区间单向坡土斗侧翻电瓶车运输的材料刮倒防水施工架盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施5416、垂直运输防过卷装置失效传动轴断裂案例：·

广州轨道交通二、八号线（3）钢丝绳断裂钢丝绳断裂盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施55龙门吊侧翻龙门吊卷扬机刹车失灵盾构施工各工序风险、典型案例及应对措*施56制动系统失效龙门吊侧翻16、垂直运输17、管片安装