盾構隧道施工風險與規(guī)避對策

盾構隧道施工風險與規(guī)避對策2023年7月25日，鄭州市南陽路一處地鐵施工塌方一、地鐵隧道的風險認知2023年7月20日，青島地鐵南京路和哈爾濱路交叉口路面塌陷2023年7月11日，青島地鐵3號線08標保兒站龍門吊傾倒2023年6月13日長春地鐵一號線圍護樁鋼支撐意外脫落2023年5月6號，西安地鐵三號線始發(fā)井發(fā)生塌方2023年1月28日廣州地鐵施工地段塌陷近年來，全國已經(jīng)開通和待開通地鐵的城市有28個，正在建設中、獲得審批及規(guī)劃中的有31個。在助推中國成為全世界最大的“城市地鐵建設市場〞的同時，也帶來了層出不窮的平安事故，造成人員死亡的典型事件有——

2023年4月1日，深圳龍崗區(qū)的地鐵3號線工地進行橋墩澆鑄混凝土施工時發(fā)生事故，造成3死2傷；11月15日，杭州蕭山區(qū)風情大道地鐵施工工地發(fā)生大面積地面塌陷事故，導致212死24傷；

2023年1月8日，上海工地在建地鐵11號線地下施工工地突發(fā)火災，導致1死6傷；8月2日，西安地鐵1號線施工現(xiàn)場因溝槽開挖支護不及時導致塌方，造成2人死亡；

2023年7月14日，北京地鐵M15號線車站施工過程中，支撐鋼架脫落，導致2死8傷；

2023年6月1日，北京地鐵6號線內發(fā)生塌方事故，1人死亡；2023年12月31日，上海地鐵12號線某停車場在施工中發(fā)生坍塌，造成5死18傷；

2023年1月2日，廣西南寧一在建地鐵工地的污水管線遷改施工中發(fā)生塌方，3人被困，其中2人最終死亡，6月13日，長春地鐵一號線，衛(wèi)星廣場車站工程由于局部圍護樁鋼支撐意外脫落，1死2傷……一、地鐵隧道的風險認知地鐵盾構隧道施工風險發(fā)生機理地鐵盾構隧道施工風險的原因可分為自然因素、人為因素和盾構機因素。一、地鐵隧道的風險認知地鐵盾構隧道施工風險可分為管理風險、人工風險、材料風險、設備風險、社會環(huán)境風險和自然環(huán)境風險六類。風險分類自然因素包括不可抗拒的地質災害、氣象災害等不可控因素，和不良地質條件造成的地鐵盾構施工風險的因素。盾構施工過程中，大局部不良地質可以探測或預測，如果措施得當，其中的局部甚至全部風險可以躲避。杭州地鐵一號線勘察遇到儲氣層自然因素盾構穿越巖土復合地層、構造帶、破碎帶等。成都某車站基坑剖面廣州地鐵四號線杭州地鐵一號線復合地層，盾構推進時，刀盤上下部受力不均，盾構姿態(tài)控制困難，磨損刀具。盾構施工過硬黏土層，結泥餅，含沙礫時，磨損刀具。盾構施工過流塑狀淤泥地層，工后沉降可能過大，管片錯臺、開裂、盾構機“栽頭〞，工作井/橫通道發(fā)生底涌。盾構施工過粉細砂層和砂層，橫通道/工作井加固失效導致粉細砂涌入，造成結構破壞、地面塌方。盾構施工過中粗砂，土壓力控制困難，砂涌入密封艙，造成地面沉降。盾構施工過礫石地層，刀盤、刀具磨損嚴重，地面工后沉降較大。盾構施工遇到土洞、溶洞。盾構施工遇到有害氣體。人為因素包括戰(zhàn)爭、政變、恐怖襲擊等不可預知、不可控因素，和政治、決策、設計、施工、合同、財務、環(huán)境、技術等可以采取得當措施，局部甚至全部可以躲避的風險的因素。人為因素天津地鐵二號線建國道站至天津站區(qū)間盾構透水事故，氣焊切割盾構機螺旋傳送機點檢口，致高壓水柱噴涌，造成塌陷。盾構機是地鐵盾構施工過程中唯一的施工工具，而且是不可代替的一種工具，在盾構施工過程中，盾構機一旦發(fā)生嚴重損壞，往往會使工程不得不停頓下來。盾構機改造與修復盾構機因素刀盤開挖直徑與噸橋直徑之間形成的施工間隙不能立即填充補償。刀盤開挖直徑與隧道管片直徑差形成的間隙不能立即填充補償。刀盤與前體盾殼之間間隙易造成盾構機上部地層損失或變形。盾構機推進擾動前方土體，破壞局部地層穩(wěn)定性。盾構推進產生震動，影響上部建〔構〕筑物。常見事故盾構機機械故障舊盾構機再使用風險異常磨損造成的設備和刀盤刀具損壞施工操作或材料原因造成的設備損壞或故障電路、油路、管路故障盾尾刷失效不明原因造成的設備損壞漏漿漿液盾尾漏漿情況圖盾構施工造成地面隆沉超標和建筑物損壞盾構施工振動、盾構超挖等造成地面建筑物不均勻沉降過砂層和粉砂層施工引發(fā)涌砂、噴涌、地面塌陷、隧道變形廣州地鐵二八號線上海地鐵四號線盾構施工造成地面隆沉超標和建筑物損壞刀盤結泥餅造成地面沉降螺旋輸送機噴涌造成地面沉降盾構機進出工作井及橫通道施工事故泥砂涌入工作井地面塌陷盾構施工操作不當造成事故始發(fā)措施不當造成盾構糾偏超限超壓注漿導致管片破碎負環(huán)加固管片錯臺涌水盾構機姿態(tài)控制不當造成隧道軸線超限施工措施不充分造成隧道上浮操作不當造成盾構機翻轉放水卸壓廣州地鐵四號線旋轉29°盾構施工操作不當造成事故盾構機卡殼施工參數(shù)不當導致隧道整體旋轉南京緯三隧道施工遇地層突變盾構機卡死盾構施工操作不當造成事故添加劑使用不當造成噴涌和結泥餅換刀、氣壓作業(yè)問題盾構施工操作不當造成事故地下障礙物造成事故特殊地質體障礙物地下人工障礙物切割巖塊盾構過江河湖海隧道永久結構質量問題平安事故地鐵盾構施工風險控制應考慮人為因素、盾構機械、施工技術三方面因素，從多方面進行風險綜合評價，根據(jù)風險大小分別采取事前躲避、實施時防范，事后的及時補救等全過程風險控制。控制技術二、地鐵盾構隧道施工風險控制技術人為因素控制提高平安意識，杜絕僥幸心理。標準施工操作，強化風險意識。盾構機因素控制盾構機選型控制與工程地質匹配對周圍環(huán)境影響小可以輔以合理的輔助工法性能滿足施工長度和線形要求盾構機掘進能力與后配套設備匹配刀具檢查與更換砂卵石地層和復合地層，盾構掘進時刀具磨損嚴重，頻繁換刀加大了施工風險和工程費用。選擇合理的刀具類型配備合理的刀具數(shù)量設置不同種類刀具配置的高度常規(guī)換刀，切實開挖面支護與加固、工作面通風與照明、地面監(jiān)測等準備工作，換刀過程中切實做好平安保障措施。埋設較淺，地面有施工條件時，可選擇地面工作井換刀。盾構機定期維修保養(yǎng)施工參數(shù)控制盾構推力控制由于施工環(huán)境的變化，在掘進過程中，盾構機的有效推力在設計推力所占比例是一個動態(tài)變化的過程。掘進時，掌握盾構的施工因素，包括地層變化、中途停機、盾構偏移及襯背注漿質量等，以此控制總推力，提高有效推力，正確指導施工。盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制包括：機體滾轉控制和前進方向控制，施工中，合理糾偏。施工技術控制盾構過不良地層施工控制對工作面前方地層進行探測配備合理的刀具選擇合理施工參數(shù)調節(jié)差異地層注漿壓力復合地層，調節(jié)分區(qū)油缸壓力加強人工量測地表隆沉控制嚴格盾構姿態(tài)控制，減小地層擾動選擇合理漿液類型控制注漿量、注漿壓力和漿液質量，及時同步注漿根據(jù)地表變形情況，及時二次注漿加強監(jiān)測，信息化施工開挖面穩(wěn)定控制控制推進速度、泥渣排土量、新泥漿補給量利用探測裝置進行土體崩塌檢查建立地表沉降與信息反響機制及時檢查開挖面水壓信號信息化施工進出洞施工控制制定合理的地層加固方案洞口翻開前，進行加固效果檢驗確保盾構始發(fā)姿態(tài)與設計軸線根本重合負環(huán)定位時確保管片軸線與線路切線重合始發(fā)階段防止盾構機低頭、旋轉加強推力、扭矩控制，注意油脂有效性橫通道施工控制選擇合理加固技術開挖前進行檢驗旁通道兩側設置防護門減小土層凍脹對隧道的影響監(jiān)測凍土帷幕的形成狀態(tài)凍結開孔前，探測地層穩(wěn)定性加強凍結過程檢測嚴密監(jiān)測隧道變形，確保平安隧道上浮控制嚴格控制隧道軸線，減小土體擾動選擇合理的同步注漿漿液采用雙液漿打環(huán)箍出現(xiàn)上浮且范圍較大時，進行補壓漿加強縱向變形監(jiān)測，針對性注漿糾正過開挖面障礙物控制對開挖面前方進行探測對前方障礙物進行破除所謂不良地層是針對盾構法而言。在黏土中采用明挖發(fā)或者采用礦山法，不一定有困哪，但是采用盾構發(fā)生施工時，結泥餅將會是大問題，在20世紀八九十年代，結泥餅是世界性的難題。如果富水砂層采用礦山法施工，恐怕是如履薄冰，但采用泥水盾構那么沒有太大風險。三、地質預測預報準確性風險及對策盾構施工的不良地層1、作為永久結構的盾構隧道本身是不穩(wěn)定，工后沉降可能性很大，以至于造成線路縱波的變化及管片的錯臺、開裂和破損。2〕盾構機機體的重量在軸向上是不均句的,其前部的1/3包括刀盤主軸承和螺旋輸送機等,大約占盾杓機重量的2/3以上。在這種流塑狀於泥地層中掘進時,易出現(xiàn)盾構機“栽頭〞問題。其結果是盾構機姿態(tài)難以控制，進而造成管片的錯臺、開裂、破損等。3〕假設盾構機的工作井或隧道的橫通道位于這種地層中,主要的問題是如何保證圍護結構的施工質量及防止基坑開挖時的底涌〔一〕第四系流塑狀淤泥層盾構機在軟粘土中遇到的問題可能會小一點,在硬塑狀的粘土中問題會大一些。粘土中含有一定的沙粒成分，對道具磨損會有影響。在均一粘土中，盾構機的刀盤和刀具的配置相對容易和簡單，但在復合地層難度就大多了。因為在選擇刀盤和刀具力是，既要考慮盾構機的大開口率，又要考慮在巖石地層中破巖功能對刀盤強度的要求：既要防止?jié)L到在粘土中的偏磨，有又不能不配置一定量的滾到。

添加劑的使用,特別是泡沫的使用,已經(jīng)很好解決了粘土中結泥餅的問題?！捕车谒南嫡惩恋貙?1)粉細砂層：使用上圧平衡盾構機時，只要添加劑使用得當,也沒有大同題。假設使用泥水盾構機,除了泥水別離困難外，掘進本身沒有難題。在這種地層中，施工出現(xiàn)的主要問題是發(fā)生在盾構隧道間的聯(lián)絡通道和盾構機進出井問題。主要原因在在于上述這些特殊部位的土體加固效果不佳或采取的施工工藝、施工程序欠妥當，使得粉細砂大量涌人隧道或工作井,使己完成的隧道或車站結構嚴重破壞、底面嚴重塌陷。(2)中砂、粗砂或中粗砂層：比較松散,粉土和粘土顆粒一般含量很少。采用土壓平衡時：工作面上中粗砂在地下水的作用下極不穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)較大土壓波動，就造成過量砂涌入盾構密封艙，將很危險。該層中粘土顆粒少，渣土和易性差，在地下水的作用下會發(fā)生螺旋輸送機噴涌，進而倉內失壓，引起地面塌陷?！踩车谒南捣奂毶昂蜕皩尤涨皣鴥榷荑际┕び龅降牡[石大體有兩類：一類是成都地鐵遇到礫石為代表，粒徑30-70mm，占地層55-80%。另一類是沈陽地鐵盾構遇到的地層為代表，大于20mm的礫石占30-404%，答題時連續(xù)級配。成都地鐵的礫石層問題較大，難解決。主要如下四方面。1、刀盤〔開口率〕和刀具〔滾到和刮刀的選擇與組合〕的配置問題；2、刀盤和道具的磨損〔主要是土倉內礫石的滯排〕問題和換刀工藝問題；3、螺旋輸送機噴涌問題〔和易性問題〕；4、地面工后沉降問題?！菜摹车谒南档[石地層成都地鐵某基坑剖面沈陽地鐵某基坑剖面

復合地層：硬巖層，上線軟硬互層〔五〕復合地層問題廣州3號線-漢溪長隆盾構區(qū)間地質剖面杭州地鐵1號線某區(qū)間地質剖面孤石：人工拋填碎石，第四系漂石、花崗巖的球狀風化體等?！擦彻率瘡V州地區(qū)發(fā)現(xiàn)溶洞有兩種：一種是石灰?guī)r，另一種是碎屑沉積巖中?！财摺橙芏磸V州地鐵5號線-淘金路區(qū)間石灰?guī)r溶洞廣州地鐵5號線-草暖