盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件.ppt

《盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构隧道建设风险分析与控制ppt课件.ppt（108页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、盾构隧道建设风险分析与控制中铁隧道集团有限公司 潘明亮中国-上海2015-10,提 纲,一、盾构隧道建设中的风险认知二、典型风险案例分析与处置三、风险事故管控原则四、总结与展望,一、盾构隧道建设中的风险认知,当前国内地铁盾构类型,盾构的概念,盾构的概念,盾构的概念,盾构法主要施工程序,8、盾构进入接井,7、接收井洞口土体加固,隧道盾构掘进示意图,开挖,衬砌,出土,运输,盾构法施工具有施工安全快速、对周边环境及交通影响小等优点，在城市地铁、道路修建中得到了广泛应用。然而，地铁盾构隧道建设事故时有发生，对盾构工程施工风险的认知和风险控制技术有待进一步提高。,1、盾构隧道建设风险,2、盾构隧道建设风

2、险发生机理,风险认知,风险后果,风险管控,3、盾构隧道建设风险因素,盾构隧道施工风险的原因可分为环境因素、人为因素和盾构机因素。,4、盾构隧道建设风险分类,盾构隧道施工风险可分为管理风险、人工风险、技术与材料风险、设备风险、社会环境风险和自然环境风险六类。,技术与材料,刀具更换,（1）地质与盾构选型匹配性风险（2）盾构组装与调试及拆吊风险（3）盾构始发与到达、过站、平移作业风险（4）盾构上、下穿建(构)筑物风险（5）特殊地层段盾构施工风险（孤石、上软下硬地层、富水砂层、高粘性土层、矿山法隧道盾构空推段等等）（6）盾构机下穿江河水体风险（7）盾构掘进遇障碍物施工风险（8）盾构开仓作业风险,盾构机

3、的选型应依据地质条件；地质条件及开挖面稳定性能；隧道埋深、地下水位；隧道设计断面、路线、线性、坡度；环境条件、沿线场地；管片衬砌类型；工期造价等。所以如果盾构机选型失误，对地质条件不适应，是盾构施工最大的风险。,盾构机选型原则：,综合考虑工程地质条件和水文地质条件，确保盾构设备与地层的适应性，同时确保盾构管片结构自身安全。考虑隧道区间平、纵断面设计，确保盾构满足设计线路要求。重点考虑施工环境条件和相关风险工程及地表变形控制标准，确保环境风险工程安全。,1 开挖面2 刀盘3 土舱4 主轴承5 推进千斤顶6 螺旋输送机7 管片拼装器8 管片,土压平衡盾构机,土压平衡盾构机工作原理,水压+ 土压=土

4、仓压力,泥水平衡盾构机工作原理,水压力+土压力=切口水压,主机1.盾构主机由刀盘、前盾、中盾和盾尾等四部分组成，且具备足够的强度和刚度。2.土舱内土压传感器不少于5个，且应该按上、中、下不同区位布置在土舱隔板内（泥水盾构泥水仓压力传感器3个，气垫仓压力传感器2个）。3.刀盘面板和土舱内土体改良剂注入口均不少于4个，且应合理分散布置在刀盘面板和土舱隔板上的相应位置（泥水盾构无土体改良注入口，在泥水管道上有2路膨润土注入口）。4.主机长度及其铰接设计应满足隧道设计最小转弯半径的要求，且应满足线路半径为200m曲线的要求，特殊情况下应满足线路半径为150m曲线的要求（泥水盾构无铰接）。5.盾尾至少具

5、备三道密封刷构成两道油脂密封腔且能够承受土压、水压及同步注浆产生的压力，不低于0.5MPa。6.每道盾尾密封舱密封油脂注入口不少于6个，且应能监测到每个注入口油脂注入压力，及总油脂注入量。,选型技术要求,刀盘1.刀盘开口率应根据开挖地层的特点来确定，以保证渣土顺利进入土舱内，适应快速掘进和建立土压的要求。2.刀盘上刀具布置应充分考虑地质条件并具有一定高差，层次感强，且为满足正反方向旋转的要求，对于磨蚀性较强的砂卵石地层和砂层，刀具应增加耐磨性。3.刀盘前方土体改良剂注入口不少于4个，应合理分散布置，且刀盘中心须至少设置一个注入口。4.配备扭矩应根据开挖地层的特点来确定，对于砂卵石地层，直径为6

6、280mm刀盘额定扭矩不低于5000kNm，脱困扭矩不低于6500kNm。5.刀盘背面应设置搅拌棒，通过刀盘的旋转带动搅拌棒对渣土进行搅拌改良。6.应充分考虑地层对刀盘的磨蚀性（尤其是砂卵石地层和砂层），刀盘正面及侧面应具有足够的耐磨性。,选型技术要求,带滚刀复合式面板式刀盘,推进系统1.推进系统提供的最大推力应根据地层条件和管片强度综合考虑，应能克服盾构推进过程中所遇到的最大阻力。2.推进油缸行程应根据管片的环宽和K块管片插入的长度来综合确定。3.推进系统提供的最大推进速度达80mm/min。4.推进油缸撑靴在与管片接触时能保证推力缓和均匀地作用在管片上，并保证密封止水橡胶条的完好。,选型技

7、术要求,盾构机进、出场的运输,盾构吊装调试现场作业，主要风险有超重超宽超高风险，对地上地下管线及结构物细致调查保护风险，大型起重吊装风险，超大型设备协调配合调试风险等等。,盾构始发(出洞)阶段,盾构始发三大钢结构件: 1 . 洞门钢环 2 .始发接收托架 3 . 反力架,盾构始发与到达是盾构施工中风险较大的环节之一，极易发生安全质量事故。,端头加固质量不能满足施工需要1.端头加固工法选择不合理（旋喷桩、搅拌桩、袖阀管、冷冻法）2.端头加固范围不够。主要体现在加固长度、深度上。3.端头加固质量未能达到设计要求。 加固体本身强度不够，难以满足抗滑移或剪切的要求。 加固体不连续，局部出现渗漏。 加固

8、节点处理不好，特别是围护结构与加固体之间的间隙处理、不同工法之间的界面处理。,洞门密封渗漏（1）洞门密封钢环脱落或开裂，造成密封失效。（2）洞门帘布橡胶板开裂或未拉紧造成密封失效。（3）盾构机始发姿态偏差过大造成密封失效。为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由帘布橡胶、压板、垫片、螺栓和钢丝绳等组成。,反力架加固不能提供足够的反力，造成反力架失稳（1）反力架结构强度不够（2）反力架加固不牢固。（3）始发台加固不牢固，未做好有效的防扭和抗浮措施。,运营地铁隧道、越江公路隧道及立交桥、高速

9、铁路、房屋等重要构筑物的变形要求极其严格。在盾构的穿越施工过程中稍有不慎，易对高灵敏度软土产生相对较大的扰动，从而引起较大的地层损失率，导致被穿越的重要建造物产生过大不均匀的变形，严重威胁人民生命财产，对社会产生较严重的后果。,既有运营线事故,中心刀磨损破坏严重,土仓内的孤石,刀具更换,卵石层施工风险,极端情况：长沙地铁二号线浅埋过砂卵石地层，地面为400米密集棚户区坍塌。,盾构刀盘面板和刀具布置图,未使用的螺旋输送机耐磨块情况,断裂破碎段施工风险,图8-2 硅化角砾岩岩块,过矿山法空推段施工风险,主要为矿山法施工断面侵限，未及时断面测量，导致盾构通过时卡盾，在空推段容易造成盾构抬头、推力突然

10、增大、姿态突变、管片错台、上浮及渗漏等,由于地下工程地质条件的复杂性以及地质勘探的局限性，隧道穿越的地层不可能一一查明，盾构推进工作面前方可能会出现各类障碍物，如废弃钢筋混凝土桩、旧桥台、人防工事、降水井等，造成盾构机较大破损甚至无法正常推进。,遇障碍物施工风险,2008年4月15日广州地铁六号线开仓作业过程气体爆燃事故及气体监测。,深圳地铁开仓作业过程中仓内掌子面坍塌。,2015年6月26日，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。,应急柴油空压机和氧气仓,掌子面地质情况勘察,仓内气体检测,掌子面制作的泥膜,二、典型风险案例分析与处置,风险事故情况,某地铁盾构隧道建设过程中发生了两起险情。两事故

11、均是在高水压粉土粉砂地质条件下，一起是盾构接收到达时水土进入工作井内，另一起是在盾构接收后洞门密封失效，管片外侧水土进入工作井内，好在都没有造成人员伤亡。属于盾构建设过程中高风险的盾构接收阶段风险，具有一定的典型性。,（一）案例1,该区间长度只有约380m，最小平曲线半径800m，埋深1114m,但右线隧道位于河床底部。,概况,接收阶段主要穿越52、7层粉土或夹淤泥土层,1、概况,地铁右线隧道位于河床下，距离河床约8m,1、概况,透水时盾构位置，距离连续墙约1.2m，离成功只一步之遥。,1、概况,2、事故发生前采取的措施,盾构进洞采取的安全措施,在端头井设置1道500mm厚砼隔墙隔墙使盾构接收

12、井都变成密闭空间,2、事故发生前采取的措施,安全气囊通过充气方法使其膨胀，使气囊填满整个盾体与钢环间的断面，堵住漏水，从而达到无渗水的目的。,2、事故发生前采取的措施,外圈冷冻加固长度11.4m（土体长度），外圈帷幕厚度1.6m，内圈冷冻加固长度2.5m（土体长度）。,11.4m,2.5m,1.6m,2、事故发生前采取的措施,洞门圈外冻结孔增长1m，确保303环、304环注浆孔在盾尾与冷冻加固之间，保证冷冻“杯口”处环箍质量，阻断涌水涌砂通道。,2、事故发生前采取的措施,围堰平面图,2、事故发生前采取的措施,水平注浆加强止水,2、事故发生前采取的措施,3、事故经过,拔除内圈冻结管后，盾构开始恢

13、复掘进。304环掘进约18cm时螺旋机出现喷涌，土压力升高。随即采取防喷涌措施，同时在盾尾300303环继续进行双液浆环箍，并利用尾盾和前盾的12个径向注浆孔注聚氨酯环箍（约80方双液浆和1.2T聚氨酯）。,双液浆和聚氨酯环箍施工,3、事故经过,上述险情处置后经对冻结体分析评估，盾构进洞及维护冻结期间，通过对冻结体测温孔、去回盐水温度数据分析，土体温度处于稳定下降的态势，冻结壁应是完好的，对双液浆和聚氨酯环箍进行全面排查，未发现有渗流水沙现象。但还是按专家意见组织了对洞门进行混凝土回筑，混凝土浇筑约2m时，洞门出现漏水，此后约4小时后发生河水倒灌险情。,3、事故经过,分析表明：该盾构接收措施是

14、完备合适的，该处经过多次反复施工，存在大量抛石、建筑垃圾，地质情况极其复杂，对冷冻及注浆效果存在不利影响，盾构上部可能存在地下不明渗漏水通道。 同时回筑混凝土慢了点，且未见及时启动降水措施。,4、事故原因分析,5、事故处置,险情发生后，及时启动应急抢险措施，在泥水中盾构恢复推进，及时进入接收井，避免了盾构机下沉、成形隧道大幅变形破坏的风险。,地面采取的主要措施： 1、对盾构机前方地质进行了钻探取样和雷达物理探测； 2、在地面塌陷部位进行土方回填； 3、对地面河床下注浆加固； 4、对盾构端头井隔墙进行加固； 5、对新塘河导流管施工。,隧道内采取的主要措施： 1、盾尾后部30环管片用槽钢进行加固；

15、 2、对成型隧道和盾构机姿态进行24h加密监测； 3、前盾径向注浆孔压注聚氨酯； 4、尾盾压注惰性浆液； 5、盾尾后部管片注浆加固。,（二）案例2,该地铁盾构隧道为过长江区间隧道右线全长3003.39m，左线全长2993.859m，隧道最小转弯半径500m，最大坡度28。,1、到达端头的工程地质概况,到达端头隧道顶部埋深17.1m。上部为杂填土、粉质粘土，隧道穿越地层为3-5粉质粘土、粉土、粉砂互层以及4-2粉细砂层。,北侧医院放射中心、精神病院，南侧8层居民楼、7层电信大楼。,2、周边建筑物,左线,右线,2层,8层,7层,层4,洞门凿除完成推进盾构刀盘推1991环至洞门口，洞门右下角位置出现

16、小的涌水，在掘进过程中因接收姿态较差洞门帘幕橡胶拉断，涌水涌砂时经在盾尾5环管片范围内大量压注了聚氨酯顺利完成盾构接收； 在盾构机吊出后，底部渗漏水，在用堵漏王对底部渗水处进行封堵及压注聚氨酯、水泥、沙袋压填，上部采用混凝土回填后涌水止住，涌砂量较前次加大。后移盾构后配套拖车过程中，左线隧道内进行管片“环框+内支撑”安装时，1986-1988环突发管片错台，并带有管片破损声音，同时有渗水。2分钟后渗水停止。随后进行抢险，对19861988环进行木支撑加固，险情得以控制。,3、左线多次险情过程,险情发生后，及时启动了应急抢险措施，并对部分管片进行了补强处理。,堵漏处理,环纵缝、手孔处理,裂缝、错

17、台及破损处理,安装钢圈,环氧树脂充填,管片壁后补充注浆,三、风险事故管控原则,1、人为因素控制,要坚决摒弃施工过程中的侥幸决策心理！在安全及经济间一定把安全放在第一位，提高方案决策者对安全的真实认知水平！,2、盾构机因素控制,进出洞施工控制,确保盾构始发姿态与设计轴线基本重合负环定位时确保管片轴线与线路切线重合始发阶段防止盾构机低头、旋转加强推力、扭矩控制，注意油脂有效性盾构其它参数的合理设定。,3、施工控制技术,始发接收施工控制,要对环境情况调查了解情况，制定安全可行的盾构加固方案。针对地层渗透系数大小，切实采取素桩（墙）、搅拌旋喷或注浆等措施地层加固、帷幕隔水、降水、冷冻法、钢套筒接收乃至

18、隔墙分割封闭后水土进洞。切实加强地层强度、透水性、整体性效果的监测与监测。,盾构钢套筒接收（始发）及水下到达,四、总结与展望,每次重大事故，都是多因素综合作用的结果针对隧道施工风险，应采用风险规避、风险防治、风险处理、及时补救等措施，防治风险发生、扩大。工期紧、低价竞标，市场体制、管理体制需要完善信息化施工，动态、实时、全过程监测数据分析和风险发布地铁盾构隧道工程全过程风险演变，通过对盾构隧道各阶段基础风险的演变分析实现宏观的风险控制,施工风险中，要高度重视人的因素！无论建设管理单位、还是设计、施工、监理、质量监督部门，只要是高质量的人来进行技术决策，合理权衡风险事故与经济利益的重要性，彻底杜绝赌徒式的侥幸心理！,工程风险总是客观存在，但我们所为就是不能让风险演变为事故！,谢谢！,