盾构施工安全风险分析与对策

城轨分公司华南地区09年第一期施工关键技术培训与交流 （讲稿题纲）

一、当前我国盾构施工发展的情况

1. 盾构法隧道施工的发展与现状

2．近20年来盾构法隧道在我国各行业的广泛应用

3．盾构机国产化

4. 对目前盾构法施工的认识

5. 中铁一局盾构施工技术的现状

二、盾构施工安全风险分析与对策

1．盾构选型（地层）

2．盾构施工原理所致（土压平衡）

3．隧道设计（选线）

4．特殊环境条件

5．特殊地质条件

6．辅助设备（运输、起重等）

7．联络通道

8．管片

9．工期、成本、质量等管理风险

10．其他

一、当前我国盾构施工技术发展的概况

1. 盾构法隧道施工的发展与现状

（1） 1818年Brunel提出盾构工法并获得专利；

1841年世界第一条盾构隧道--伦敦泰晤士河底隧道贯通； 20世纪60—80年代盾构工法大发展—各类平衡式盾构；

（2） 1954、1957年我国阜新、北京采用盾构法修建疏、下水道（φ2.6 m）；

1963、1965年上海使用网格式挤压盾构修建隧道，打浦路过江隧道（φ10.22 m --2761 m ）；

（3） 近20年来盾构法隧道已在我国各行业广泛应用，盾构施工技术已具有国际先进水平；

公路： 上海--崇明岛“南隧” （φ15.43 m —7.5 ㎞）— 武汉长江隧道（φ11.4 m--2538 m ）-- 中铁隧道局 南京长江隧道（φ14.3 m--3825 m ）-- 中铁14局 铁路：北京站--北京西站地下直径线隧道（φ11.97m--7.3 ㎞ ） —中铁隧道局、16局

广--深--港客运专线狮子洋隧道（φ11.4 m--10.8 ㎞ ） —中铁隧道局、12局等

水利：南水北调穿越黄河（φ8.8 m--4520 m ） TBM 电力：取水、电缆隧道

市政：地下通道、管道、共同管廊

地铁：目前在建500余 ㎞（单线），2010年将达1000 ㎞（单线） 重庆拟采用TBM

（4）盾构机国产化有了大的发展

① 上海隧道股份公司制造 近100台软土盾构机，具有自主知识产权

② 中铁隧道已组装各类盾构机10台

③ 多个合资厂制造的盾构机国产化比例达50-70%；

（沈重—威尔特、华隧通-日立、首钢—海瑞克、杭锅—川崎、首钢—海瑞克、

④ 许多厂家已能提供较高质量的部件、刀具及辅料；

2. 对目前盾构法施工的认识

（1） 基本工法是成熟的、可靠的、先进的；

（2） 在适应性及特殊条件下仍存在许多需研究的问题； 总之，我们已有了很好的基础，通过进一步开展深入的研究，我国大规模盾构法隧道施工建设将更加规范、科学的发展。

3. 中铁一局的现状

上隧、中隧、上海机施、16、14、12、辽水、山水、广东基础等

二、盾构施工安全风险分析与对策（题纲）

1、概述

1.1风险：

（1）概念：某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。

（2）定义：风险有两种定义：一种定义强调了风险表现为不确定性；而另一种定义则强调风险表现为损失的不确定性。

风险是指可能发生损失的损害程度的大小；风险是指损失的大小和发生的可能性；

工程风险：若存在与预期利益相悖或不利后果（即潜在损失）或有各种不确定性造成对工程参与各方的损失。

风险是由风险构成要素（风险因素、风险事故、损失）相互作用结果。

（3）特性：客观性、偶然性 、损害性 、不确定性、相对性（或可变性） 。是事故发生的潜在原因，是造成损失的内在直接原因。

（4）风险辨识的流程：确定参与者--收集相关资料及专家咨询—风险识别—风险筛选—编制识别报告

（5）风险分析、（工程风险分级标准）、风险管理；

（6）处理风险的基本思路：一规避（遵守规则避开）、二降低、三是做好预案；

1.2盾构法施工目标：建成符合设计要求的隧道；保证人身与环境安全。

1.3盾构法施工安全涉及的主要关系： 人—盾构—地质—环境

2、安全风险来源的主要方面

2.1盾构选型（地层）

2.2盾构施工原理所致（土压平衡）

2.3隧道设计（选线）

2.4掘进的基本要求

2.5特殊环境与地质条件

2.6施工场地与辅助设备（运输、起重等）

2.7联络通道

2.8管片制、运、拼装

2.9工期、成本、质量等管理风险

2.10其他

3、风险分析与对策

3.1盾构选型（地层）

（1）盾构机的基本类型与适应性

① 具有建立压力平衡性能的：

软土盾构—土、砂层等

复合盾构—复合地层（硬岩强度、岩性与粘性土的特性）

② 敞口盾构—地层自稳性较好、地下水位在隧道以下；

（2）盾构机的主要技术参数—装备水平

功率、推力、扭矩与转速、刀盘开口率与刀间距、密封、各部件重量、主要轮廓与盾壳厚度尺寸、盾尾间隙、转弯半径等

（3）盾构机资源、盾构机制造周期、运输等。

3.2盾构施工原理所致（土压平衡）

盾构掘进与地层关系图

地面沉降曲线（关于地层加固：（注浆固结、冻结等）

A、加固方法

注浆加固（花管、袖阀管）

深层搅拌（双轴、三轴）

高压旋喷（单、双、三重管）

B、浆液种类

单液（水泥浆）

双液（水泥、水玻璃等）

其他（WSS等）

C、选择注浆加固方法的一般要求

① 地质条件 ② 地下水状态（流动性）

③ 加固深度 ④ 加固目的（承载力、止水等）

⑤ 加固的时机

D、加固方式的推荐

搅拌桩+旋喷桩 缺陷弥补--水平注浆（前进式）

附：水中进洞

（2）建不起压力（土体改良、富水砂层）

（3）失压（空洞）

（4）地层损失—同步注浆（湿陷性黄土的问题）

（5）关于掘进参数

计算—经验—试验—调整

2.3 隧道设计（选线）

（1）平面线路：房屋、管线等---曲线半径

（2）纵断面：不良地层、地下障碍物

调线、调坡--补充勘探、早做工作；

3.4特殊条件下的掘进施工

7.1 一般规定

7.1.1 设备选型时应充分考虑特殊地段和特殊地质的施工条件。

7.1.2 充分发挥盾构机的能力（掘进技术、掘进参数）

7.1.3 特殊条件下掘进施工应遵循以下的要求：

1 根据具体的特殊条件，制定针对性措施。

2 认真检查、保养盾构，保证盾构及其附属设备处于良好状态。

3 合理选择掘进模式，严格控制掘进参数、盾构姿态和掘进方向。

4 加强监控量测管理，加密监测频次。

5 应制定应急预案。

7.2 浅覆土地段施工

7.2.1 隧道覆土厚度小于隧洞外径尺寸即按浅覆土地段施工。施工要防止地面隆起或坍塌，防止注浆击穿覆土。

7.2.2 宜采用压力平衡模式掘进，土压力按承受全部覆土压力及水压力计算，设定的土（泥水）仓压力应适当降低，同步注浆压力也应适当降低。

7.2.3 隧道覆土厚度与隧洞外径尺寸之比小于3/4，应加盖土砂以增加隧道覆土厚度；特殊地段应加设钢筋混凝土覆盖版，以防止隧道上浮。

7.2.3 邻近建筑物或覆土中埋设有管线时，需采取隔离措施或对地层进行加固。

7.3 下穿和邻近建（构）筑物地段

7.3.1 应根据盾构下穿得建（构）筑物、地下管线的基础结构形式、与隧道的位臵关系，分别采取地层加固、桩基托换等措施。

7.3.2 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。

7.3.3 加强掘进参数管理及同步注浆，减少地层损失以控制地层沉降。

7.3.4 确需洞内处理个别障碍物时，应采取地层加固、带压作业等措施以确保安全。

7.4 穿越水下地段

7.4.1 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。

7.4.2 对浅覆土应事先抛填土袋预压或做混凝土压板。

7.4.3 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。

7.4.4 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。

7.4.5 采用声纳法或在水底土层设臵稳固监测点加强监测。

7.4.6 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、出土；或采用不出土挤压推进通过漏水段等措施处理。

7.5 小曲线半径地段施工

7.5.1 盾构机应具有铰接功能和超挖(仿形)刀装臵。管片的楔型量满足小曲线半径的拟合，管片宽度不宜大。

7.5.2 掘进时一般应启动超挖(仿形)刀，减少因盾构机的挤压对地层的扰动。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。

7.5.3 运用铰接装臵，分组控制推力油缸，推力不宜大，防止衬砌管片变形、开裂。

7.5.4 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。

7.5.5 增加施工测量频次。

7.5.6 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。

7.6 小净距隧道

7.6.1 必须对在软土地层小净距隧道施工相互影响的程度，预先进行评估和计算分析。

7.6.2 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。

7.6.3 后行隧道应至少在先行隧道完成一个月后施工。

7.6.4 上下重叠小净距隧道宜先完成下行隧道。

7.6.5 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。

7.7 大直径的砾石、孤石及花岗岩球状风体地段

7.7.1 采用地质雷达等物探方法对该地段予以普探，进一步了解孤石等的分布，预先制定措施。

7.7.2 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。

7.7.3 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。

7.7.4采用开仓人工破除，软弱土层中采用带压开仓作业。

7.8 黄土地段

7.8.1 在非饱和黄土地层中可优先选用开敞式盾构施工，选用土压平衡盾构在

此区段掘进可采用开敞模式。

7.8.2 在饱和黄土地层中宜选用土压平衡模式掘进。

7.8.3 在非饱和黄土地层中进行同步注浆，应选择速凝浆液，减少湿陷沉降；

7.8.4 选择注入适量的水、泡沫等添加剂，以改善开挖土体的和易性。

7.8.5 需要停机时，应间歇短距离推进，刀盘要支撑掌子面，防止掌子面黄土的湿陷性坍塌，造成失压引起地面沉降。

7.8.6 特别注意地表水的防排、地下管线渗漏的处理，防止渗漏至隧道周围。

7.9 软硬不均地层

7.9.1 在上软下硬地层中应采用土压平衡模式掘进，控制沉降、防止坍塌。

7.9.2 根据不均匀地层特性配臵刀具。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。

7.9.3 应以较小的贯入量、转速、推力谨慎掘进，加大刀具检查频率。

7.9.4 严格控制盾构姿态。

7.10 极硬岩地段

7.10.1 必须对盾构刀盘做针对性的设计，应加强盾构结构强度、加大扭矩、采用单刃滚刀、减小刀间距以增强破岩能力。

7.10.2 对全断面硬岩应采用敞开式模式掘进，可采用较高转速（2-3转/min）、较大推力掘进，但应在扭矩设定范围内选择其他参数。

7.10.3 加大刀具检查频率，按单刀允许磨损量及相邻刀的高差及时更换。

7.104 富水硬岩段掘进要加强同步注浆及壁后注浆管理，宜采用快凝、早强液浆，及时填充空隙、稳固管片，以防止管片上浮。必要时适当降低盾构掘进轴线以弥补管片上浮量。

7.11瓦斯盾构隧道

3.5 辅助设备（运输、起重等）

3.6 联络通道与其他

盾构与顶管法的研究、

3.7 管片的制造、运输、拼装

。

3.7工期、成本、质量等管理风险

3.8其他

问题：

1、 风险辨识的流程是什么？

2、 处理风险的基本思路是什么？

3、 盾构法施工安全涉及那些主要关系？

4、 在特殊条件下盾构掘进施工应遵循的一般原则是什么？

5、 选择注浆加固方法的一般要求有哪些？

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