盾构施工基本原理及操作常见问题与处理方法课件.ppt

盾构施工基本原理及操作常见问题与处理方法,随着社会经济快速发展，对城市交通建设提出了更高的要求，而地面上人文自然景观、基础设施、地下管线都占据了很大的空间，给施工也带来了很大的风险。,盾构法施工在我国已经有50多年的历史，积累了一定的施工经验，尤其这几年轨道交通发展最快，相对来说已经是一种趋于稳定和成熟的工艺，但是施工中各类事故还是经常发生、具有重复性并普遍存在，它不仅对周边环境、市民的生活、社会带来了影响，甚至对工程的耐久性和使用功能造成无法估算的损失。,而造成事故的因素不外乎人、机、料、法、环五大因素，其中一个重要的原因是近年来施工队伍迅速扩大，而管理和技术素质相对滞后，施工现场缺乏熟练、称职的施工管理和技术人员，风险管理意识不够强，应急措施不到位。造成对风险点的预估、诊断、处置不力，最终导致事故的发生。,盾构法施工主要有6大环节容易出现重大的事故,1、盾构始发、接收,2、盾构掘进,3、盾构机设备的故障,4、井接头施工,5、联络通道施工,6、外部环境影响（地面打孔、周边施工）,1、地基加固设计工法或加固范围存在缺陷,2、地基加固施工质量不符合要求,3、施工中安全意识、应急材料和措施不到位,一、盾构始发和接收中产生的事故,常见有三种,1、地基加固设计工法或加固范围存在缺陷,按照每小时200方流速，一般工作井20米 12米，估计6小时淹没盾构。,1、盾构机及隧道沉降导致变形、断裂，报废。,2、对周边有管线或建筑物，造成损坏。,危害性,如果进出洞地基加固的加固范围受地面建筑物和管线的限制时，必须采取特殊手段（如：水平冻结等工艺），千万不能简单的缩短加固范围。,经验教训,因为进洞过程中由于土体流失，另外盾构与管片之间的空隙不能及时充分补充，沉降变形大容易引起管线和周边环境的事故。,海绵和海带,在接收措施中也尝试了很多方法、有气囊、反帘布拉紧装置，甚至海带,如果对那些土层比较差、周边管线和建筑物又比较近或车流量比较大的交通要道，难度和风险就特别高的部位，为确保万无一失，还需采取回填泥土、水或钢套筒或泡沫混凝土箱体工艺。,最保险措施,凿除洞门必须在钢套筒安装好后，方可破除,泡沫混凝土箱体,南京地铁2号线高含砂地层盾构接收井洞口喷涌,2、地基加固施工质量不符合要求,地基加固单位资质、设备、原材料、人员等一定要认真审核和把关，严格按照设计和规范要求进行施工，完工后要对加固质量进行取样检测和判断，一旦发现异常应进行补加固措施，千万不能麻痹大意。,经验教训,3、施工中安全意识、应急材料和措施不到位,教训,施工中各个部位防火器具、通风都要严格按规定执行，施工前组织防火培训和应急演练，确保人员、设备的安全。,1、穿越江河时操作不当,2、江中遇地质探孔螺旋机、盾尾突发喷涌处置不当,4、岩层中掘进遇裂隙水,二、盾构掘进中常见事故,常见有八种,-尤其穿越江、河、管线、房屋、桥梁、铁路、复合地层等,5、穿越铁路时事先监测手段和预加固措施不到位,6、盾构掘进中土层突变，尤其遇暗河容易发生事故,7、盾构在掘进中复合地层容易发生的事故,8、地基承载力差的房屋盾构穿越容易发生事故,3、江，河中遇到不明气体，尤其是沼气,1、穿越江河时操作不当,本次事故造成工期延长近半年，最终在江中段搭钢平台，冻结施工,2、江中遇地质探孔螺旋机、盾尾突发喷涌处置不当,1、如处置不及时，很有可能隧道淹掉或轴线偏离，影响以后地铁运营。,危害性,经验教训,根据上述2个案例，施工中必须做好以下措施：1、做好电器设备防水措施和应付突发停电的手段。2、隧道内和工作井一定要有应付突发喷涌的措施，尤其是当心暴雨季节的排水措施，确保工程设备和人员的安全。3、过江河施工前对盾构设备进行一次彻底的检查，重点螺旋机出口和盾尾部分，同时事先准备好应急物资。,消防局的排水泵,因此江中段或岩石层中推进事先准备工作一定要充分。1、江河的覆土和地质探孔要摸清。岩层段一定要事先钻孔，探明有没有溶洞和裂隙水的情况。2、设备提前检查。3、应急物资准备充分和事先进行应急演练。4、盾尾油脂质量要保证，螺旋机出口、盾尾密封和铰接部位要有防喷装置。5、对于一些凹凸不平的荒地要实地勘察，一旦下雨积水后会变成水塘，形成新的风险。,经验教训,3、江，河中会遇到不明气体，尤其是沼气,陆地上勘察沼气喷射,采取措施,江河施工中隧道工作面应有气体检测仪，有条件的话请专业单位事先进行排查。,区间隧道与铁路站路基加固基础关系图,5、盾构在穿铁路时事先监测手段和预加固措施不到位,静力水准仪,人工监测,水平水准仪,经验教训,预先与铁路部门备案沟通，了解火车通行情况，应事先进行加固措施。一旦发现沉降及时调整铁路轨道的高度和路基结构。施工参数必须严格根据自动化监测数据进行调整。,6、盾构掘进中土层突变，尤其遇暗河容易发生事故,危害性,不明土层，参数或出土稀薄，出现轴线失控，应停止推进，从土仓、刀盘正面、壳体进行压泥、压浆等,1018,1007,7、在掘进中遇地表存在空洞及复杂的复合地层（上面粘土下面砂性土、砂卵等)容易发生的事故,经验教训,掘进施工中要控制好施工参数，上方建筑物必须加强监测，一旦沉降数据异常，停止施工，进行原因分析，及时采用措施，千万不能熟若无睹，（可以利用半夜车少、人少的时间进行排摸，如地面钻孔监测，发现异常，及时回填。）,采用地质雷达进行监测,2009年6月盾构下穿程桥二村6-8号居民楼，施工中严格控制施工参数，最终结果造成，墙体开裂、倾斜等，居民反映强烈，社会影响很大。,8、地基承载力差的房屋盾构穿越容易发生事故,将三幢房屋的居民搬迁安置，房屋拆除，旧地重建。,危害性,原因分析,地基承载力差的房屋一旦盾构穿越扰动土体，必将对上方建筑物造成损坏。,施工前对穿越房屋应进行结构检测和评估，对有缺陷的事先进行补加固措施，对评估为危房应事先向设计、业主反映，最好通过调整线路或拆除等措施。对一些还不能拆除的房屋，施工中应事先考虑人员撤离、安置等措施。切忌存有侥幸态度。,经验教训,上行线盾构从出洞到现在不停穿越大量的沿街商铺、居民楼、繁华路口，1月5日盾构已经推倒600环时，在180环地方近遵义路口接居民反映房子突然开裂。,案例 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,建议：1、对所有沉降监测点进行审核。必要时进行调整或加密布点。2、对单次沉降量比较大的点要引起重视，采取措施。3、根据建筑物实际情况来判别沉降报警值。,案例 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,下行线推进引发天山路435弄房屋开裂。,案例 15 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,暗浜,（172环181环）,1月5日上行线盾构推进至600环时，在180环处上部房屋局部开裂9。后经过分析并请勘探单位补勘了解到该处民房下存在暗浜（地质勘察资料中未对此暗浜进行说明）。考虑下行线再次穿越同一位置，会造成土体两次扰动，加速地面建筑物的不均匀沉降。因此1月27日下行线盾构从140环开始穿越民房施工过程中，项经部不断根据沉降数据调整和校核盾构机参数。当时从沉降报表反映地面变形控制在5范围内，各方面无异常情况。在2月2日7:00推到176环时，发现裂缝间隙有扩大趋势（呈现上宽下窄）。而裂缝位置在盾构中心偏左的上方。,情况说明：,案例 15 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,通过复核确定，证实京海监测提供沉降报表有误，严重误导盾构施工参数的设定(土压力,注浆方量等)，从而导致建筑物状况进一步的恶化，这是这次开裂的主要原因。（沉降数据见表）,房屋裂缝的发展走向和开裂状况与沉降监测数据报表不符,原因分析：,案例 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,3、对一些关键的监测点不仅要真实性、及时性还必须有连续性并保持定期进行监测，直到沉降稳定为止，对单次沉降量大的点必须引起注意，并采取相应复核和措施；,1、项经部进一步加强对监测队伍的管理、检查；,2、严格审核监测单位布点图、布点位置、现场布点方法、布点的保护措施、监测单位人员安排、监测仪器计量等工作；,4、项经部不仅要重视监测报告的数据，而且要加强轴线周边沿线建筑物及管线的现场巡视工作发现异常及时采取措施，并上报相关部门。,吸取教训：,案例 15 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,经过处理房屋已修复,案例 15 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,建议：1、对所有沉降监测点进行审核。必要时进行调整或加密布点。2、对单次沉降量比较大的点要引起重视，采取措施。3、根据建筑物实际情况来判别沉降报警值。,案例 2号线西延伸（古北路中山公园）区间隧道-监测数据有误，导致地面沉降、房屋开裂,建议：1、真正重视监测布点，有条件的必须采用精密手段，时时监控，,1、盾构机刀具不合理切削障碍物易发生事故,2、盾构机切削不明障碍物容易发生事故,3、深覆土施工中轴线纠偏时，总推力不足影响纠偏效果发生事故,三、盾构设备（选型和保养不合理易发生事故）,常见有四种,4、盾构机在深覆土施工发生盾尾变形事故,5、盾构机三大密封忽视保养发生事故,1、盾构机刀具不合理切削障碍物易发生事故,盾构穿越4号线80公分厚的玻璃纤维地下连续墙，前后共用了整整5个月，平均每天推进5毫米。,盾构穿越地下连续墙刀盘磨损严重,2、盾构机切削不明障碍物容易发生事故,3、深覆土施工中轴线纠偏时，总推力不足影响纠偏效果发生事故,采取措施,增加千斤顶，至少影响半个月工期。,4、盾构机在深覆土施工发生盾尾变形事故,磁悬浮隧道盾尾变形，管片无法拼装，目前这个工程已停了4年多。,齿轮油压注部位,HBW密封油脂压注,齿轮油压注,EP2油脂压注泵,5、盾构机三大密封（刀盘驱动密封、中心回转密封、铰接密封）忽视保养发生事故,教训,根据上述5个案例，盾构机选型和改制非常重要，不仅要满足已知的工况条件，更要有应付不可预见的工况条件的能力，尤其突发遇见回填的或以前遗留物如大块铁器、木桩、混凝土桩、锚索等。因此盾构机选型尤其在刀具上、推力上可以用一句通俗语“杀鸡用牛刀”。尤其是一些旧盾构，施工单位往往为了考虑成本，改制不到位，造成以后工期、沉降的影响。,1、联络通道施工中容易发生的事故（一）,2、联络通道施工中容易发生的事故（二）,3、井接头施工中容易发生的事故,四、联络通道和井接头易发生的事故,1、联络通道施工不当容易发生的事故,2、联络通道制冷设备不符合要求发生事故,3、井接头施工措施不到位，施工不及时，导致洞口密封失效发生事故,四、联络通道和井接头易发生的事故,常见有三种,2003年6月24日，开始旁通道开挖施工。7月1日凌晨约4时。,1、联络通道施工不当容易发生的事故,2、联络通道制冷设备不符合要求发生事故,教训,根据上述案例，联络通道是一个高风险的项目，目前普遍采用冻结法进行施工，由于每座城市土层不一样，对冻结法的设计强度要求和制冷设备的选型要增加保险系数。另外旁通道位置的设计最好避开构建筑物。同时备好,3、井接头施工措施不到位，施工不及时，导致洞口密封失效发生事故,1、小口径的管道或地下障碍物未及时摸清,五、施工监测手段不合理,常见有二种,2、大口径管道或地下障碍物未及时摸清,篮球场位置，地面出现了下沉较严重，原因地下有空洞。,1、施工监测中小口径的管道或地下障碍物未及时摸清发生事故,2、施工监测中大口径管道或地下障碍物未及时摸清发生事故,75,盾构在地耐力差的地方进行吊装容易发生事,六、盾构吊装时易发生的事故,常见有一种,盾构在地耐力差的地方进行吊装容易发生事故,七、应急措施不到位-形同虚设，材料失效,应急措施不到位-形同虚设，材料失效,对地面沉降、轴线等施工中应进行分段监控，设定不同界限的报警值，一旦接近报警值，必须根据不同的处置权限进行处理，严禁隐瞒质量问题继续施工。最终导致无法收拾的局面。,八、警戒值不重视-瞒报、侥幸,专家现场监督与指导,施工中遇到问题应及时停止推进，并同时上报。,因此施工前应筹划好应急措施和关键设备、材料的准备工作，并进行针对性科目的演练,分二种：一、可调式的钢管支撑。用于有设备的条件下应急，如有皮带机车架等，因此应事先考虑好支撑的长度种类及支撑的位置包括皮带的割除。,1、钢支撑及拉条各20环（适用：隧道渗漏、管片变形、轴线纠偏等),注意：选用3寸无缝加厚钢管，一段安装活络接头，起方便调节长度。,利用手孔位置为固定点,还有一种拼装式的框架组合支撑。如旁通道施工中的预应力支架，用于无设备影响的隧道。,这两种支撑形式，要求各项经部开工前进行针对不同盾构机的形式进行筹划、画出简图并进行演练，要求项目副经理、总工、井下班长等必须考核上岗，应急抢险队应配备这些物质确保3小时运到井下。,这是我公司每年一次的岗位培训的第一关,钢支撑和拉条是盾构法施工中俗称“生命法宝”,它可以有效控制成型隧道的断裂。,10#槽钢，备20环共计200米。,2、弧形钢板（适用管片大面积碎裂、螺杆断裂或未穿、隧道变形、错台大）,几种规格；1公分厚1米长50公分宽的弧形钢板备20块，每块安装一个1寸球阀及人施工时封把手、2公分的弧形钢板宽50公分，长1米备2环。,弧形钢板,弧形钢板是盾构法施工中 “第二法宝”,1隧道内出现大的碎裂和渗漏的情况下首先投入施工，然后进行注浆。2重大险情下结合钢支撑可以有效控制成型隧道的断裂。,这张照片就是一个典型的例子；出现碎裂和渗漏，急于注浆，导致管片大面积碎裂、变形，严重的出现隧道断裂。,1。因此无论在基坑开挖和隧道中出现渗漏，在实施注浆前要做好钢板封堵或回填的工作。,3、临时钢封门（适用：进洞凿洞门过程中渗漏及汛期）,在砂性土及周边环境影响大的工况下，而接收工况又无法实施钢套箱等的条件下，为确保万无一失，应事先考虑简易临时钢封门（比钢套箱要方便）。要求1个小时安装完成。,临时钢封门是盾构法施工中 “第三大法宝”,1。临时钢封门的安装不仅是演练科目，也是岗位培训的内容。2也是应急材料中必备的。事先运往施工现场备用。以防万一，正正落实到实处。,4、应急封堵钢性箱体；1公分厚钢板3张，最好事先做好（适用：始发或接受及就接头过程中渗漏),险情处理要点：1、组织人员引流，从底部往上焊接刚性的止水箱体，然后从预埋的球阀中注浆（如果不及时制作刚性箱体，靠注浆的话后果比较严重而且抢险时间长）。2、管片注浆位置应针对砂质土层注浆，粘土中没用。3、箱体未制作完成前不宜在地面上用气动的引孔机钻孔尤其近距离，以免进一步击穿并扩大渗漏点，除非远距离（远距离处理效果差）。,最后改成外包井接头，今后所有在砂层的井接头一律不允许拆除。,应急封堵钢性止水箱体是盾构法施工中 “第四大法宝”,1。应急封堵刚性止水箱体的安装不仅是演练科目，也是岗位培训的内容。2也是应急材料中必备的。事先运往施工现场备用。以防万一。,5、袋装砂土；至少50方，旁通道施工至少100方（适用：旁通道渗漏、始发或接受及就接头过程中渗漏),袋装砂土是接收、始发前必备的材料“第五大法宝”,南京地铁2号线高含砂地层盾构接收井洞口喷涌,1、通常始发、接收过程中底部空间限制人员无法实施箱体制作，事先在底部堆放回填可以大大减少砂土的流失，。2、用袋装的砂土比散状砂土好，不容易流失，聚氨酯效果好。也有利于箱体的制作,6、1公分厚分弧形插板、海绵、环管（适用：小半径及盾尾渗漏）,端面钢板,端面钢板,弧形插板是防盾尾渗漏“第六大法宝”,1每台盾构始发前必须备在工作面，并进行演练。2穿越江、河及各类构建筑中，无论盾尾有无渗漏，都必须装好，以防万一。,强制性规定。,7、雷达扫描仪、小型钻孔机、蒸汽发生器,雷达扫描仪,小型钻孔机,蒸汽发生期,雷达扫描仪“第七大法宝”,雷达扫描仪 1 不熟悉的城市或不明工况环境下 2 钻孔前怕打到管线，,小型引孔机 1 各项经部施工前必须备好 2 一旦数据异常必须现场钻孔，及时采 取措施。,蒸汽发生器 1 冻结法施工中必须事先安装好并使用,108,8、常年协作的专业的管线排查单位,娃人和CCTV是管线排查的“第八大法宝”,1米以上的必须娃人排查，出据书面的资料。 1米以下CCTV仪器扫描并出据书面资料,9、聚氨酯（渗漏），气囊（管线封堵）和临时围挡,聚氨酯“第9大法宝”,1聚氨酯（现场至少3吨以上，聚氨酯泵3套）以及单双液浆设备3套（渗漏），气囊（管线封堵）,一般采用250-400KW功率的发电机,10、发电机、引孔机、地面注浆设备,阿特拉斯引孔机,地面注浆设备和材料,现场险情应急指挥系统,1、管片拼装监测工具,垂球,机械塞尺,水平尺,激光测距仪,1、吊垂线测定管片超前量,管片超前量计算公式,超前量=垂线长度坡度,管片楔形量,注：盾构纠偏应在计算管片楔形量数值上增加2030,楔形量=LDRL=环宽（1.5m）D=隧道直径（6.2m）R=转弯半径,参考（为了左右千斤顶行程差）,土压力,土压力的理论计算按照以下公式计算正面平衡压力：P=k0hP：平衡压力（包括地下水）：土体的平均重度（查地质勘探报告）h：隧道中心埋深k0：土的侧向静止平衡压力系数（查地质勘探报告）,盾构机中部或拼装工作面安装坡度板，可以时时监控盾构真实的坡度，可以校核自动测量的数据。,管片选型转盘,海绵、抹布、水桶,千万别小看这一措施，这一条在02年就纳入公司强制性条文中。,很多盾尾渗漏和管片碎裂和平时不注重拼装工作面的保洁有关，造成异物卡在尾刷处，同时造成尾刷损坏。,出土量的控制,植筋胶,6mm钢筋,冲击钻,网片,植筋胶枪,作业过程中的主要材料及工具,管片修补,混凝土界面剂,移动台车,移动台车,聚合物修补砂浆,管片修补,先对碎裂处尚未掉落或有裂缝的混凝土碎块进行凿除。,对碎裂处进行测量，然后根据碎裂的尺寸裁剪钢丝网片。,网片的各边都比碎裂处小1cm左右。,管片修补,对于裸露钢筋，若有锈蚀，应先用钢丝刷刷去钢筋表面堆积疏松的锈蚀。,钻孔用8mm的钻头，在管片碎裂处沿约30o角向上钻孔，钻孔深度约为56cm。这样既能保持植筋的有效深度，钻孔时也不容易碰到管片钢筋。,管片修补,用油漆刷蘸水把碎裂处表面洗刷一下。,清理完表面的碎屑前，需先把钢筋孔内的碎屑吹干净。,先往孔中植入植筋胶，随后植入钢筋。植筋时，钢筋需旋转着进去，确保胶水均匀附在钢筋及混凝土上。,管片修补,混凝土界面剂可选用YJ302（双组份）。YJ-302混凝土界面处理剂是一种双组份的水泥砂浆粘结增强剂，它是以水乳环氧为基料的双组份乳液。将界面剂以甲组乙组水泥=134的配合比倒入容器拌匀，使用软刷涂刷于管片修补基面上，趁其未干立即实施管片修复。界面剂应按需拌制，每次的搅拌需在2小时内用完。,混凝土界面剂调和液,等到植筋胶初凝后，开始抹第一次聚合物修补砂浆。（根据植筋胶型号的不同以及周围环境温度的不同，初凝时间也不同。本次使用的喜利得HIT-RE500植筋胶，初凝时间约为12min）,由于管片碎裂在隧道的顶部，故聚合物修补砂浆对管片需有一定的粘结度。另外，需在第一层聚合物修补砂浆初凝时抹第二层聚合物修补砂浆。,管片修补,必须用扎丝把钢筋与网片连接起来,特别注意在后续抹聚合物修补砂浆的过程中，避免修补处与旁边管片粘连，然后进行分层修补直至管片完全修补成形。,管片修补,最后在修补的地方做好标记,并做好记录备案，方便以后的跟踪观察。,对修补处进行回弹实验。测试结果均值在C50左右，比以前的修补方法（均值在C30左右）有较大加强。,回弹实验,管片修补,采用快速水泥进行修复后的管片色差,采用聚合物砂浆进行修复后的管片色差,管片修补,以上是施工前应备好的主用材料和设备并进行演练。,宁波市的土层变化很大，有粘土、砂土、有暗浜还有上软下硬,穿越众多的江、河,小,安泰河现状,省农业厅21#住宅楼,沿线穿越大量构建筑物，有的基础较差，管线比较密集,机场高架,北二环高架,机场高架与隧道位置图,同时穿越高架等,根据上述工况条件，结合其它城市施工中的经验、教训。在前期仔细排摸、预估所有风险点，制定模拟推进和对应措施。然后盾构机选型必须合理，满足各类施工条件。施工中根据前期排摸情况不断完善施工参数，对风险源加以防范和控制，确保工程顺利开展。在参建各方重视后，相信地铁建设一定会顺利进行。,谢谢大家！,进出洞施工中应对措施,1、事先备好发电机,2、临时钢封门,3、后退设备、蒸汽发生器（防冻住）,4、回填砂包,5、聚氨酯、球阀、2米转头的冲击钻,6、钢支撑、刚箱体材料,7、引孔机、注浆设备、围挡等,风险大的始发一律采用双袜套帘布橡胶板，并用刚性的箱体密封。,7、发电机、,备用照片,