盾构施工风险及质量控制措施

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Page2提纲：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、盾构施工工序一、盾构施工概述二、盾构施工过程中的风险、典型案例及应对措施1、盾构始发2、盾构到达3、不均匀地层掘进4、粘性土层掘进5、软弱地层掘进6、全断面硬岩掘进7、土洞、溶洞地层掘进8、其它特殊地层掘进9、进仓作业10、盾构通过重要建筑物、构筑物、铁路、障碍物及江河湖海底施工11、盾构机械故障12、测量错误13、盾构空推过矿山法14、联络通道施工15、水平运输16、垂直运输17、管片安装18、火灾19、水淹20、盾构吊装21、高耸设备Page3一、盾构施工概述Page4盾构施工概述1、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。Page5盾构施工概述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Page6盾构施工概述盾构的历史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）1、盾构的概念及历史Page7盾构施工概述盾构的历史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JohnDickinsonBrunton和GeorgeBrunton)1963年第一台土压平衡盾构1、盾构的概念及历史Page8盾构施工概述2、盾构分类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。Page9盾构施工概述3、机械盾构结构及工作原理刀盘壳体主轴承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；Page10盾构施工概述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；驱动马达推进千斤顶3、机械盾构结构及工作原理Page11盾构施工概述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Page12盾构施工概述注浆系统：管片背后充填注浆；3、机械盾构结构及工作原理Page13盾构施工概述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Page14盾构施工概述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显示器控制室后视棱镜隧道管片盾构机控制箱电子靶黄盒子激光经纬仪工业电脑3、机械盾构结构及工作原理Page15盾构施工概述盾构工作原理（EPBSHIELD）Page16盾构施工概述盾构工作原理（MIXSHIELD）Page17盾构施工概述4、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到达车站过站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再次就位调试盾构始发井车站施工盾构吊出井端头加固Page18二、盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page19盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施1、盾构始发（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。始发端头洞门漏水案例：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Page20盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施2、盾构到达（1）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。洞门出现漏水、漏砂案例：南京地铁某项目；西气东输武汉过江隧道。1-1-2b12-1b2-32-2b4-3d2-322-5d2-12-3c2-3xf1.802.8015.6016.9025.0030.00图例-111-2b-1b2-32-2b42-3b3-422-3c2-3-3d2-322-4d2-1-5d2-12ZY2010.48孔口标高钻孔编号杂填土素填土（可-软塑）粉质粘土(软塑,局部可塑)粉土(稍密,局部中密)淤泥质粉质粘土(流塑)粉砂(中密,局部密实)淤泥质粉质粘土粉砂粉细砂粘土素填土杂填土水位线地层分界线(虚线为推测部分)砾石粉质粘土粉土淤泥质粉质粘土(流塑)粉细砂(中密,局部为稍密)粉细砂(中密,局部密实)中和村站-元通站区间元通站端头元通站0.53.9014.0021.0028.5037.00-30.11-21.61-14.11-7.112.996.396.8941区间终点里程K4+392.099右线纵断面图Page21盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page22盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page23盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（2）洞门障碍物可能导致刀盘变形。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案例：广州市轨道交通四号线某工地。2、盾构到达Page24盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）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。（4）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。2、盾构到达Page25盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）（1）刀盘变形或损坏刀盘磨损前后对比案例：广州市轨道交通四号线某工地。Page26盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施刀盘损坏维修后出洞时的刀盘Page27盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（2）刀具更换刀具单边磨损3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）刀圈断裂轴承损坏刀圈塑性变形Page28盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）地面及建筑物沉降沉降引起的房屋倾斜3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）Page29盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（4）地下水导致喷涌（5）盾构上飘喷涌带来隧道内大量泥浆（6）盾构下栽案例：广州市轨道交通三号线北延线；广佛线。案例：广佛线。（7）盾构水平偏移案例：广州市轨道交通三号线北延长线。3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）Page30盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施4、粘性土层掘进（1）结泥饼Page31盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施5、软弱地层掘进（1）饱和砂层中掘进喷涌案例：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。Page32盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（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5、软弱地层掘进HK_S442_english_short_720pHK_S442_english_short_720pPage33Page34盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（5）软弱地层沉降和隆起路面沉降5、软弱地层掘进Page35盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（6）机头下栽上海地铁四号线事故案例：杭州地铁某项目。（7）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Page36盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Botheastandwestbulkheadwerebuiltbyusingfreezingmethodascutoffwall,afterthedebrisinthetunnelwereremoved,R.C.bulkheadwasbuilttoprotecttheunaffectedtunnelsfromthecutandcoverrecoveryworks.上行线510环处坝址172754621上行线1400环处坝址约-29.737172175251212SK11+832.0412SK12+106.091SK11+879.6封门-9.88412312212封门-7.376611221东部未受损:1000m西部未受损700m东封堵墙修复段:274m黄浦江西封堵墙STATIONSTATIONPage37盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施6、全断面硬岩掘进（1）盾构机滚动案例：广州市轨道交通四号线；广佛线。（2）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。Page38盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）管片错台（4）管片开裂（5）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Page39盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施7、土洞、溶洞地层掘进（1）盾构机栽头（2）喷涌土洞、溶洞地面预处理溶洞Page40盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施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（1）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可燃气体Page41盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施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。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Page42盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（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。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R515mmR1615mm最大磨损深度为100mm刀盘磨损前后对比Page43盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施9、进仓作业（刀具更换、修复刀盘、处理障碍物）（1）坍塌及泥砂突涌案例：深圳地铁某项目（2）高空坠落（3）溺水（4）触电（5）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Page44盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（6）压气作业：工作面坍塌、有毒气体、突然失压、减压病（7）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HyperbaricHelmet氧气头盔Transportshuttle潜水员传送舱Livingchamber潜水员生活舱9、进仓作业（刀具更换、修复刀盘、处理障碍物