4.盾构选型与地层特征word版本.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,盾构选型关键技术,工学博士 袁大军,北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京,Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing,2011年7月,新干线,TUNNEL,开敞式,闭胸式,SHIELD,闭胸式,SHIELD,SHIELDO.D.,：,東京湾横断道路,TUNNEL,闭胸式,SHIELD,SHIELDO.D.,：,年,圆泥水式盾构,（,）,地下鉄车站部区间,同時施工,闭胸式,SHIELD,手掘式,半机械式,机械式,全敞开式,半敞开式,挤压式,泥水式,土压式,闭胸式,盾构,土压平衡式,加泥式土压平衡式,盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞,开式、半敞开式及闭胸式三种。,国内外根据各种使用条件的不同，使用的盾构也不同，特别是面板及刀具的形式多种多样。,目前，应用最广的是泥水盾构和土压平衡盾构。,手掘式盾构,半机械式盾构,网格式盾构,土压平衡盾构模拟视频,土压平衡盾构及泥水平衡盾构原理,地 层,刀盘,进泥管,排泥管,泥浆,压缩空气,连通管,压缩空气,泥模形成区,盾构选型的基本原则,开挖面稳定,地层的适应性,地下水处理,沉降,施工适宜性,安全性,辅助工法,环境及公害,一般原则,地质条件,手掘式盾构,半机械掘,削式盾构,机械掘削盾构,网格式盾构,泥水式盾构,土压式盾构,土压盾构,泥土盾构,分类,土质,N值,含水率,(%),辅助工法,辅助工法,辅助工法,辅助工法,辅助工法,辅助工法,辅助工法,无,有,种类,无,有,种类,无,有,种类,无,有,种类,无,有,种类,无,有,种类,无,有,种类,冲积,性粘土,腐植土,淤泥、粘土,砂质淤泥粘土,砂质淤泥粘土,0,02,05,510,300,100-300,80,50,A,A,A,A,A,-,-,-,A,-,-,-,A,-,-,-,A,-,-,-,A,洪积性粘土,垆姆粘土,砂质垆姆粘土,砂质垆姆粘土,1020,1525,20,50,50,20,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,软岩,风化页岩、泥岩,50,30,40,AB,AB,AB,AB,AB,AB,AB,AB,AB,AB,-,A,A,A,A,A,A,A,-,-,-,-,注（1）手掘式盾构、半机械掘削式盾构、机械掘削式盾构、网格式盾构，原则上采用气压工法。,无：不使用辅助工法：原则上适合条件 A：化学注浆工法,有：使用辅助工法：使用时须加讨论 B：降水法,：原则上不适合的条件,-：特殊情况下也可以使用,（2）主要表示希望选定的工法，但是也包括部分土质不适合的不得不采用的情形。,序号,项目,变频电动机驱动（A）,一般电动机驱动（B）,液压驱动（C）,说 明,1,驱动部外形尺寸,中,大,小,一般情况下,A:B:C=(1.52):2.5:1.0,2,后续设备,少,少,较多,C需要液压泵、大油箱、冷却装置等，故后续设备较多,3,效率（）,0.95,0.9,0.65,电机驱动效率,高于液压驱动,4,起动电流,小,小,小,A:利用变频起动电流小,B:采用切断磁粉离合器起动，电流小,C:由于无负荷起动电流小,5,起动扭矩,大,较小,大,A:起动扭矩可达额定扭矩的120,B:约小20,C:起动扭矩可达额定扭矩的120,6,起动冲击,小,大,中,A:由于变频软起动，冲击小,B:离合器离合，冲击大,C:控制液压泵排气、可以低转速、缓慢起动，故冲击较小,7,转速控制,（微调性）,好,差,好,A:由于变频，可控制转速和进行微调,B:由于采用离合器，不能实现无级调速,C:控制液压泵排量，可控制转速和进行微调,8,噪音,小,小,大,C:液压系统的噪音一般大于电动机系统,9,盾构内,温度,低,较低,较高,C:液压系统功耗大，故温度较高,10,维护保养,易,易,较困难,B:维护保养工作较少,C:液压系统的维护和保养一般较复杂，要求较高。,盾构刀盘驱动方式比较表,注：A驱动传递过程：变频电机减速器驱动刀盘,B驱动传递过程：电机离合器（磁耦）减速器驱动刀盘,C驱动传递过程：液压马达减速器驱动刀盘,盾构类型与渗透性的关系,盾构类型与渗透性的关系,地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的影响因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的透水系数小于,10,-7,m/s,时，可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在,10,-7,m/s,和,10,-4,m/s,之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于,10,-4,m/s,时，宜选用泥水盾构,。,盾构类型与颗粒级配的关系,一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。,盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。,盾构类型与颗粒级配的关系图,粒,径,比,例,盾构类型与水压的关系,当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。,当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。,我国典型地区盾构选型,我国盾构应用较多或较早的地区是上海、广,州及北京地区，可以说这三个地区分别代表,了我国三大区域的土层特征，盾构特征。上,海是软土区域，广州是软弱不均区域，北京,是砂卵石地层为特点。,上海地铁盾构选型,1.盾构机选型依据及一般程序,上海属于软土地层，根据上海的地层特点，盾构机选型依据按其重要性排列如下：,土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成层等各参数）,开挖面稳定（自立性能）,隧道埋深、地下水位,设计隧道的断面,环境条件、沿线场地（附近管线和建构筑物及其结构特性）,衬砌类型,工期,造价,宜用的辅助工法,设计路线、线形、坡度,电气等其它设备条件,实际上，在选定盾构时，不仅要考虑到地质情况，还要考虑到盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。选择盾构的种类一般要求掌握不同盾构的特征。同时，还要逐个研究以下几个项目：,(1)开挖面有无障碍物；,(2)气压施工时开挖面能否自立稳定；,(3)气压施工并用其它辅助施工法后开挖面能否稳定；,(4)挤压推进、切削土加压推进中，开挖面能否自立稳定；,(5)开挖面在加入水压、泥压、泥水压作用下，能否自立稳定；,(6)经济性。,2.根据地质条件选择盾构机类型,砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。因在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制造使用方便，造价低。,针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑使用密封型的盾构，以保证工程的安全，条件许可也可采用降水或气压等辅助方法。,对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，般应使用土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构的话，须增加一个鳄式碎石机，在输出泥浆前，先将大石块粉碎。,3盾构机选型的其它条件,除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境因素、基地条件等。,工期制约条件,因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。,造价制约因素,一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。,环境因素的制约,敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机。,基地条件的制约,泥水平衡式的掘进机必须配套大型的泥浆处理和循环系统，若需使用泥水平衡盾构开挖隧道，就必须具备较大的地面空间。,设计线路、平面竖向曲线形状的制约,若隧道转弯曲率半径太小，就需考虑使用中间铰接的盾构。例如直径为6m的盾构，其长度也有何67m，如将其分为前后铰接的两段，显然增加了施上中转弯的灵活性。,4,辅助工法的使用,掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、冻结法、注浆法等。前三种属于物理方法，注浆法属于化学方法。这些方法也主要是用于保证隧道开挖而的稳定，注浆法还能减少盾构机开挖过程中引起的地表沉降。一般密闭式掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆用以填补建筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下，若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用压气法辅助施工，以高气压保证开挖面的稳定，在这一辅助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构机在砂质土或砂砾层中施工时，可考虑使用降水的方法改变地层的物理力学指标，增加其自立性能，确保开挖面的稳定。冻结法的施工成本较高，一般情况下不采用，但在长隧道的盾构对接中使用。,5,盾构工法的选定程序流程图,上海西延伸线贯通,广州地铁盾构选型,广州地区复合地层的概念与特点：,广州位于珠江三角洲冲积平原的边沿,滨临南海,其中也分布少量的低丘沟壑地貌。广州降水非常丰富,珠江水系的河流密布,地下水位较高。,广州市区表层广泛分布第四纪沉积物,下覆是中生代白垩系红色碎屑岩,北部地区有显露古生代二叠系和石炭系的砂页岩、页岩以及前震旦系变质岩,东北部有燕山晚期侵入的花岗岩等。第四系沉积物主要由陆相和海相沉积的淤泥、沙层、沙砾质粘土层等构成。下覆地层由于风化原因,其残积层的厚度和深度差异较大,中度风化 微风化岩石的抗压强度为10150 MPa。广州地区地质构造较为简单,比较大的褶皱有珠江向斜、广州背斜和沙河向斜,规模较大的断裂有七条,基岩裂隙比较发育。,盾构选型中的地质因素：,广州地铁沿线的工程地质、水文地质条件比较复杂,其中最重要的特点是工程范围内的岩土均一性差,物理力学特性差异大。地铁围岩既有十分松软富水的淤泥质土、中细沙层,又有较坚硬的砂砾岩、花岗片麻岩、混合岩,以及介于上述两类岩土之间具不同风化程度的软塑 硬塑状粘性土层。软硬相间的红色砂泥岩是地铁隧道施工的主要地层。因此选择用于广州地铁施工的盾构时,要求它必须有与上述地质条件相匹配的性能。,广州地铁施工用盾构选型需考虑的地质因素:,(1)第四系松软土层,广州地区第四系覆盖层较厚,其中冲洪积的淤泥、淤泥质粘沙土、中细沙层等是特别松软的地层,主要分布于市区西部的黄沙、荔湾一带及珠江河道支叉两岸。由于它们饱水、稳定性差、无自稳能力,开挖时易坍塌、涌水、涌沙,地面沉降明显。因此,要求通过此类土层的盾构必须具有良好的密水性能,具有生产和保持足够泥水压力和土压平衡压力的功能。,第四系冲洪积沙质粘土和红色碎屑残积层及全风化带多呈流塑至硬塑状,透水性弱,稳定性差,适宜采用土压平衡盾构施工,但应注意通过粘粒成分高的土层时盾构刀盘要有防止刀盘面被粘结的功能。,(2)白垩系泥岩、砂质泥岩、砂岩等地层,这是广州地铁沿线碰到的主要岩层,随着风化程度的不同,其岩石强度和稳定性变化较大,但整体稳定性属中等。适宜选用复合型土压平衡盾构施工。但施工中应注意地层的上下软硬不均及纵向软硬相间的问题。中微风化钙质和铁质胶结的砂岩、砂砾岩的岩石强度较高(最高达60 MPa 左右),是盾构刀盘、刀具选择时必须加以考虑的因素。,(3)中生代燕山期花岗岩及震旦系混合岩,广州地铁区间隧道部分地段围岩为花岗类岩体和混合岩岩体。此类岩体的以下特点是盾构选型时必须考虑的因素:中等风化及微风化岩,岩石抗压强度达到140 MPa 以上;岩石中石英含量较高,对刀盘和刀具的磨损性强;全风化及部分强风化带整体破碎,遇水和扰动后易液化、流坍,而其中存在的球状风化“孤石”却十分坚硬、耐磨。,(4)断层破碎带,广州地铁区间隧道经常碰到规模不等的断层破碎带,它多为富水且稳定性差,少量为铁、钙质或硅质胶结的角砾岩,十分坚硬,这些都会给盾构施工造成困难。要求盾构具有良好的密水性能,同时为了对断层带属性和影响范围作出预报,要求盾构应配备地质超前钻探的机具或装备这些设备的预留装置。,(5)穿越江河地段,广州地处珠江三角洲的河流密布区边缘,地铁隧道下穿江河时有发生,遇到此情况时,应根据江河河床段工程地质、水文地质条件选择合理的施工方法。如果下穿隧道围岩为软弱、透水性强的岩土层或透水断层破碎带时,最好选用泥水盾构;如果下穿隧道围岩为透水性弱或不透水的粘性土或基岩时,可根据不透水(或弱透水)层距隧道顶部的厚度选用土压平衡盾构或泥水盾构。无论选择何种类型的盾构,防止江河水涌入隧道、确保围岩稳定是关键。,广州地质对盾构性能的特殊要求:,(1)机械的主要部分应有充分的可靠度,特别是刀盘结构体、主轴承等应保证在一个区间施工完成之前不出现大的问题,避免在施工过程中进行维修。,(2)驱动系统应有较高的工作弹性,驱动系统应适应复杂多变的地层,特别是在同一开挖面存在软硬不同的地层时,刀盘的转速应均匀,有足够的脱困扭矩。从已经成功施工的工程应用来看,采用液压驱动是比较好的选择。,(3)刀盘有较强的适应性,刀盘应配备有充足的刀具,且刀具可以更换,以分别对付软硬不同的围岩。,(4)刀盘有较高的开口率,较高的开口率可以防止刀盘在粘性较高的地层中掘进时中心部位结成泥饼,地铁二号线穿越珠江的海珠广场 市二宫区间施工时,刀盘中心部位的泥饼就成为施工的最大障碍之一。,(5)配备碴土改良设备,碴土改良设备能向土仓和开挖面注入土质改良剂，既可以降低刀盘和螺旋输送机的转动扭矩、降低机械负荷,又可以防止产生泥饼,在渗透性大的地层还可以减少地下水的流失。,(6)配备人仓加压系统及碎岩系统,为顺利通过软硬不均和球形风化孤石等地段,应配备人仓加压系统,并应配备碎岩系统。,(7)主机有超前钻孔预留口,盾构主机上设置超前钻机一方面可以超前探测地质状况,另一方面在无法从地表进行地层加固时可以从隧道内加固地层。,(8)可靠盾构铰接部分,盾构的铰接部分应有充分的可靠性,且应配备铰接紧急密封。从几个工程实例看,铰接位置的漏水漏砂曾经造成数起地层下陷事故。,下表列出了广州不同地质要求的盾构配置状况,广州大汉区间贯通,对盾构机掘进有不利影响的 典型工程地质和水文地质,残积土的粘土以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，会在刀盘表面或土仓内形成泥饼。,上软下硬或上硬下软的不均匀地层难以全天候进行动态平衡控制，易导致顶部坍塌。,软硬地层突变及花岗岩地区的球状风化体，会使刀盘变形和刀具崩裂。,富水断裂带和岩石破碎带等地层会导致螺旋输送机出土口涌水涌砂，造成施工困难；,过江河或砂层、淤泥层，易失水和扰动引发大的沉降；,土压平衡状态施工遇到石英含量的地层时，刀具磨损严重。,盾构机对复合地层适应性的因素研究,设计寿命：,盾构机设计寿命的提高对复合地层中盾构机的掘进施工影响较大，区别于单一均质地层，在复合地层中的最大不同点是，盾构机本身在设计上就必须考虑到对付千差万别地层变化。设计寿命作为一个反映盾构机综合性能的重要指标，其寿命的长短将直接关系到其应付各种地质条件的可行性和安全性。例如，在广州地铁使用引进的盾构机当中，部分按主轴承4000h、掘进3km使用寿命设计的盾构机所表现的对付不同性质地层的掘进能力明显不如那些按主轴承10000h、掘进10km使用寿命设计的盾构机。为了保证10km的使用寿命，盾构厂家主要在钢结构的强度和主轴承密封系统进行了明显的优化。,主要技术参数：,盾构机的推力和扭矩取多大合适，一直是研究的重点。对于同一个项目，不同的制造商或承包商给出的盾构机主要参数，如刀盘转速和相应的扭矩相差甚远，这表明：不同的制造商对同一地区的地质条件的理解和认识明显不同。事实上，依据于地质特征的盾构机参数计算模式的局限性是显然的，目前还无法用一个或几个数学模型来准确模拟开挖介质，即千变万化的广州地质特征。广州的盾构施工实践已经把类似地质条件、同直径（约6m）隧道对盾构机主要技术参数，如最大推力、额定扭矩等，提出了明确的要求。,刀盘开口和刀具的配置,：,选择刀具配置，应充分研究刀具的均衡性原理各种刀具的破岩机理，除考虑各种刀具的轨迹覆盖整个刀盘面外，刀具的组合形式、刀具的高度及高度差等性能或指标也很重要。,螺旋输送机的功能优化,渣土改良设备,人仓及加压环境下作业设备,刀盘轴向平移装置,保压泵碴系统,辅助施工设施,粉细砂地层盾构掘进,富水粉细砂层含水量丰富,透水性很强。盾构在穿越这类地层时，对土体产生扰动极易发生流砂或板结现象；,砂土液化引起的涌水、涌沙现象使盾构开挖面失去稳定平衡，产生开挖面失稳现象，进而对隧道本身和隧道周边建（构）筑物的安全产生影响。,我国在稳定性差的富水粉细砂层中使用土压平衡盾构设计施和工经验不足,频繁出现险情和事故。,南京地铁1号线某标在富水粉细砂地层盾构出洞时出现两次流沙现象,地面下陷1.5m。,南京某标段在盾构到达时发生坍塌，路面最大沉降最大达4m。,上海轨道交通四号线靠近黄浦江的某标段盾构隧道在联络通道施工时出现大量流沙，导致隧道上方地表价值过亿的泵房因沉降过大而报废，相邻数栋建筑物严重倾斜而无法使用,江堤出现险情。工期展延超过两年，经济损失超过人民币6亿元。,砂性地层中盾构推进的影响,存在的问题,土压平衡盾构施工成功的关键之是合理进行土压力管理，使开挖面保持稳定。为保证密封舱内的土压力能够真实反映，需要要将开挖面切削下来的土体在密封舱内调整成一种“塑性流动状态”的土体。如果地层是淤泥质粘土层的话，只要在密封舱内通过旋转翼板搅拌，就可满足这种状态顺利进行施工。但是，如果地层是粘粒(粒径小于0005mm)的含量较少(小于10)的卵石层、砂土地层、粉土层、风化岩地层，进入密封舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态”，从而给土压力保持带来困难，导致施工出现以下问题。,开挖面失稳,当盾构开挖面中心水、土压力与盾构机密封舱内压力无法平衡的时候，将产生开挖面失稳。土压平衡盾构在砂性土层中施工时，由于砂性土流动性极差，切削下来的土体并不能充满整个密封舱，进入舱内砂性土大颗粒沉积在密封舱的底部，而细小颗粒浮在上层，出现分层离析、表层失水、开挖面上部的土压力无法被舱内压力平衡，发生土体失稳。,高水头压力下，大刀盘切削振动可能引起工作面附近砂土液化，孔隙水压力上升，有效应力减小，抗剪强度降低甚至丧失。液化引起的管涌流砂使工作面失去稳定平衡。土体失稳将引起大幅度的地层位移，使得相邻的建、构筑物产生差异沉降，管线破裂，地表发生大范围沉陷，造成巨大的经济损失。,产生开挖面稳定问题的原因如下：土压平衡式盾构是将开挖下来的土料泥土化，由刀盘上轮辐开孔进入开挖面后的密封舱，通过施加适当的土压力并控制出土量，使密封舱土体挤压密实，保持与工作面水、土体侧压力动态平衡，开挖面处于稳定状态。,要保证开挖面的稳定必须注意以下几个环节：首先，盾构施工过程中必须在开挖面和隔板之间充满土料，这里土料是作为一种荷载传递的介质，将密封舱的压力由刀盘上的开孔传递到开挖面上，以维持工作面的稳定；其次，在盾构推进挖土和管片拼装过程中，始终保证盾构机密封舱内压力始终略微大于正面主动侧压力P,S,和水压力P,w,之和。,土压平衡式盾构在砂性土层中比较容易丧失稳定性主要是由于砂性土、砂质粉土等土层由于土的渗透性好，受扰动后产生水土分离流出，土与水不能形成具有一定流动性的土料，无法完全充满开挖面与隔板之间的土舱，致使在开挖面上局部区域压力不平衡从而导致工作面失稳。由此可见要保证土压平衡式盾构在砂性土等特殊土层中施工时工作面的稳定，应当增加砂性土的保水性，改善其流动性。,盾构推进时周围土体发生液化导致土体沉降,虽然土压平衡盾构施工时不会对盾构周围土体造成影响，但在砂性土等粘粒含量较少的特殊土层中的盾构推进过程会发生一个特殊现象，尤其是颗粒级配不理想和相对密度较小的土层中容易发生液化。,由于粉细砂层颗粒与颗粒之间吸引力相对很小，几乎没有连接，且含水量较高，所以在循环荷载作用的一开始，就产生一个较大的瞬间变形。主要原因是颗粒受到挤压后，孔隙体积被压缩，孔隙比减小，此时部分有效应力发生转移，由超孔隙水压力来承担，土骨架强度降低，土体产生残余变形。当施加的动应力小于临界动应力时，随着振动时间的增长，土体颗粒经过不断调整，已能够适应变化了的压力环境，此时变形已趋于缓和，这是一个结构再造阶段。最后，当振动时间继续增长时，土体结构差异性调整已不明显，结构参数的变化大多趋于平缓，新的结构体系已基本形成；在压力的进一步作用下，新体系的结构要素仅做适当调整以求得更加巩固的平衡结构。这时的永久变形值基本上已趋于稳定。但是当施加的动应力大于临界动应力时，随着振动次数增多，土体结构经过一段时间的调整仍不能适应新的压力环境，而在这过程中，孔隙水压力不断上升，有效应力不断下降，最后导致土体强度丧失，也即粉细砂层达到了液化状态。,在砂性土层中盾构推进时，因盾构前进、盾构内部设备的振动和其他等因素，容易使周围的砂土发生液化，这在推进速度较慢和推进持续时间较长等情况下更加明显。砂土发生液化后，不可避免地造成土体的沉降。,密封舱内砂土积聚，切削推进困难,土压平衡式盾构穿越砂性土地层时，若砂土中含有少量粘粒，则在盾构密封舱内的压力较高时，渣土往往无法顺利排出，在这样的情况下如果继续强行推进，那么密封舱内的砂粒失水固结越压越紧，将会使千斤顶的顶推力增加，刀盘的扭矩变大盾构无法正常推进，甚至会使刀具损伤，主轴承断裂，盾构严重损伤。上海地铁明珠二期I临平路溧阳路区间盾构隧道，在粉砂地层中施工，盾构推进时遇到这个问题，密封舱的闭塞密封舱内压力失控、扭矩变大、盾构推进困难，同时还引起较大的地层位移和地表沉降。,密封舱闭塞问题产生原因：土压平衡式盾构在砂性土层中掘进时，密封舱压力较在粘性土中掘进时高。含有少量粘粒的砂性土经刀盘切削进入密封舱后，由于砂性土本身具有较大的内摩擦力，加上少量粘粒所提供的粘结力，使得渣土在较高的密封舱压力作用下，发生应力重分布，在螺旋出土器的进出口附近容易产生拱作用，拱外渣土无法进入出土器，造成密封舱闭塞。消除密封舱闭塞现象的关键在于消除压力拱，参照普氏理论，压力拱形成的一个重要原因就是松散体之间存在较大摩擦力和粘结力，因而应当从降低渣土的内摩擦角着手考虑。,舱内泥砂“结饼”,当土压平衡式盾构在粘聚力和内摩擦角都比较大的土层中施工时，在密封舱内，主轴承附近的土体往往会排水固结，形成饼状，若不及时采取措施，结饼的范围将不断的扩大，最终充满整个密封舱，使得刀盘扭矩增大、切削困难甚至无法进行。2002年，深圳地铁一期工程就遇到了这样的问题，最后不得不停止推进，打开密封舱人工处理，由此引起了临近建筑物沉降，地表塌陷，对工程的影响巨大。,密封舱结饼现象问题产生原因：在砾质粘性土等同时具有较大的粘聚力和内摩擦角的土层中进行盾构掘进时，由于刀盘转动较慢，密封舱中的土体受到的搅拌作用的影响由周边向中间递减，在密封舱主轴处的土体基本上只受到沿盾构轴向的压力，在此荷载下，渣土中的孔隙水排出，发生固结，形成泥饼。若不及时处理，泥饼将向周边不断扩大直至充满整个密封舱。与密封舱闭塞现象相似，引起结饼现象的关键在于砾质粘性土本身所具有的较大的粘聚力和内摩擦角，如何降低渣土的粘聚力和内摩擦角是解决结饼问题的核心。,排土口喷涌，污染盾构作业面,通常情况下，在螺旋出土器的出口处，所排出的渣土中的水的压力为零，渣土在自重作用下落入传输带，然而在渗透性较大的砂性土中施工时，密封舱和排土器内的土体不能完全有效地抵抗开挖面上较高的水压力，会在螺旋出土器的口部产生喷涌。采用土压平衡式盾构施工的深圳地铁曾经遇到过这样的问题，广州地铁施工中也出现过因为喷涌而严重影响施工工期的情况。,喷涌发生问题产生原因：盾构正面的砂土中的水头压力所产生的向螺旋出土器出口的渗流力经过密封舱以及螺旋出土器过程的水头损失，还会在螺旋出土器的出口产生喷涌。,喷涌发生的主体是强度较低的扰动土，发生路径是筒状的螺旋出土器，而且土体本身处于运动中，只是由于运动的速度和压力失控发生的现象。喷涌发生的关键是砂性土具有良好的渗透性，不能对流经的水造成较大的水头损失。,开挖面稳定理论分析方法,其他盾构隧道应注意,的问题及对策,盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行掘进的。首先，在掘进时周围有钢筒保护，掌子面有土压平衡，施工安全性好。其次，盾构法开挖、装渣、支护全部机械化作业，衬砌环为工厂预制，施工质量易控制和保证，防水效果比较好。因此从整体上来说，盾构法施工时的安全风险性是比较小的。但由于施工中各种不确定性因素的存在，盾构法施工仍存在工程风险和发生安全事故。,施工阶段,可能存在的安全事故,盾构进出洞阶段,工作井塌方,盾构进出洞漏水漏浆,盾构进出洞时机械故障,盾构进洞时轴线偏离过大,盾构推进阶段,土仓压力设置不当,盾构正前方工作面失稳,盾构前方地层出现空洞,盾构遭遇障碍物,注浆参数控制不当,运输车脱轨、碰撞,盾构推进中轴线控制不佳,盾尾密封失效,管片接头漏水漏浆,管片拼装时碰撞、就位不准,盾构机及其辅助设备故障,其它,盾构始发事故,某综合管廊隧道处于含水砂层中采用盾构法修建，内径5.5m、外径6.1m，复土层厚约14m。始发井端部土层采用旋喷桩注浆加固，由于加固不当，盾构没有始发，即被淹没在竖井中。,水沙淹没到盾,构刀盘中心,盾构被水沙全部淹没,盾构壳体依然可见,正在竖井中处理的盾构状况,加固不当引起的始发竖井密封出现问题,水流喷出,喷涌而出的3Bar压力泥沙！,一天之后流出的清水状况,盾构到达事故,盾构机到达接收井外土体为含水砂层，因加固长度不足及加固质量差，引起的地面塌陷。,最深达4米,加固体没有坍塌的部分,盾构到达无法正常进行，导致接收环境充满水沙进行盾构接收,竖井中充满,水沙，等待,盾构到达！,北京地铁M4盾构出洞,盾构接收井外地面沉陷,法国某地铁工程盾构塌方事故,上海M4联络通道塌方引起地面沉降和建筑物倾斜,对策：,防止盾尾漏浆措施,（1）提高同步注浆质量与管理,（2）加强盾尾舱的管理,（3）盾尾漏浆对策,防止隧道上浮措施,在盾构掘进过程中，加强隧道监测是防止隧道上浮的积极措施，对盾构机和管片进行姿态控制，能够有效控制隧道上浮。,盾构法施工下穿建筑物的对策,（1）合理设置土压力值，保持正面平衡，防止超挖和欠挖；,（2）穿越时降低推进速度，控制总推力，减少土层扰动；,（3）穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数及纠偏量，减少土体的扰动；,（4）在穿越邻近建筑物地段，保证一次穿过，不能中途换刀，如实在避免不了在上部地段换刀，则要事先进行充分预案。首先从盾构前部预留的超前加固装置对土仓上部及前方顶部的土体进行注浆加固，以保持开挖面稳定不出现塌方，然后再对土仓加气压后更换刀具。,谢 谢！,