城市轨道交通工程盾构施工技术与安全风险管理.pptx

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,2014/8/17,#,城市轨道交通工程,盾构施工技术与安全风险管理,2014,年,8,月,盾构机发展概要,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,一、盾构隧道设计概况,1,、北京地铁五号线盾构隧道设计概述,隧道平面设计：线路贯穿北京市中心，连接昌平、朝阳、东城、崇文、丰台五个城区，盾构法施工的区间隧道长度为,5.6km,，基本上沿和平里西街、雍和宫大街、东四北（南）大街、东单北大街敷设，下穿雍和宫大街西侧民房、护城河以及污水、上水、电力、热力、电信等地下管线。盾构隧道采用两条单线圆形隧道，左、右线线间距,14.8m,20.75m,。隧道曲线段最小曲线半径为,400m,，最大半径为,2000m,。,一、盾构隧道设计概况,1,、北京地铁五号线盾构隧道设计概述,隧道纵断面设计：隧道纵向基本为“人”字坡和单坡，坡度,0.3%,1.7%,，隧道结构顶面覆土厚度,9.2,14.7m,。盾构隧道沿线主要穿越砂质粉土、粉,质黏土,1,、粉细砂、砾砂,1,、圆砾、卵石,2,等地层。,序号,钢筋混凝土管片设计,1,建筑限界,5200mm,2,管片净空,5200+1002=5400mm,3,管片厚度,300mm,4,管片外径,6000mm,5,管片环宽度,1.2m,6,管片分块方式,环向,6,分块：,3,标准块（,A,型）、,2,邻接块（,B,型）、,1,封顶块（纵向插入式,C,型）,7,管片拼装方式,错缝拼装,8,管片类型,标准环、楔形环（左、右转环）,9,楔形管片楔形量,（,R=300m,曲线）,=48mm,，,=0.46,10,管片连接方式,环向,12,个、纵向,16,个弯螺栓连接,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,二、盾构掘进施工技术,1,、盾构施工流程,土压平衡盾构施工流程,泥水平衡盾构施工流程,二、盾构掘进施工技术,2,、土压平衡盾构施工参数,理论计算,参考以往工程经验,初步确定参数,初始掘进,(,试验,),监控量测,施工参数,(,调整,),隧道埋深、地质条件、周边环境等变化,动态调整,监控量测,(,调整,),二、盾构掘进施工技术,2,、土压平衡盾构施工参数,土舱压力,排土量,盾构推力,刀盘扭矩,掘进速度,注浆速度,注浆量,塑流化改良,注浆,压力,刀盘转速,螺旋机,转速,螺旋,机,扭矩,盾尾密封油脂,刀盘开口率,刀具磨损,盾构姿态,刀盘扭矩 盾构推力 掘进速度,二、盾构掘进施工技术,2,、土压平衡盾构,施工参数,管片环宽,：,1200mm,掘进速度：,10mm/min,掘进时间：,120min,掘进速度：,20mm/min,掘进时间：,60min,掘进速度：,40mm/min,掘进时间：,30min,掘进速度：,80mm/min,掘进时间：,15min,同步注浆可能成为制约因素,盾构掘进施工宜通过合理优化施工组织方面的手段提高施工进度，应控制适宜的掘进速度，使掘进速度与同步注浆速度相匹配。,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,三、盾构机选型,1,、盾构机分类与选型,城市轨道交通工程中常用的盾构机类型如下：,机械式盾构,密闭式盾构,敞开式盾构,土压平衡盾构,泥水平衡盾构,复合,盾构,三、盾构机选型,2,、刀盘选型,面板式刀盘,三、盾构机选型,2,、刀盘选型,辐条式刀盘,三、盾构机选型,3,、广州地铁,3,号线盾构工程实例,广州地铁,3,号线沥滘站大石站区间盾构机位于南珠江主航道下方发生刀盘解体事故，该处隧道埋深约,13m,，水深,8,9.5m,。,盾构通过的地层为,强风化泥质粉砂岩、,中风化泥质粉砂岩，局部为,全风化层。,层最高抗压强度不超过,30MPa,。,2005,年,5,月,31,日，刀盘扭矩突然攀升并造成机器连锁，反复正反转动刀盘未果，过程中听到土舱内有异响，排,泥,中发现一把完整的齿刀连同刀座，并发现有大量类似被刨下的铁屑。开舱检查后发现刀盘,4,号与,6,号辐条之间除牛腿外其余部分几乎全部缺失，土舱内堆积了大量的刀盘构件残骸。,三、盾构机选型,3,、广州地铁,3,号线盾构,工程实例,刀盘修复：安装,5,号破断辐条；,安装,5,号辐条连接肋板；,对刀盘进行整体加固，形成包括刀盘边缘环形圆箍。,三、盾构机选型,4,、土压平衡盾构机选型的基本思路,工程地质条件,地质水文条件,盾构隧道设计参数,周边环境及变形控制要求,确定盾构机类型,刀盘设计,螺旋机设计,刀盘驱动系统,螺旋机驱动系统,盾体设计,注浆系统,后配套设备及驱动系统等,塑流化改良系统,人闸舱及保压系统等,电气化控制集成,测量导向系统,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,四、盾构始发、到达施工及风险控制,1,、盾构始发、到达施工风险,盾构始发、到达施工最常见的风险主要有端头土体加固效果未达到要求，造成洞门围护结构破除时土体失稳，或盾构机盾体外部缝隙渗漏，严重时引起地表塌陷。,为防止洞门土体失稳、渗漏，在破除洞门、盾构始发前，应对洞门土体加固、止水效果进行检验，发现土体强度或止水效果不足时应进行补充加固。破除洞门时，可采取喷射素混凝土对土体临空面进行封闭。破除过程中发现土体出现坍塌迹象应及时封闭洞门重新加固。盾构始发前应按设计要求安装洞门密封装置。,四、盾构始发、到达施工及风险控制,2,、,广州地铁,APM,线盾构始发,工程实例,广州地铁珠江新城旅客自动输送系统土建,3,标右线凿除洞门时曾有较大涌水，割除洞门外排钢筋时，洞门中下部外排钢筋保护层混凝土发生较大水平变形（向基坑内侧鼓出），较大水流带粉细砂从混凝土与围岩间隙涌出，但未得到彻底处理。,盾构始发掘进至,-1,环，洞门密封下部出现较大涌水涌砂渗漏，在短短,20min,内，涌水量达,300,多,m,3,，夹带涌砂量达,160m,3,，涌水涌砂迅速淹没始发井区域，并漫至车站底板上。,四、盾构始发、到达施工及风险控制,2,、,广州地铁,APM,线盾构始发,工程实例,盾构始发端头加固方案为,C15,素混凝土地下连续墙（嵌入中风化岩,1m,）,+,水泥搅拌桩（四边形咬合），根据现场地质情况，地下连续墙终孔标高位于始发洞门中部偏上位置，水泥搅拌桩桩体进入强风化岩,100mm,。,四、盾构始发、到达施工及风险控制,2,、,广州地铁,APM,线盾构始发,工程实例,序号,事故原因分析,1,地下连续墙入岩深度不足，墙底存在一定厚度的沉渣，提供了地下水渗漏可能的通道。,2,水泥搅拌桩采用的四边形咬合方式，理论咬合宽度仅,100mm,，加上成桩施工的质量偏差，搅拌桩下部咬合宽度可能更小，为地下水渗漏提供了通道。,3,始发端下伏地层为,层，并无强风化层，搅拌桩无法进入,层成桩，桩底与岩面存在渗流通道。,4,地下连续墙与水泥搅拌桩接合不密，且未采取交接咬合措施，存在渗流通道。,5,凿除洞门前未施打水平探孔探查端头加固体的加固与止水效果。,事故处理：采用钢筋混凝土箱体包裹负环管片和盾构机以处理恢复掘进时洞门涌水涌砂问题。盾构机完全进洞后，采用聚氨酯堵塞,0,环与洞门之间的间隙以封堵负环管片接缝处的渗漏。,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-1,、砂,卵石,地层,掘进,(1),无,水砂卵石,地层,特点：一种典型的力学不稳定地层，结构松散、无胶结、呈大小不等的颗粒状，一旦被开挖，极易破坏原来的相对稳定或平衡状态，使掌子面失去约束而不稳定。刀盘旋转切削时，对地层的扰动传递到开挖部位的周围，继而再扩大扰动范围，形成较大的松动区，严重时会引起上覆地层的坍陷。,序号,施工风险,1,刀盘转动扭矩大，盾构推力大。,2,建立土压平衡较困难。,3,刀具、刀盘、螺旋输送机磨损严重。,4,螺旋输送机出渣较困难。,5,盾构姿态控制较困难。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-1,、砂,卵石,地层,掘进,(2),富,水砂卵石,地层,序号,地质特征,1,卵石含量高（达,55%,86%,），大漂石含量高（一般含量,10%,15%,，局部富集层达,20%,30%,），基坑开挖曾揭示的漂石最大粒径达,670mm,。,2,卵石单轴抗压强度高，一般在,65.5,184MPa,，最大值达,206MPa,。,3,地下水量极其丰富，渗透系数,k=13.53,27.4m/d,，地下水位埋深,2,5m,。,4,砂卵石层内摩擦角大，和易性和流动性差。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-1,、砂,卵石,地层,掘进,富水砂卵石地层对盾构施工的不利影响：,序号,对盾构施工的不利影响,1,对盾构刀盘、刀具、螺旋输送机磨损非常严重，盾构遇到大漂石时，掘进和处理比较困难。,2,卵石围岩中分布的粉细砂夹层在地下水作用下容易产生流砂现象。,3,经扰动后刀盘上方卵石层会变得松散，长期扰动下松散的卵石进入土舱形成上方空洞，进而引起地面塌陷。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-2,、,北京地铁,9,号线盾构,工程实例,北京地铁,9,号线丰台科技园站,科怡路站区间盾构主要穿越卵石、层，采用土压平衡盾构机，,总功率,1758kW,，额定扭矩,5980kNm,，总推力,34210kN,。盾构机配置开口率为,42%,的辐条式刀盘，,800mm,无轴螺旋输送机,。刀具配置为：,1,把中心鱼尾刀、,56,把齿刀、,16,把刮刀、,76,把先行刀（先行刀主要用于疏松砂卵石层）。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-2,、,北京地铁,9,号线盾构,工程实例,盾构掘进过程中，刀具发生较严重的磨损。,刀具、刀盘及螺旋输送机,磨损状况呈现,以下规律：,序号,刀具与螺旋输送机磨损状况,1,大部分先行刀磨损严重，从刀盘中心向外磨损程度逐渐增大。,2,齿刀松动，磨损程度同样为从刀盘中心向外逐渐增大。,3,周边刮刀外侧磨损严重，开挖洞径变小。,4,螺旋输送机入土口部位中隔板磨损较大。五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-2,、,北京地铁,9,号线盾构,工程实例,盾构,穿越无水砂,卵石,地层施工风险控制要点主要为：一方面加强掘进期间渣土塑流化改良控制，以建立较稳定的土压平衡状态，保持掌子面稳定，减小地表沉降，利于盾构姿态控制，降低对刀具、螺旋输送机的磨损；另一方面在刀具磨损达到一定程度时应及时更换刀具，确保盾构机具备良好的开挖能力。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-2,、,北京地铁,9,号线盾构,工程实例,序号,风险控制措施,1,塑流化改良,向刀盘、土舱中加注泡沫（浓度,35%,）与膨润土（浓度,3040%,）混合浆液，使砂卵石中的砂颗粒附着于卵石的表面，产生泥化效果，同时起润滑作用；向螺旋输送机加注膨润土浆液，提高卵石的输送效率。,2,刀具更换,沿隧道中心线每隔,300400m,选取适宜的位置，采用人工挖孔方式在地表施作,12001500mm,工作井，深度以接近到达刀盘中部为宜。工作井在盾构到达前施作完成，盾构到达工作井后进行刀具更换，对先行刀在刀盘前方进行补焊处理。刀具更换完毕，对工作井回填土至刀盘上方不小于,2m,后，恢复盾构掘进。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-3,、成都地铁,1,号线盾构工程实例,成都地铁,1,号线火车南站,桐梓林站、桐梓林站倪家桥站、倪家桥站省体育馆,站区间长度,分别为,943.5m,、,888.5m,、,4962m,，单线总掘进长度,2328.2,m,。,区间下,穿火车南站民房、股道群、机场高速立交桥、二环路人南立交桥等建筑物，地下管线密集。,隧道主要穿越,卵石土层，部分地段穿越,卵石土层，卵石含量高达,55,80%,，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，单轴抗压强度,65.5184MPa,。卵石粒径以,30,70mm,为主，局部,80,120mm,，地层中粒径大于,200mm,的漂石含量占,0,22.3%,（重量比）且局部密集成群。地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中，含水层总厚度,18.2,23.8m,，为强透水层，渗透系数,12.5327.4m/d,，枯水期地下水位埋深,35m,，丰水期,24m,。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-3,、成都地铁,1,号线盾构工程实例,盾构主要部件选型参数描述,刀盘结构形式,刀盘直径,6250mm,，开挖直径,6280mm,，面板式结构，中心支撑方式。刀盘转速,0,4.5rpm,，可双向旋转。,刀盘驱动,液压驱动，由九个液压马达通过九个减速箱来驱动刀盘，额定扭矩,6000kNm,，脱困扭矩,7150kNm,。,刀盘开口形式,开口率,28,，,8,个开口槽，刀盘开口部分加焊非封闭式隔栅，只允许粒径,300mm,的渣块进入土舱。,螺旋输送机形式,轴式双螺旋，直径,800mm,，节距,630mm,，,1,号螺旋机长度,13.4m,，,2,号螺旋机长度,8.1m,，最大出碴量,285m,3,/h,。,1,号螺旋机前端,1/3,螺旋焊接耐磨块，对前,1/3,的螺旋筒内壁进行耐磨处理。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-3,、成都地铁,1,号线盾构工程实例,左线隧道全长,2328.2m,更换,刀具,15,次，平均,145.5m,换,刀一次，最短换刀距离,87m,，,刀具,磨损较严重,。,DK14+393,处隧道,底埋,深约,15.9m,，施工,3,口降水井降水，降水井距隧道中线,5.5m,，深度,25,30m,，至少提前,7d,开始降水,。开舱后掌子面,土体稳定，降水,效果较好，完成刀具,检查和更换工作,。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,1-3,、成都地铁,1,号线盾构工程实例,大漂石的处理：通过工程地质详勘资料、补充地质钻探，确定大漂石的位置，提前采取措施处理。盾构掘进过程中，出现下列情况之一时，可能刀盘前方遇到大漂石：,序号,可能遇到大漂石的情况,1,刀盘前方发出异常声响。,2,正常掘进速度突然变小。,3,盾构机推力、刀盘扭矩出现较大波动。,4,刀盘转动时盾构机出现颠簸。,序号,漂石处理措施,序号,漂石处理措施,1,盾构机刀盘破碎漂石,4,人工挖孔处理,2,地层加固后常压进舱处理,5,冲孔桩破碎漂石,3,带压进舱处理,6,钻孔爆破处理,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,2-1,、富水砂层掘进,黏土,颗粒,含量较少,土舱和螺旋机内渣土和易性差,螺旋机喷涌,土舱失压,地表沉降、塌陷,土压平衡模式掘进,：控制土舱压力、出土量、掘进速度，保持匀速掘进。,砂层掘进的技术要点,塑流化改良：向掌子面、土舱添加泡沫、聚合物等方式。,加强刀具管理，建议进入砂层前全部更换新刀。,确保铰接密封、盾尾密封的防水效果。,适当提高同步注浆压力和注浆量，缩短浆液胶凝时间。,采用同步注浆和二次补充注浆的方式。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,2-2,、南京地铁,1,号线盾构,工程实例,南京地铁,1,号线许府巷站南京站区间右线隧道主要,穿越淤泥质粉质黏土、粉砂夹细砂、粉土等地层。隧道所通过的主要含水地层为饱和粉土和松散粉砂夹细砂，地下水非常丰富。,2003,年,1,月,12,日,10:00,，盾构机掘进至中央路,343,号房屋,(13-B4),下方时，由于盾壳顶部一段密封圈失效，导致砂水混合物涌入盾壳内，施工人员遂作停机处理。至,13:00,，涌入流砂累计约,3m,3,，施工人员打开紧急充气密封圈止住流砂。此时有居民反映中央路,343,号房屋出现多条裂缝。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,2-2,、南京地铁,1,号线盾构,工程实例,在距,7:00,监测后,6h,内，地表最大沉降处在里程,K12+754,处，,y59,点：,-28.3mm,；,13-B4-1,点：,-24.4mm,，不均匀沉降差达,-42mm,该建筑物二楼外墙面与一楼内墙上出现多条裂缝。,21:30,监测，,y59,点：沉降,-15.6mm,，累计沉降,-62mm,；,13-B4-1,点：沉降,-13.1mm,，累计沉降,-62.7mm,，不均匀沉降差约,-55mm,，建筑物墙上裂缝增多且原有裂缝增宽，危及建筑安全，遂对居民进行转移，另外在隧道内对沉降发生处进行二次补浆。,2003,年,1,月,13,日,6:30,监测，各主要测点沉降值均控制在,-3mm,内。,盾构离开此位置后，对房屋进行加固和修复，此次事故造成经济损失超过,200,万元。,发现涌水,涌,砂时果断采取封闭措施应可以避免房屋沉降开裂的发生。,砂层掘进中地表沉降具有“沉降快，稳定快”的特点。,及时进行同步注浆和二次补充注浆可有效快速减少地层损失。,事故教训,与总结,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,3-1,、上软下硬复合地层掘进,上软下硬复合地层对盾构施工的主要影响：下部坚硬岩层对滚刀破坏严重，上部软弱地层难以提供自稳的掌子面以进行刀具更换,。,序号,施工风险,风险分析,1,刀具损坏、更换困难,盾构刀具不能同时适应软、硬两种地层，滚刀从软土切入硬岩地层，刀圈易崩裂、偏磨，继而损坏严重；上部软土层自稳性差，给开舱换刀带来极大的风险。,2,盾构姿态控制困难,盾构掘进过程中，上部软土较容易被切削，而下部硬岩不易被破碎，盾构机容易被上抬。,3,地表沉降难以控制,下部硬岩导致掘进速度慢、时间长，上部软土因刀盘长时间转动而造成的扰动大，易发生出土超量或坍塌。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,3-2,、东莞地铁,R2,线盾构,工程实例,东莞地铁,R2,线茶山站榴花公园站,区间左线在,寒溪河下方,，盾构,机掘进地层主要为,砾砂、,硬塑状砂,质黏性,土,，属于由砂层和硬塑状黏土组成的上软下硬复合地层。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,3-2,、东莞地铁,R2,线盾构,工程实例,由于该区间采用泥水平衡盾构机，与土压平衡盾构机相比，对于地层软硬不均的敏感程度更为明显，在掘进过程,中，盾构,机,竖直,姿态,出现,了,过,大偏差。,对于,盾构穿越,上软下硬复合地层时，提前调整好盾构姿态，对于掘进过程的姿态控制、减少地层扰动以及地表沉降控制尤为重要。,重点,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,4-1,、球状风化体（孤石）地层,掘进,盾构通过球状风化体,(,孤石,),地层的难点和风险：,(1),球状风化体单轴抗压强度高，与周围土层强度差异大，难以被刀具破碎，并常在刀盘前方滚动，易造成刀具和刀盘的严重损坏，导致掘进困难，掘进速度缓慢。,(2),球状风化体造成地层软硬不均，盾构机姿态难以控制。,(3),掘进过程中球状风化体在刀盘前方滚动，对地层扰动非常大，易造成地表沉降、坍塌或周边建,/,构筑物损坏等风险。,(4),球状风化体周边地层自稳性差，给刀具检查和更换造成极大困难，同时对周边建,/,构筑物保护非常不利。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,4-2,、东莞地铁,R2,线盾构,工程实例,东莞地铁,R2,线西平站蛤地,站区间在,盾构穿越,的残积层和全、强风化地层中，,14,个钻孔揭示球状风化体，直径,0.33.2m,，占总钻孔数的,9.27%,。其中,在,ZDK18+661,、,ZDK19+288,、,ZDK19+625,、,YDK19+287,、,YDK19+377,处孤石侵入隧道范围,内。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,4-2,、东莞地铁,R2,线盾构,工程实例,盾构,机,在掘进球状风化,体地段期间，遭遇未探查到的,球状风化体,时刀具磨损严重，掘进困难。通过地表钻孔，采用爆破或注浆固结等方式,对,球状,风化,体进行处理。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,4-2,、东莞地铁,R2,线盾构,工程实例,盾构机在通过中间风井进行二次始发时，刀盘切入端头加固体约,0.4m,时掌子面中央偏下位置遭遇,球状风化,体，导致盾构机主轴承损坏。施工单位将盾构机拖出并对掌子面进行封闭，从中间风井吊出盾体，更换主轴承，并在对,球状风化,体进行处理后再次进行二次始发。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,4-3,、,球状风化体（孤石,）的处理方法,序号,球状风化体的处理方法,1,盾构机直接破除,满足条件,盾构机必须具有足够的破岩能力。,球状风化体必须处于固定状态。,2,洞内破除,爆破,岩石分裂机破除,3,地表破除,地表钻孔爆破,冲孔破除,人工挖孔处理,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-1,、地质,断裂地层掘进,地质断裂带地层成分复杂、破碎、孔隙率大，地下水赋存量大，在地层孔隙中易形成地下水通道。盾构机进出断裂带可能遇到地层突变，导致喷涌、,地层,坍塌、刀具刀盘损坏等风险。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-1,、地质断裂地层掘进,序号,地质断裂地层施工,风险,风险分析,1,地层突变,刀具磨损,断裂带与周围地层的特性差异可能较大（通常较为破碎），盾构进出断裂带时，掘进参数未及时根据断裂带的地层特性进行调整，刀盘贯入度控制过大，易导致刀具磨损；土压值控制过小，易导致刀盘前方及上方地层坍塌。,2,地层坍塌,3,地下水量大,喷涌,断裂带透水性强，较高的地下水压易导致螺旋机出土口喷涌、严重时可击穿盾尾刷；喷涌期间，出土量控制不准，超挖将可能进一步导致地层坍塌；开舱换刀时，即使采用压气作业，气压仍难以达到较好的堵水效果，地下水迅速的向土舱补充，可能危及换刀作业人员的安全。,4,击穿盾尾刷,5,刀具更换困难,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构,工程实例,广州地铁,5,号,线西村站广州火车站区间位于广从断裂带、广三断裂,及海珠断裂以北的构造区间，存在清泉街断裂衍生的风化深槽。区间隧道大致平行于地层走向，穿越地层以全风化,、强风化,、中风化,地层为主，局部夹微风化,地层，岩层主要为泥质砂岩、粉质黏土。岩层裂隙大部分被泥质充填，基岩裂隙水富水性不大。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构,工程实例,右线掘进,545,环后，土舱压力,0.3MPa,以上，推测前方水压较大，掘进速度,10min/mm,，喷涌时常发生。,606,环位置压气进舱作业，发现掌子面,9,点位置有一宽,1.5m,、高,2m,、深,1m,空洞，,3,点位置有一直径约,80cm,空洞，其下方有一直径,6cm,泉眼，有大量水涌出。掘进,611,环高压水将盾尾刷击穿，大量水从盾尾涌出，在盾尾注聚氨酯、双液浆但效果不大，隧道水深达,1.6m,。在盾尾,610,环背后注入快硬水泥并一次性注入,800kg,聚氨酯，将漏水封住，总排水量约,10000m,3,。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构,工程实例,涌水事件导致盾构机后方,76m,处内环路高架,122,墩下沉,69mm,，桥梁出现裂缝。盾构机减速齿轮全部损坏，盾构停机，刀盘处于,地层。,盾构机前方的,3#,联络通道，上台阶开挖到距右线,11m,时发生涌水，在,4,台,5.5kW,水泵抽排水情况下，隧道积水深度达,1.7m,，对掌子面浇筑混凝土后把涌水堵住，总排水量约,12000m,3,，加剧了内环路,122,墩沉降，达到,79mm,。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构工程实例,掘进所揭示的地质情况与详勘报告相差较大，故重新进行补充地质勘察。区间风化深槽较发育，水平方向岩面起伏较大，局部有突变，风化、构造裂隙发育，盾构机刀盘前方,23m,位置可能存在北西方向断裂构造带，走向基本与线路垂直。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构工程实例,为使盾构机脱困并恢复掘进，且确保内环路高架桥桩、周边建,/,构筑物的安全，必须对该段地层进行全断面注浆充填和加固止水处理。但注浆加固过程中，也需要防止盾构机被浆液抱死，因此需制定专门的处理措施。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-2,、广州地铁,5,号线盾构工程实例,盾构机后方成型管片系统注浆,刀盘、土舱注入膨润土充填,盾尾注入聚氨酯充填,盾构机前方,120m,范围全断面袖阀管注双液浆止水,更换盾构机第一、第二道尾刷,盾构中体与盾尾间焊接锰钢拉杆,盾构脱困掘进，逐步增加盾构推力,西村站广州火车站,区间盾构突水事件是广州地铁,5,号线盾构工程中影响最大的一次事件，整个处理过程用时,14,个月。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,5-4,、地质断裂地层,掘进的风险,控制,措施,序号,风险控制措施,1,事前,补充地质勘察和超前地质钻探。,具备条件时可采取地表双液注浆等措施，隔断地下水通道。,预定换刀地点，提前采取地表预加固措施。,合理选用硬岩刀具。,2,事中,盾构机进入断裂带前应进行全面检修、刀具更换，重点保证盾构机整体的密封性能。,根据地层特性及时调整掘进参数，控制合理的土压与刀盘贯入度，减缓刀具磨损。,刀盘面注入泡沫等改良材料，润滑、降温刀盘，改善出渣。,定期检查刀具，及时更换。,3,事后,持续监测，反馈地层变形情况。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,6-1,、,溶,(,土,),洞,地层,掘进,溶,(,土,),洞可能给盾构施工带来灾难性的巨大损失，盾构掘进中若遭遇侵入隧道空间范围内的溶,(,土,),洞，可能造成突水、突泥，盾构机栽头、陷落，严重的差异沉降导致隧道结构破坏；同时若溶洞突水得不到有效处理，可导致孔隙水位下降，从而影响周边建,/,构筑物的安全，严重时可造成地表塌陷。,为确保地铁施工及运营安全，必须充分探明溶,(,土,),洞的空间分布、大小及充填情况，采取行之有效的措施进行处理。,详勘阶段钻孔间距,(20,40m),过大通常未能完整揭露,溶,(,土,),洞的大小和分布情况，因此补充加密勘探尤为重要。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,6-2,、广州地铁,5,号线盾构工程实例,广州地铁,5,号线广州火车站小北站区间在,F1,、,F2,两断裂带间石炭系灰岩地层约,149m,范围内详勘阶段有,7,个钻孔揭示存在溶洞。为切实探明溶洞的分布与填充状况，采用高密度电阻率法物探、加密钻孔、电磁波深孔,CT,，综合判断后结合注浆孔布置补孔探测。,补充钻孔勘探布置为在距离隧道外侧,3m,处，隧道中线与两隧道中间位置布设,5,列、,25,排钻孔，每排钻孔间距约,5m,。隧道底埋深,22.8,24.3m,，位于隧道中心线位置钻孔深度,35m,，其余钻孔深度,30m,，揭示溶洞的钻至溶洞底以下,2,3m,。,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,6-2,、广州地铁,5,号线盾构工程实例,钻孔,固定,袖阀管,注入套壳料,分段压浆,孔道清理,压浆顺序：自下而上；,分段长度：,0.3m,；,浆液配制：,32.5R,普通硅酸盐水泥，开始压浆时按水灰比,11,配制，逐步调配至,0.7:1,0.5:1,。,注浆压力和注浆速度：注浆压力为,0.3,1MPa,，根据现场试验调整；注浆速度为,30,50L/min,；相邻注浆孔出现冒浆现象暂停压浆,8h,后再次压浆。,终压标准：注浆压力稳定在,0.5MPa,以上并稳压,10min,以上。,压浆效果检验：溶洞固结体内钻孔取芯，并对取芯孔进行抽水试验，应满足设计要求。,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制1-1,、,盾构,邻近,重要,建,/,构筑物,、地下管线,对于盾构邻近或,下穿建,/,构筑物,、地下管线，应采取预加固或隔离措施以及掘进施工过程严格控制，尽量降低盾构施工对建,/,构筑物、地下管线的影响。,重点,盾构掘进施工过程中，对地层的扰动难以避免，由于施工引起的地层损失以及施工过程中周边土体受扰动或剪切破坏导致土体重塑再固结，造成地表,沉降,。对大量隧道施工,引起的地表沉降实测,资料,，总结得出隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一,正态分布曲线。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-2,、广州地铁,9,号线盾构工程实例,广州地铁,9,号线广州北站站花城路站区间盾构下穿武广高铁和京广铁路,。京广铁路,6,条股道、武广客运专线,4,条股道，下穿范围共,100m,。武广客运专线铁路距隧道顶,9.4,9.8m,，京广铁路距隧道顶,7.9,8.9m,。铁路下方地层主要为,、,、,、,、,层，地下水丰富且埋深较浅，盾构穿越地层主要为砂层，石灰岩局部侵入隧道范围。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-2,、广州地铁,9,号线盾构工程实例,考虑武广高铁和京广铁路的沉降控制标准、地质条件、施工条件等因素，采用,MJS,水平加固桩对铁路路基下方土体进行水平加固。,铁路两侧施作两座明挖竖井,安装,MJS,工法设备进行水平加固桩施工,回填竖井，并在,2#,竖井预埋钢套筒以提供盾构整体检修和更换尾刷条件,盾构掘进,监控量测,地表,0,沉降目标,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-2,、广州地铁,9,号线盾构工程实例,MJS,水平加固施工采用分段渐进式施工，将每根桩分,3,次进行钻入成孔并分成,3,段进行土体加固，每段加固的距离有所减小，钻杆的长细比随之减小，刚度随之增大，保证钻杆不发生偏转现象。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-2,、广州地铁,9,号线盾构工程实例,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-3,、广州地铁,APM,线盾构工程实例,广州地铁珠江新城旅客自动输送系统,土建,2,标左、右线下穿运营中的地体,1,号线,(,体育西站体育中心站区间,),。地铁,1号线为暗挖区间，二次衬砌为,300mm,厚素混凝土。,APM,线采用土压平衡盾构施工，其隧道与,1,号线最小垂直净距为,2.342m,。上下隧道间地层分布主要为,硬塑性残积土。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-3,、广州地铁,APM,线盾构工程实例,序号,地铁,1,号线保护要求,1,区间隧道总沉降与位移不大于,20mm,。,2,轨道左、右股道高差不大于,4mm,。,3,隧道结构纵向变形不大于,4mm,（,10m,范围内）。,4,预警值为上述数值,90%,，超过预警值采取限速处理措施，保证运营安全。,5,盾构机刀盘距离地铁,1,号线结构边线,15m,，即启动预案工作。,APM,线天河南站基坑施工时已造成地铁,1,号线隧道沉降,7.7mm,，增加了盾构掘进施工的控制难度。,盾构下穿部位接近天河南站接收端，增加了工程风险。,右线盾构先行下穿，左线下穿将造成二次扰动。,该段为曲线段，盾构姿态调整增加了对土体的扰动或造成超挖。,地铁,1,号线处于运营状态，监控量测难度大。,工程风险分析,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,1-3,、广州地铁,APM,线盾构工程实例,施工控制措施,详细调查地铁,1,号线结构现状，进行第三方鉴定。,地铁,1,号线布设自动化监测设备，掌握沉降动态。,从暗挖接收端头拱部,150,范围打设钢花管，静压注浆加固盾构上方土体，提高地铁,1,号线地基承载力。,盾构下穿掘进时期采取如下技术措施：,分析总结前期掘进情况，掌握地层特点。,严格控制出土量,在,65m,3,/,环内。,加强渣土改良。,控制掘进速度，保持在,35mm/min,匀速通过。,严格姿态控制，每环调整控制在,5mm,范围内。,确保同步注浆质量和数量，注浆量不少于,5.5,m,3,。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,2-1,、盾构,下,穿地表水体,序号,施工风险,风险分析,1,浅覆土位置易发生冒顶透水,江河段隧道通常覆土厚度较浅，在高水头压力情况下，若盾构机密封失效，外部水体将可从主轴承密封、铰接密封或盾尾密封等进入到盾构机内，可能导致隧道被淹没的风险。,2,掌子面失稳坍塌,江河底部多为淤泥、淤泥质土、砂层等，受盾构掘进的扰动或土压控制不当，易造成失稳坍塌。,3,土压平衡盾构喷涌,地下水多与地表水体存在水力联系，若形成涌水通道，易引发螺旋机出土口喷涌，出土量难以控制，导致江河底坍塌、江河水灌入隧道等事故。,4,水体下方进行开舱作业风险,在江河底下进行刀具检查、更换或其他设备检修需开舱作业时，施工难度大，即使采用压气作业仍存在很大的风险。,5,隧道上浮,高水头压力下，地下水浮力易造成隧道上浮。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,2-2,、广州地铁,4,号线盾构工程实例,广州地铁,4,号线大学城南站新造站区间左线盾构机掘进至,442,环时，连续,10,环出现出土量在,100,130m,3,/,环的情况，严重超出正常出土量。出土时伴随有喷涌，渣土中发现黑色淤泥等江底淤泥层土。江底沉降监测值普遍在,1.88,2.62m,，最大达,2.99m,，造成长度,15m,的塌陷坑。,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,2-2,、广州地铁,4,号线盾构工程实例,盾构掘进超挖。,442,451,环地层为全风化混合岩,、强风化混合岩,、中风化混合岩,，有少量微风化混合岩,，盾构推力为,20000,25500kN,，扭矩,60%,75%,，速度,6,15mm/min,，反映出刀具已磨损较为严重。,在钻孔,ZK36,下方掘进时出渣较稀，含黑色淤泥、烂木，钻孔封堵质量差或未进行封堵而形成水力通道。,江底塌陷原因,处置措施,盾构中上部超前注浆加固地层，封堵涌水。,启动保压泵渣装置,，建立土压平衡,，控制喷涌。,添加高分子聚合物，进行改良。,隧道管片背后双液注浆，封堵后方水头。,纲要,一、盾构隧道设计概况,二、盾构掘进施工,技术,三、,盾构,机选型,四、盾构始发、到达施工及风险控制,五、地质条件复杂地段施工及风险控制,六、盾构邻近重要环境设施及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,七、盾构开舱作业及风险控制,1,、开舱作业施工概述,(1),常压开舱作业,适用条件：,地表场地,空旷,，,地层,自稳性好、透水性较差，地下水量,不大或地层经过预加固后达到同等要求。,(2),压气开舱作业,压气开舱作业可适用于多种地质条件，包括不具备预加固条件或在建（构）筑物下方不得不进行开舱作业的情况，能更好的维持开舱作业过程中地层的稳定性，具有明显的优势。,七、盾构开舱作业及风险控制,1,、开舱作业施工概述,压气开舱作业过程中，空压机、保压系统等设备的正常运行是保证掌子面及地层稳定的关键因素之一。,作业人员进舱作业过程中，一方面必须严格按照压气操作规程进行减压，避免作业人员患上减压病；另一方面必须对舱内气体成分进行检测，防止气体爆炸、中毒等意外事故发生，保证作业人员的安全。,七、盾构开舱作业及风险控制,2,、,开舱,作业施工,风险,控制,序号,风险控制措施,1,确保地层稳定，必要时应采取预加固措施，防止坍塌事故，保证作业人员安全。,2,压气开舱作业前应确保周边地层和盾构机自身的密封性能，防止因漏气导致气压无法维持。,3,确保空压机、保压系统等关键设备的正常运行，作业期间盾构机内应配备不少于,2,台空压机、备用电源或,1,台柴油动力空压机。,4,盾构机内应配备气体检测设备，进舱作业前应对舱内气体成分进行检测，确认安全状况后方可进舱作业。,5,每班进舱作业人员不宜少于,3,人，并应安排,1,人在作业期间密切关注地层稳定状况。,6,不宜选择在一环掘进完成后，拼装管片前进行开舱作业，以便在地层不稳定情况下迅速恢复掘进。,讲解结束，谢谢大家！,