盾构施工风险控制

盾构施工风险控制近年来，国内地铁区间隧道大量采用盾构法施工，盾构技术有了长足进步，但盾构施工事故还是时有发生。在盾构施工中地质是基础，设备是关键，人是根本。避免事故的核心是对风险进行辨识，采取有效措施，阻止或降低风险的发生。一、盾构进出洞风险控制盾构在工作井内始发掘进必须凿出预留洞口的钢筋混凝土后，才能将盾构推入洞口，盾构刀盘转动切削洞口外土体。由于凿出预留洞口的钢筋混凝土需要较长时间，洞口土体暴漏时间过长会引起土体坍塌进入工作井，影响盾构始发；如遇含水饱和的砂性土，极易引起大量水涌入工作机，造成严重的工程事故，延误工期和造成巨大的经济损失。尤其是大直径盾构由于埋设大和洞口面积大，盾构始发的风险更大。需采取以下措施：①从设计上加强端头加固措施，如在端头洞门增加排素混凝土桩，端头加固选用效果较好如三轴搅拌桩的施工方案。②对于富水地层，必须采用降水措施。③对端头加固加固效果进行检测，确保端头加固的整体性和抗渗性满足设计要求。加固体与井壁密封性不能出现缺陷点。二、小曲线半径地段盾构施工风险控制小半径曲线上推进时，土体对盾构和区间的约束力差，盾构轴线较难控制。同时由于曲线半径过小，使得掘进时盾构机向曲线外侧的偏移量增大，对管片拼装造成一定影响。施工中严格控制油缸的分区推力，适时调整盾构姿态，严格控制盾尾间隙。小半径曲线盾构掘进时，要采取以下措施：①盾构测量盾构在小半径曲线段推进时，增加隧道测量的频率，确保盾构测量数据的准确性。通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。在施工时实施跟踪测量，确保盾构机良好的姿态。由于隧道转弯曲率半径小，隧道内的通视条件相对较差，需多次设置新的测量点和后视点。在设置新的测量点后，严格加以复测，确保测量点的准确性，防止造成误测。同时，由于盾构机转弯的侧向分力较大，易造成已成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证成型隧道位置的准确性。②盾尾间隙控制小曲率半径段内的管片拼装至关重要，合理的盾尾间隙有利于管片拼装和盾构进行纠偏。施工中，及时测量盾尾与管片间的间隙，一旦发现单边间隙偏小时，及时通过对盾构推进方向的调整，使得盾尾间隙基本相同。在管片拼装时，根据盾尾与管片间的间隙进行合理调整，确保管片与盾尾间隙的合理，便于下环管片的拼装，也便于在下环管片推进过程中盾构能够有足够的间隙进行纠偏。根据盾尾与管片间的间隙，合理选择楔型管片。小曲率半径段掘进时，当无法通过盾构推进和管片拼装来调整盾尾间隙时，可考虑采用楔形管片和直线形管片互换的方式来调整盾尾间隙。③盾构纠偏量盾构机应具有铰接功能和超挖(仿形)刀。管片的楔型量满足小曲线半径的拟合。在较硬的地层中必需启动超挖(仿形)刀，以适当扩大开挖断面，便于盾构机转弯。盾构在小曲线上始发，应采用割线始发方式，做好割线起止点及长度设计。推进时不急于接近曲线，一般应在盾构机全部进入土体后再实施曲线掘进。要勤测勤纠，而每次的纠偏量尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内。除了采用楔型管片，为控制管片的位移量，管片纠偏在适当时候可采用软木楔子，从而达到有效地控制轴线和地层变形的目的。针对每环的纠偏量，通过计算得出盾构机左右千斤顶的行程差，通过利用盾构机千斤顶的行程差来控制其纠偏量。推进油缸油压的调整不宜过快，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。④盾构同步注浆由于在曲线段推进时地层损失量增加及纠偏次数的增加，导致了对土体的扰动的增加，因此在曲线段推进时严格控制浆液的质量及注浆量和注浆压力。在施工过程中采用推进和注浆同步的方式，注浆未达到要求时盾构暂停推进，以防止土体变形。根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆参数，从而有效地控制轴线。⑤土体损失及辅助措施由于设计轴线为小于半径350m的圆滑曲线，而盾构是一条直线，实际掘进轴线为一段段折线，且曲线外侧出土量大。这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此在曲线段推进时提高曲线段外侧的压浆量，以填补施工空隙。必要时，采取二次注浆的措施，以加固隧道外侧土体，实现盾构沿设计轴线顺利推进。⑥管片拼装认真做好管片选型及排版，应细化到拼装点位，使盾尾间隙较均匀，防止破坏盾尾密封。为控制盾构推进轴线，管片拼装严格采取“居中拼装”。若管片无法居中拼装，且曲线管片无法满足纠偏时，采用软木楔子进行调整，使管片处于较理想状态，确保管片拼装质量及推进轴线控制在要求范围内三、小净距隧道或相交重叠盾构施工风险控制在建一条隧道与已建两条隧道小净距或相交重叠，需要对先建线路进行保护，对先建区间隧道控制沉降，减少影响，左右线盾构区间采取措施如下：①必须对在软土地层小净距或相交重叠隧道施工相互影响的程度，预先进行评估和计算分析。②对小净距隧道有条件的情况预先对两隧道隔离桩隔离，软土地层中应采用钢桁架对先行隧道管片做好纵向、径向加固，对可能塑化的夹土体应注浆加固并达到设计强度。后行隧道应至少在先行隧道完成一个月后施工。③上下重叠小净距隧道宜先完成下行隧道。特别加强后行盾构在趋近先行隧道掘进时的监控量测，确保先行隧道的安全。④盾构通过前对设备进行全面检查、维修，尽量不停机通过，盾构通过区域时，保持盾构机连续掘进，减少盾构机停顿时间；适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。⑤严格控制盾构掘进参数，主要控制出土量、盾构推进压力。盾构通过后及时同步注浆，并控制注浆压力。⑥盾构通过后进行洞内注浆，加固范围周边3m。注浆材料采用水泥浆液，注浆参数(浆液配合比、注浆压力、注浆顺序、注浆时间和注浆量)须经现场试验效果确定。⑦提高监控量测管理级别，采取动态信息化施工，监控数据及时分析整理，用于指导施工。四、下穿和邻近建（构）筑物地段盾构施工风险控制应根据盾构下穿得建（构）筑物、地下管线的基础结构形式、与隧道的位置关系，分别采取地层加固、桩基托换等措施。处于主动坍塌线范围内的建（构）筑物及地下管线作为邻近施工处理，必须采用加固、隔离桩隔离等措施。①施工过程控制建立完善的监测系统，在隧道及对应的地面建筑物埋设观测点，进行系统、全面的跟踪量测，实行信息化施工。根据建(构)筑物的结构型式及与隧道的关系，制定地表建筑物最大沉降和沉降差的警界值。在曲线段，为减少盾构轴线与隧道轴线偏角过大，造成因超挖及地层损失过大而引起的地面变形，曲线段适当降低掘进速度，及时纠偏，加大盾尾同步注浆和洞内二次注浆量。控制掘进参数：降低掘进速度，使盾构慢速通过，同时调整掘进参数，保持土压平衡，以此确保开挖掌子面的稳定；尽量减少对地层的扰动和开挖过程中地层的损失，严格控制出土量，及时进行纠偏、加大注浆量等工作。提高工作面碴土的止水性。通过向土仓注入膨润土或泡沫剂，改善碴土的流动性和渗透系数，防止螺旋输送机喷涌。同步注浆及二次注浆。掘进时采取同步注浆和二次补充注浆，充填环内间隙，使管片衬砌尽早支撑地层，控制地层沉陷。在衬砌环脱出盾尾的同时及时注浆，填充隧道和地层间的建筑空隙，减小地面变形。在盾构后约10环处再向衬砌背面进行二次注浆，以弥补同步注浆的不足。提高盾尾的密封性能。通过采用多道盾尾刷防止泥土从盾尾进入隧道，向盾尾注入油脂，加强盾尾的防水性能。通过对盾构掘进时地面变形曲线进行实测反馈，不断调整、优化掘进参数，以验证选择施工参数的合理性，保持盾构开挖面的稳定。②地面预注浆加固盾构到达前对具备施工条件的建筑物地基进行地面注浆预加固处理。加固方案采用袖阀管，注浆处理以水泥浆为主。特殊情况下，距离隧道较近的采用水泥-水玻璃双液浆进行地层加固，并对于临近警界值的建筑物进行跟踪注浆。③地面补偿注浆盾构下穿建(构)筑物、始发到达及检修后重启动时，容易出现比较正常掘进段更多的超挖量，地层损失后易出现比较大的数量级地层沉降，这也是成都市地层特殊性，为保证砂卵石地层的密实度、降低施工风险，将地面补偿注浆作为以上措施的补充措施。地面补偿注浆采取通过地面在地层特定位置预埋注浆管，注浆材料以水泥浆为主，注浆参数经现场确定，在注浆施工过程中根据监测数据反馈信息进行调整。④洞内注浆加固需对地面建筑物地基作预加固处理，如果地面实施条件或地面加固实施效果不理想情况下，采用洞内加固地层的措施。将盾构管片邻接块和标准块的注浆孔由1个增加为3个，盾构通过后，利用注浆孔设注浆管，对盾构隧道洞周边3m范围地层内立即进行注浆加固。注浆管用Φ42×3.5mm钢花管，长度3.5m。注浆材料用水泥-水玻璃浆液；注浆参数现场确定，在注浆施工过程中根据监测数据反馈信息进行优化调整。⑤加强监控量测盾构下穿建(构)筑物及地下管线，要进行系统全面的监控量测，实施信息化施工。根据监测反馈信息，调整、优化各项施工参数，以确保盾构施工安全和建(构)筑物、地下管线的正常使用，必要时采取应急措施。五、穿越水下地段盾构施工风险控制穿越水下地段的处理方式和采取的措施：①深入探明地质、水文、水下地形、堤岸结构、周围构筑物等情况。分析影响、制定措施。②进入水下地段施工前必须对设备作全面检修，保证顺利掘进，同时必须配备足够的排水设备与设施，备足盾构机配件，确保盾构机平稳推进，不能在河流下停机。。③盾构机通过时，严格控制掘进参数。加强盾构机姿态控制，应对盾构密封系统做全面检查和处理。④掘进时适当减少出土量，保持较高的泥水或土压力，确保开挖面稳定。在足量注浆的前提下适当减小注浆压力，防止击穿覆土。⑤在管片上增设注浆孔，根据地质及掘进情况，对隧道周边3m范围内进行注浆加固，二次注浆材料用水泥-水玻璃浆液，注浆参数现场试验确定。⑥盾构区间下穿河流、河堰施工时，都要加强对隧道的监控量测，根据量测结果，适当进行洞内补充注浆。⑦发生掘进面与水体连通时要首先关闭螺旋机闸门，抛填土袋压住漏点后试掘进；或采用不出土挤压推进通过漏水段等措施处理。六、不良地质条件（可能存在的溶洞、上软下硬岩层、孤石、地质断层等）盾构施工风险控制①通过补充性地质勘察，进一步准确掌握不良地质条件位置、埋深等必要参数，预先制定措施。②对于溶洞、孔洞、地质断层等不良地质，从设计上考虑进行填充技术处理。③盾构机应配备地质雷达探测系统以及超前注浆系统，以便实时监测前方土体情况，便于提前处理不良地质。④盾构应配备硬岩切削刀具，根据地质不均匀地层特性配置刀具。仅底部初露硬岩可将刀盘边缘区换装滚刀，大部为硬岩或变化频繁时应安装全盘滚刀。应以较小的贯入量、转速、推力谨慎掘进，加大刀具检查频率，通过上软下硬地层时，严格控制出土量、土仓压力，确保同步注浆量，盾构应快速通过。⑤根据盾构机显示的参数波动、变化及掘进经验判断是否遇到孤石等，发现异常应保持压力，及时停机检查、分析确认。经常检查刀具，保证刀具处于良好状态，遇孤石可采用滚刀缓慢磨削掘进。遇孤石采用开仓人工破除，软弱土层中采用带压开仓作业。⑥加强施工监测，实施动态信息化施工管理，盾构通过时专人监管，编制应急处理措施。七、大型设备吊装施工风险控制盾构工程需要吊装大型盾构掘进设备，吊装前如不对地面承载能力、起重机械和分块吊装等进行精确分析、计算以及方案论证，而直接进行吊装做业，容易造成重大吊装事故。采取以下措施：①针对盾构机的功能部件和选用的吊装设备的起吊能力编制盾构分块组装、解体方案，组织相关专家进行方案评审并按程序报批；②总承包商设计单位根据吊装荷栽进行地面承载力计算和车站围护结构进行验算，按计算结果进行地基处理，确保吊装区域地面稳定；③严格吊点焊接操作，确保焊接质量；④设备吊装过程严格按照国家规定的设备吊装操作规程操作。八、联络通道施工风险控制①每座联络通道必须进行工程水文地质勘察，工程水文地质勘察工作深度等必须满足联络通道工程施工和设计要求；②根据工程本身特点，并结合联络通道工程所处的工程水文地质勘察情况及周边环境情况，进行设计方案评估，明确联络通道工程可供选择的、安全度较高的施工工艺或工法，同时根据不同的施工工艺或工法明确不同的技术控制指标或参数，对施工安全防护设施进行深化设计；③制定联络通道专项设计、施工方案后，组织相关地铁专家进行专项论证并按程序审批后实施；④方案实施前，施工单位对联络通道工程可能出现的风险进行分析和策划，对可能出现的风险落实防范或应急措施并进行相应演练；