1、中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁1111号线号线BTBT项目项目1130111301标项目经理部标项目经理部盾构隧道施工风险分析与控制中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁1111号线号线BTBT项目项目1130111301标项目经理部标项目经理部目录目录一、一、盾构隧道施工风险认知盾构隧道施工风险认知二、二、盾构隧道施工风险分析及控制盾构隧道施工风险分析及控制三、总结三、总结中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司20192019年年1 1月月2828日日 广州地铁施工地段塌陷广州地铁施工地段塌陷201
2、92019年年7 7月月2525日，郑州市南阳路一处地日，郑州市南阳路一处地铁施工塌方铁施工塌方一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知2019年年2月月10日日 武汉地铁盾构施工导致武汉地铁盾构施工导致地面坍塌地面坍塌20192019年年5 5月月6 6号，西安地铁三号线始发号，西安地铁三号线始发井发生塌方井发生塌方中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知20192019年年7 7月月3131日日，杭州地铁四号线在盾构机出洞导，杭州地
3、铁四号线在盾构机出洞导致河床坍塌，河水倒灌隧道致河床坍塌，河水倒灌隧道中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知20192019年年6 6月月2626日日，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知盾构隧道施工风险的原因可分为自然因素、人为盾构隧道施工风险的原因可分为自然因素、人为因素和盾构机因素。因素和盾构机因素。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知地铁
4、盾构隧道施工风险发生机理地铁盾构隧道施工风险发生机理中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司一、盾构隧道施工风险认知一、盾构隧道施工风险认知盾构施工的风险主要有：盾构施工的风险主要有：中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制1 1、地质与盾构选型风险、地质与盾构选型风险盾构机的选型应依据地质条件；开盾构机的选型应依据地质条件；开挖面稳定性能；隧道埋深、地下水挖面稳定性能；隧道埋深、地下水位；隧道设计断面、路线、线性、位；隧道设计断面、路线、线性、坡度；环境条件、沿线场地；管片坡度；环境条件、沿线场地；管片衬砌类型；工期
5、造价等。所以如果衬砌类型；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。应，是盾构施工最大的风险。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 盾构机选型原则盾构机选型原则l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。l考虑隧道区间平、纵断面设计，确保盾构施工满足设计线路要求。l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。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分
6、析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制l主机主机1.盾构主机由前盾、中盾和盾尾三部分组成，且具备足够的强度和刚度。2.土舱内土压力计不少于3个，且应该按上、中、下不同区位布置在土舱隔板内。3.土舱内土体改良剂注入口不少于4个，且应合理分散布置在土舱隔板上的相应位置。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。5.盾尾至少具备三道密封刷，两道密封舱，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
7、入量。选型技术要求选型技术要求中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制12345678中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制l刀盘刀盘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5个，应合理分散布置，且刀盘中心须至少设置一个注入口.
8、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6280mm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。选型技术要求选型技术要求中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制带滚刀复合式面板式刀盘带滚刀复合式面板式刀盘中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制l推进系统推进
9、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不低于10cm/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。选型技术要求选型技术要求中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制1.刀盘型式和刀具布置与地层的适应性评价，计划
10、换刀地点和换刀方案。2.同步注浆及二次补浆设备与盾构主体设备和地层的适应性评估。3.泡沫、膨润土等土体改良设备的性能、能力及其适应性评估。4.螺旋输送机的地层适应性评估。5.皮带输送机的相关特性及其适应性评估。6.润滑及密封系统的适应性评估。7.推力和刀盘扭矩的地层适应性评估。8.盾构主体设备使用年限超过8年或已累计施工隧道长度超过10公里（含）的盾构，盾构设备适应性自评估盾构主轴承及其密封的残余寿命。盾构设备适应性评估的主要内容盾构设备适应性评估的主要内容根据本项目工程地质、水文地质情况和环境风险工程情况和设计要根据本项目工程地质、水文地质情况和环境风险工程情况和设计要求以及施工中可能遇到的
11、各种风险因素对选定的盾构机进行适应性评估求以及施工中可能遇到的各种风险因素对选定的盾构机进行适应性评估。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制2 2、盾构组装与调试风险盾构组装与调试风险 盾构机进场的运输盾构机进场的运输,盾构吊装调试现场作业，主要风险有超宽超高运输风险，盾构吊装调试现场作业，主要风险有超宽超高运输风险，超大超重吊装风险，超大型设备协调配合调试风险。超大超重吊装风险，超大型设备协调配合调试风险。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制1、吊装
12、前对吊装环境进行验收。吊装场地地面硬化及吊装设备承重处地面承载力情况，当承载力不满足要求时，应采取铺垫钢板、施工承载桩等措施来解决；2、吊装前对盾构设备吊环进行探伤，确保吊环满足要求，台车应采取吊装保护措施。3、吊装前对吊装设备吊索进行安全检查，对吊装设备操作等人员的操作证书进行核查。4、吊件起升过程中，操作必须平稳，速度均匀，避免吊索受冲击力。5、根据盾构各个部件的重量、尺寸、场地条件和吊装设备性能，制定完善的吊装方案。6、吊装过程中应派专人看守，尤其重点巡视吊装设备承重处地面情况。盾构机吊装安全措施盾构机吊装安全措施应对措施应对措施中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧
13、道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制3 3、盾构始发与到达风险盾构始发与到达风险浆液和泡沫浆液和泡沫沿洞门密封沿洞门密封处涌出处涌出盾构始盾构始发是盾发是盾构施工构施工中风险中风险较大的较大的环节之环节之一，极一，极易发生易发生安全质安全质量事故。量事故。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制安全风险分析安全风险分析l端头加固质量不能满足施工需要端头加固质量不能满足施工需要1.端头加固工法的选择不合理（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
14、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。加固节点处理不好，特别是围护桩与加固体之间的间隙处理、不同工法之间的界面处理。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制安全风险分析安全风险分析l洞门密封渗漏洞门密封渗漏（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
15、帘布橡胶、压板、垫片、螺栓和钢丝绳等组成。锁紧用钢锁紧用钢丝绳丝绳扇形压板扇形压板中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制安全风险分析安全风险分析l反力架加固不能提供足够的反力，造成反力架失稳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。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制始发施工对策始发施工对策u应对端头加固效果进行检验；竖直抽芯过程：孔位、深度、连续性判断
16、抽芯孔封堵的效果 水平抽芯孔的确定，检查、及时封堵采用竖直抽芯和水平探孔相结合的方式检查洞门加固效果。u在洞门处安装止水橡胶帘布和扇形压板；密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。盾构推进中注意观察、防止刀盘周边损伤橡胶带；洞圈扇形钢板要及时调整，提高密封圈的密封性；备好注浆堵漏及承压水井点的施工条件，以应洞口涌水时急用。u应合理选择围护结构的破除顺序，确保破除过程中端头处土体的稳定；u对盾构机始发姿态进行人工复
17、测,确保盾构机始发姿态满足施工要求。盾构始发施工前盾构始发施工前中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制始发施工对策始发施工对策u洞门破除后应立即推进盾构；u盾构在加固区内的施工，土压建立前应严格控制出土量，正确使用加固土体松散系数；u盾构始发在快出加固区时应将土压建立到略高于正常值，以确保在盾构出加固区后不会因土压过低而造成地表塌陷事故；u总推力和扭矩控制在反力架及始发基座所能承受的范围内。盾构始发施工过程中盾构始发施工过程中中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分
18、析及控制到达施工对策到达施工对策u应对端头加固效果进行检验；竖直抽芯过程：孔位、深度、连续性判断抽芯孔封堵的效果 水平抽芯孔的确定，检查、及时封堵采用竖直抽芯和水平探孔相结合的方式检查洞门加固效果。u在洞门处安装止水橡胶帘布和扇形压板；密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。盾构推进中注意观察、防止刀盘周边损伤橡胶带；洞圈扇形钢板要及时调整，提高密封圈的密封性；备好注浆堵漏及承压水井点的施工条件，以应洞口涌水时急
19、用。u对隧道轴线进行测量，精确定位接收基座。接收基座。u对盾构机出洞姿态进行人工复测,确保盾构机出洞姿态满足施工要求。盾构到达施工前盾构到达施工前中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制到达施工对策到达施工对策u盾构到达进入加固区后应逐步减小土压直至降为0，同时降低总推力,降低推进速度，缓慢向洞门推进，同时严格控制出土量；u盾构到达出洞前一环,逐步出空土仓内所有渣土,防止盾构机出洞时发生喷涌；u盾构贯通时，对进洞口段至少1015环管片进行纵向拉紧作业。u盾构机贯通后,应及时拉紧帘幕橡胶板钢丝绳,使帘幕橡胶板包紧盾构机前体,确保
20、洞门密封，防止洞口处涌水涌沙，同时保证同步注浆砂浆不流失。u做好同步注浆，保证管片壁后注浆，控制地表沉降。盾构到达施工过程中盾构到达施工过程中中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制到达施工对策到达施工对策u端头加固方法及质量存在问题；u盾构始发/到达施工参数控制不合理（土压、注浆压力、推力等）；u洞门密封质量差，或安装方法有误，导致密封渗漏；u洞门破除过早。始发与到达风险原因始发与到达风险原因中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制运营地铁隧道、越江公路隧道
21、及立交桥、高速铁路、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。4 4、中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 盾构在其邻近或下方穿越盾构在其邻近或下方穿越建造物建造物时，盾构上方荷载变化较大且不均匀，且盾时，盾构上方荷载变化较大且不均匀，且盾构正面压力及推进姿态难以掌控，此时既要避免正面压力及同步注浆压力不足引构正面压力及推进姿态难以掌控，此时既要避
22、免正面压力及同步注浆压力不足引起沉陷，又要防止正面压力及注浆压力过高导致地层扰动过大或地面冒浆。同时起沉陷，又要防止正面压力及注浆压力过高导致地层扰动过大或地面冒浆。同时还应注意到盾构隧道渗漏及自身长期沉降可能导致的地面沉降加剧的影响。还应注意到盾构隧道渗漏及自身长期沉降可能导致的地面沉降加剧的影响。穿越建筑物施工难点穿越建筑物施工难点中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u出渣量过多；u土仓压力设置偏低；u同步注浆量不足；u二次补充注浆不及时；u地质条件差；u盾构机其它掘进参数和掘进控制不合理。安全风险分析安全风险分析中国
23、中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u下穿前100m，设定为试验段；u采用超土压掘进模式，保证刀盘通过时地面有23mm的隆起，并保持土压稳定性；u掘进参数：以“超土压、控出渣、饱注浆、勤监测、动态调整”的思路，制定掘进参数，保证连续推进。u严格控制出渣量，防止超挖；u加大同步注浆压力及注浆量，控制既有线沉降；u现场成立自动化监测室，根据监测数据实时调整掘进参数，做到信息化施工；u沉降无法控制时可在盾体同步注入可泥效，控制既有建造物沉降；u及时进行管片壁后二次补强注浆；u盾构机上储备足量的膨润土，以备意外停机，向土仓内注入。u
24、穿期间执行项目经理、土木总工等领导现场带班，24小时地面巡视。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、软硬不均地层软硬不均地层全断面硬岩地层全断面硬岩地层孤石段地层（球状风化体）孤石段地层（球状风化体）砂层砂层高黏土层高黏土层砂卵石层砂卵石层断裂破碎段断裂破碎段穿越水底浅覆土层穿越水底浅覆土层不良地质不良地质中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、
25、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 地层上软下硬，软硬不均现象明显，在这类地层中掘进效率低，刀具磨损严重、刀座变形、更换困难;刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞、盾构负载加大、易产生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨、线路偏移等，处理起来速度比较慢，严重影响施工进度，有时甚至因施工无法进展而不得不变更设计，花费成本较高，经济效益差。软硬不均、硬岩段地层风险软硬不均、硬岩段地层风险 中心刀磨损破坏严重中心刀磨损破坏严重中国中铁隧道集团
26、有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u盾构掘进参数的制定主要是从刀具保护角度来选择，掘进参数以“低速度、低转速、控扭矩、适推力、勤检查、控出渣”的思路进行制定，控制岩石对刀具的损坏，使地表沉降可控。u通过时，对刀具磨损量的评估非常重要，应勤检查刀具，可通过两方面进行判断：1、根据类似岩石对刀具的磨损量，和刀具检查情况，做好已经通过的掘进刀具磨损量的统计，量化总结，提前预判，根据掘进岩石的长度和刀具磨损量来制定开仓检查刀具的频率；2、通过对掘进参数的异常变化来判断刀具的受损情况，选择开仓进行刀具的检查。该检查更换刀具时必须停止掘进及时更换，
27、切忌存在侥幸心里，若造成刀盘受损，则后果不堪设想。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u因掘进速度慢，严格控制出渣量，掘进过程中对出渣量进行动态控制，合理控制每个掘进段落的出渣量，避免碴土的少出、多出为重中之重。u必要时可向土仓内注入膨润土，膨润土与土仓内的岩石混合，使岩石处于一种悬浮状态，有利于岩块出渣，防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象。u地面具备条件时，可采用深孔爆破对硬岩段进行预处理。施工对策施工对策硬岩硬岩深孔爆破深孔爆破施工施工刀具更换刀具更换中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二
28、、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 由于孤石的分布及大小是随机的，很难通过地质钻孔完全探明其分布情况，故给盾构施工造成了较大困难。孤石对盾构施工的影响主要表现在孤石对盾构施工的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀具磨耗导致刀盘强度和刚度降低，刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀具磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘受损和变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏，刀引起刀盘受损和变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏，刀盘堵塞，盾构机负荷加大；孤石无法破碎，致使盾构掘进受阻或偏离轴线；掘进盘堵塞，盾构机负荷加大；孤石无法破碎
29、，致使盾构掘进受阻或偏离轴线；掘进速度慢，对地层扰动大，出渣量不宜控制，对地面沉降影响较大。速度慢，对地层扰动大，出渣量不宜控制，对地面沉降影响较大。孤石段地层风险孤石段地层风险土仓内的孤石土仓内的孤石螺机断裂螺机断裂搅拌棒压弯搅拌棒压弯中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u盾构遇到未探明孤石时，首先要从盾构掘进参数上去判断是否遇到孤石，一般情况下，遇到孤石是盾构掘进参数总推力增大、扭矩波动大，速度减慢，刀盘前面有异常响声，渣温升高，然后可以去抓取渣样，看是否存在微风化花岗岩，可根据岩石性状、所占比例、刀盘响声位置、扭矩变
30、化规律来判断孤石大小，来调整盾构施工掘进参数。u2、遇到孤石后，盾构掘进参数的制定主要是从刀具保护角度来选择，掘进参数以“低速度、低转速、控扭矩、适推力、勤检查、控出渣”的思路进行制定，控制孤石对刀具的损坏，使地面沉降可控，安全通过孤石群。u 通过孤石时，对刀具磨损量的评估非常重要，做好已经通过的孤石群掘进刀具磨损量的统计，量化总结，提前预判，及时更换刀具，切忌存在侥幸心里，该检查更换刀具时必须进行更换，若造成刀盘受损，则后果不堪设想。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u盾构遇孤石出现掘进参数异常时，遵循
31、“主动查看，积极处理，禁止盲推、强推”的原则。遇到掘进参数异常积极主动进行孤石的处理，坚决杜绝盲推、强推。u孤石掘进时，因掘进速度慢，应做好对出渣量的统计，严格控制出渣量。u盾构穿越孤石地层技术难度及施工风险极大，当遇到大型孤石群或大块孤石时，纯粹依靠盾构机本身无法达到处理的目的，应采用洞内开仓对孤石进行人工破除。u施工过程中应做好监控量测和信息反馈，做好地面巡查工作，并做好应急措施。施工对策施工对策刀具更换刀具更换中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u易形成喷涌，导致地面塌方、建（构）筑物开裂损坏 由于富水砂层含水量丰富
32、，渗透性好，且受扰动后易液化，因此土压平衡盾构在富水砂层中掘进很容易出现喷涌现象，一方面，需用大量时间进行盾尾清理，严重影响盾构施工进度，另外，大量泥砂喷出或砂遇水液化，均易引起地层沉降，从而最终导致地面建（构）筑物沉降变形，甚至损坏。u地面沉降难以控制，易造成地面塌方、建（构）筑物开裂损坏 主要原因是：1）砂层自身自稳性差，而刀盘开挖直径比盾体外径一般至少大200mm，从刀盘开挖到注浆填充这需要一段较长时间，这期间不可避免产生砂层沉降；2）掘进过程中，不可避免要造成砂层失水，且一定会对砂层产生扰动，这都会导致砂层产生沉降。若沉降控制不好，极易造成地面塌方、建（构）筑物损坏。砂层风险砂层风险中
33、国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u盾构通过砂层地段的关键是防止因喷涌、失水、扰动等原因造成的沉降。u进行土体改良。主要是采用聚合物添加剂、膨润土等来改良渣土，以改善渣土的和易性，增加止水效果，避免喷涌的发生。u做好同步注浆和二次注浆工作。一方面，防止隧道后方的水流入土仓；另一方面，及时填充管片背后空隙，防止沉降进一步扩大。u根据地下水位、地层条件、隧道埋深等合理选择土仓压力。合理选择掘进参数。u增加盾尾油脂使用量，保护好盾尾密封，防止泥水、砂浆从盾尾密封冒出。u合理确定渣土的松散系数，严格控制出土量。要做到既不能多出，也
34、不能少出。u尽量做到快速通过，避免刀盘转动对地层扰动时间过长。u做好监测工作，及时反馈监测信息。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 粘性土层过多的细颗粒含量使其具有较强的粘附作用被粘附在刀盘和土仓内壁，很容易黏附在刀盘内形成泥饼，堵塞进渣孔和刀孔，刀具不能自转，导致刀具的偏磨，进而损坏刀体，造成刀盘扭矩增大，总推力增大，掘进速度缓慢；另外由于粘土中含砂量高，刀孔堵塞后，刀具在自转过程中被包裹在刀圈周围的泥砂磨损，而且磨损速度快，特别是刀圈的两侧，越磨越薄，最终导致刀具完全磨损。高黏土风险高黏土风险中国中铁
35、隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u盾构掘进过程中增加向土仓内及刀盘面注入泡沫量，在泡沫中加入分散剂或泥浆等添加材料改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。u合理确定渣土的松散系数，严格控制出土量。要做到既不能多出，更不能少出。u渣土可以适当偏稀，避免渣土偏干，造成糊刀盘。u渣土温度是刀盘结泥饼的重要体现，勤测量渣土温度，当渣土温度一环内升高3度时，应立即警戒，增加泡沫使用量，做好渣土改良，适当增加加水量，防止糊刀。u可在中心刀附近及刀盘面板设置冲洗装置，经常性的对刀孔进行冲洗，
36、可防止刀盘结泥饼。u可适当增大盾构机开口率，有利于渣土进入刀盘，可防止刀盘结泥饼。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 （1）在掘进过程中砂卵石地层对刀盘、刀具、渣土输送系统等部位磨损严重，造成换刀频率较高约150米需换刀一次，渣土输送系统需得到及时的修复；（2）地下水位高、掌子面不稳定，清仓比较困难，换刀时停机处易出现坍塌现象；（3）因地层局部为砂卵石土夹砂透镜体，土压平衡盾构在通过时刀盘前极易出现固结泥饼现象，开仓处理时易引起地面安全风险；（4）地面沉降沉降量和沉降速率难以控制。卵石层施工风险卵石层施工
37、风险中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u砂卵石地层施工防止螺旋输送机卡死和固结泥饼的措施：为能够破碎卵石刀盘需要配备滚刀以满足破碎卵石的功能，使大卵石的破碎成为可能，在砂卵石地层中硬岩滚刀的刃轨迹间距宜参照螺旋输送机能通过的最大粒径设定。施工对策施工对策盾构刀盘面板和刀具布置盾构刀盘面板和刀具布置图图 未使用的螺旋输送机耐磨块情未使用的螺旋输送机耐磨块情况况中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u针对卵石地层水压高和水量大的特点，为防止喷涌和水压击穿盾
38、尾密封的应对措施：提高盾构机防水密封性：a、盾尾密封选用三排钢丝止水密封刷，其间充注密封脂；b、铰接密封采用唇形橡胶密封；c、主轴承外密封采用三重唇形橡胶密封，其间充注常消耗式润滑脂，为提高可靠性同时采用HBW密封脂。采用具有防喷涌功能的可控两级螺旋输送机出渣系统，并结合适当的渣土改良。施工对策施工对策渣土情况渣土情况 破碎的大粒径卵石破碎的大粒径卵石中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u降低砂卵石对设备的磨损的措施：为适应砂卵石磨琢性大的特性使刀盘具有较高的耐磨性，焊有Hards400耐磨钢板；为破碎硬的卵石、破坏卵石胶
39、结和保护软土刀具配置滚刀；为增加刀具的刚性和耐磨性，防止硬的卵石破坏刀具同时提高刀具的耐磨性选配大铲刀及刮刀；刀盘的型式及开口率是防止掌子面坍塌的需要。施工对策施工对策渣土情况渣土情况 破碎的大粒径卵石破碎的大粒径卵石中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u砂卵石层开仓换刀安全技术措施：砂卵石地层具有稳定性差、透气性大、地下水丰富、水位高、水压大等特点。砂卵石地层中可选择地面加固的措施效果不明显或难以实施，在换刀时如采取带压换刀、地面注浆加固地层将增加换刀的安全风险。如需在带压条件下开仓，加气前为防止砂卵石地层透气性大，难以
40、保压可以在清仓之前向土仓中注入澎润土、黄泥、泡沬济或聚合物同时转动刀盘先行对渣土进行改良，然后再向土仓中加气以实现在掌子面上形成渗透性泥膜来保住压力的目标。u减少换刀频率，增加刀具耐久性可以从三个方面采取应对措施：盾构机渣土改良功能的选择；增强相关部件和配件的耐磨性；掘进参数的调整；调整刀具的配置。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制 断裂带埋岩体破碎、断裂破碎带两边泥岩性差异大，而且强度不均匀，稳定性差，形成了地下储水构造，地下水比较丰富。这类地段易发生以下风险：（1)盾构掘进过程中易出现较大喷涌，地表沉
41、降不易控制，甚至发生地面坍塌风险。（2）断裂带两侧的岩层起伏变化很大，容易造成刀具刀圈的崩裂，同时在掘进时振动较大，易造成滚刀紧固螺栓出现松动，从而使滚刀不能正常的转动而偏磨。（3）土仓压力波动大，土压平衡掘进模式控制难度大。（4)刀盘易结泥饼，导致盾构无法正常掘进。（5）破碎地段的较大岩块易堵塞螺旋输送机。断裂破碎段施工风险断裂破碎段施工风险中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u防喷涌措施：适当提高土仓压力以平衡外部水压，并加大泡沫用量，保持土仓压力的稳定，以阻止地下水的侵入。在盾构机通过后，向离盾尾5环后进行二次补充注
42、浆，截断后面水流通道。土体改良加入膨润土进行改良，可避免气压贯穿断裂带，又可提高渣土自身的密水性，达到防止喷涌的目的。u刀具损坏处理措施：根据掘进情况实时调整掘进参数，减小刀具切入量以控制刀盘扭矩的起伏变化，减小刀具出现崩缺、偏磨等状况。增加刀具的检查频率，并对没有更换的刀具螺栓紧固情况进行检查；根据地质情况可采用带压、常压方式进行进仓更换。u加大地面监测频率，及时反馈监测信息，根据监测信息及时调整掘进参数。u加强同步注浆管理，根据监测信息增大同步注浆量。u正确选用土体改良的添加剂，改善渣土的流塑性。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制
43、二、盾构隧道施工风险分析及控制a 易产生冒顶通透水流。覆土浅、水头压力高，土压平衡不易建立，河水常从扰动土体裂缝中经刀盘开口及盾尾进入盾构机，造成盾构淹水；b 流砂、管涌。在砂土、砂质粉土等易液化的土层中掘进，刀盘切削挤压扰动，加上过高的水头压力液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗漏进入隧道内，可能出现局部地基掏空，隧道下沉、螺栓断裂、隧道破坏。c 隧道上浮。水域下浅覆土中推进的盾构，上下受力不均衡，盾构姿态上扬，压坡困难，隧道上浮，轴线难以控制；穿越江河施工风险穿越江河施工风险中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u做好理论
44、渣土量与实际渣土量的记录,保证出渣量与掘进速度一致,避免/冒顶突发事故的发生;u施工时通过合理组织施工,尽量能连续、快速地通过河流;u加强盾构姿态的测量和地面的监控测量,及时反馈信息以指导掘进施工;u严格控制盾构操作,调整好盾构推进油缸的压力差及各组推进油缸的行程,避免盾构机上浮;u施工时在土仓和刀盘前注入泡沫,改善渣土性能,防止涌沙、突水现象发生;u在盾构掘进过程中增大地对盾尾密封注入油脂,防止地层泥水和注浆液进入盾体内。施工对策施工对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、u盾构机在施工过程进行开仓换刀是必要的工
45、作。根据地质的情况，可采用带压换也和不带压换刀两种换刀方式。u在不带压的情况下进行开仓换刀，只能在地层比较稳定、无大量地下水涌出、无有毒气体存在的情况下才能进行，否则容易造成掌子面坍塌、地面坍塌安全事故。若盾构在硬岩或自稳能力较强的地段掘进时，因地层本身有自稳能力，不需要在土舱蓄压以提供额外支撑压力，这种情况下可在无压下直接进入刀盘作业。常压开仓施工风险常压开仓施工风险中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、20192019年年6 6月月2626日日，深圳地铁开仓作业过程中导致地面坍塌。，深圳地铁开仓作业过程中导致地面
46、坍塌。中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制5 5、u当盾构在软岩、富水地段掘进时，由于地层自稳能力差，从地面加固成本高、时间长或根本无施工条件，就有必要利用盾构自身及配套设备来提供使地层稳定的支撑压力，这种情况下需采用带压进舱模式。u压气作业操作难度较大，如果处理不好，不仅会造成开挖面失稳坍塌，而且会危及舱内作业人员的生命安全。盾构施工中采用带压进仓作业发生过坍塌事故，因带压作业操作不当而造成隧道内的工人产生减压病症状如骨坏死、耳膜破裂、听力障碍等现象也经常发生。带压开仓施工风险带压开仓施工风险中国中铁隧道集团有限公司中国
47、中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u开仓地质段的选择。常压开仓地段应选择在地层硬度高自稳性强，天然含水量小。u设备与材料的准备，是实现快速换刀的基本保证，从而保证土体开挖面在外暴露的时间。同时对可能在使用过程中损坏的设备要有有备用的。u保证盾构机各项性能完好，从而保证换刀工作的顺利进行。u成立换刀工作小组、应急救援小组、地表监测小组及后勤保障小组。u组织换刀工作小组的成员进行相应的岗前培训，对正常换刀过程中各自的工作内容进行详细的交待。u各部门负责人现在值班，按开仓流程程序进行签认，确保开仓上一道工序完成签认后方能进行下一道工序。u做好开仓过程的通
48、风换风工作，测定仓内空气检测，并做好记录。常压开仓施工风险对策常压开仓施工风险对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制u通过气压抵抗地下水土压力，阻止水向土舱内流动，确保掌子面地层的稳定；u通过泥膜渗透来提高不良地层的气密性，防止开挖面坍塌和确保开挖面地层的气密性。u加气压作业的关键在于保持土舱内的气压稳定，如果气压骤然变化，不仅会造成开挖面土体失稳坍塌，而且会导致舱内工作人员生命安全或产生减压病，准备一套柴油式空压机应急备用。u进舱人员必须进行体检和培训，要求进舱人员具备能适应高气压环境的体格条件。u做好开仓过程的通风换
49、风工作，定时测定仓内空气检测，并做好记录。u做好医疗保障和应急措施。救护人员备好急救药品、救护车，准备医疗舱。u各部门负责人现在值班，按开仓流程程序进行签认，确保开仓上一道工序完成签认后方能进行下一道工序。带压开仓施工风险对策带压开仓施工风险对策中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司二、盾构隧道施工风险分析及控制二、盾构隧道施工风险分析及控制应急柴油空压机和氧气仓应急柴油空压机和氧气仓掌子面地质情况勘察掌子面地质情况勘察仓内气体检测仓内气体检测掌子面制作的泥膜掌子面制作的泥膜三、总结三、总结l盾构法施工安全风险控制要点回顾：盾构法施工安全风险控制要点回顾：地质及施工地质及施工环境勘察环境勘察设定施工参数设定施工参数控制施工参数控制施工参数始发始发/到达到达端头加固端头加固加固效果加固效果检验检验始发始发/到达到达施工施工施工组织施工组织设计设计盾构机适盾构机适应性评估应性评估施工质量施工质量施工准备期施工准备期施工期施工期中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁中国中铁隧道集团有限公司深圳地铁1111号线号线BTBT项目项目1130111301标项目经理部标项目经理部汇报完毕请各位领导指正！勇勇 于于 跨跨 越越 追追 求求 卓卓 越越 中国中铁中国中铁 2019 2019年年9 9月月
