盾构掘进技术培训

天津轨道交通B1线一期工程土建施工七标段盾构施工技术培训高 琪目 录天津地铁盾构事故简介天津地铁盾构事故简介1工程概况工程概况2盾构始发施工盾构始发施工4盾构盾构机概述、选型机概述、选型35盾构掘进施工盾构掘进施工盾构接收施工盾构接收施工6一、天津地铁盾构事故视频：盾构施工技术交底及监督要点一、天津地铁盾构事故 1、2011年5月6日凌晨7时30分许，天津地铁2号线建国道天津站区间，左线掘进289.2m +0.2m、右线掘进247.2m+0.6m时，右线盾构机因螺旋机被水泥土固结块卡死无法运转，在开启观察孔进行处理时，发生螺旋机观察孔突沙涌水事件。由于该地段的地质异常复杂，突泥及涌水较大，导致地面塌陷，且左线掘进快于右线35环，左线线路高程高于右线，致使左右线隧道均发生局部管片变形破损开裂，最终左右线隧道均封堵回填，两台盾构机埋于地下，建天区间左右线重新改线施工，构成责任事故(无人员伤亡)。一、天津地铁盾构事故一、天津地铁盾构事故(一) 直接原因1、盾构队长违规操作。由于地质条件复杂，造成螺旋机被水泥土混合物固结块卡住，无法运转，盾构队长鲁某在严重违背盾构机操作说明书中的相关规定和不了解打开观察孔盖板将出现涌水隐患的情况下，擅自安排现场作业人员打开螺旋机观察孔，导致发生地下水喷涌。2、现场抢救措施不到位。观察孔盖板打开后，长达80余分钟的时间内，现场未采取有效的控制措施，致使土仓内的水和泥沙流失过多，造成土仓压力失衡发生喷涌事故。3、地质原因。盾构机掘进部位地层地质条件复杂，处于微承压水层，并局部地段夹有粉砂薄层，其富水性、渗透性相应增大，存在较大隐患;同时，盾构机处于五经路地道旋喷桩加固地层，旋喷加固强度较高且加固不均匀，致使盾构掘进施工困难，易出现设备故障，进一步加大施工安全隐患，最终引发事故。(二) 间接原因1、对建立的盾构机管理制度、作业流程和岗位责任制度未得到严格的落实，尤其是特殊地层及异常情况下的管理及处置对策落实不到位。2、盾构机司机对地质情况不了解，对特殊地层作业存在的风险隐患认识不足，盲目掘进，擅自作业，且未认真执行掌子面地层情况交接班制度。3、日常管理交底落实不到位，上下沟通汇报脱节，应急准备工作不足。4、施工组织不合理，左线隧道线路高程高于右线隧道，却安排左线隧道先进行施工，致使右线隧道发生险情后，直接影响到左线隧道的安全，导致损失的扩大。一、天津地铁盾构事故2、2015年3月29日22:30，天津地铁6号线南何庄站至大毕庄站区间右线隧道盾构施工时，突发透水事故，造成津芦线东丽区跃进路至大毕庄段路面出现局部沉降，事故未造成人员伤亡。一、天津地铁盾构事故事故原因：1.制度和规定落实。市轨道交通工程建设指挥部、地铁集团颁布了诸多的管理规定和制度，并专项组织过盾构操作重点环节的培训，依然出现违规施工的问题，例如本次南-大区间盾构轴线偏差过大，又强行纠偏，造成管片局部挤碎与外界形成涌水通道，进而封堵处置不力，造成了此次事故。（3月28日轴线偏差140mm，强行纠偏40mm，允许纠偏4mm/环）2.应急抢险毫无章法，不成体系，应急预案形同虚设，耽误了宝贵的抢险时间。通过观看视频可以发现险情出现后，洞内一线操作班组明显未经过有效的应急抢险培训，毫无章法，处置无序，没有总包单位和监理单位的有效组织，在险情无法控制后，苍茫脱离现场，第一时间丧失了抢险的宝贵时间。同时，再看看我们地面上的抢险现场，凌晨1点，盾构机地表上方半幅路面已经封闭，并及时通知了自来水和燃气的管线产权单位，这一点做得不错。但直到早晨8点钻孔机、注浆机、发电机才陆续赶赴现场，早上10才开始全面打孔注浆，这距离险情出现的时间又过了将近12个小时，致使盾构隧道涌入近1000余方水和砂，最后洞内不得不施做混凝土隔水坝，100环-345环地面最大沉降累计50cm。一、天津地铁盾构事故3、2015年6月30日，地铁6号线西青道站南运河站区间右线盾构接收漏水。 为了确保接收安全，本次接收盾尾将预留在区间隧道内,接收端采用“站内水平注浆和冷冻加固+明洞接收”的方式。即:冷冻前从接收端洞门均匀开孔对隧道内外圈进行大面积水平注浆,封闭地下水暗流;之后对洞门进行盐水冷冻加固,防止盾构出洞时漏水;冷冻完成后,清理洞门立模支护,做一个包裹的混凝土箱体，并向箱体内灌筑砂浆，待砂浆凝固后，箱体与隧道成为一体，间接将盾构可掘进长度延长，进一步防止盾构出洞时漏水,此砂浆箱体即为接收明洞。由于沿接收端隧道轴向直径6m范围内存在冷冻加固，故未进行降水施工，在此环境下左线盾构掘进至955环时冷冻体和接收明洞突然失效，明洞顶板和冷冻管交接处出现2处股状出水。接收措施失效分析：本次盾构接收措施失效具体表现为盾构掘进至955环时明洞顶板和冷冻管交接处出现2处股状出水，见图2。经研究,出水的主要原因有:1)拔出内圈冷冻管后,冷冻温度测量仅靠外圈回水温度检测,不能保证温度测量的准确性,冷冻温度控制存在一定偏差。2)由于盾构此时处在冷冻强加固区内，盾构推进时推力大、速度慢，故在拔出内侧冷冻管的情况下盾构于冷冻体中掘进4d,在这期间由于盾构本身的温度比冷冻体高近40，使得包裹盾构的冷冻体和盾构壳体之间形成溶腔，从而出现过水通道。3)当时正值夏天，明洞内回填砂浆的温度比较高，回填砂浆和地连墙及车站内部冷冻体同时接触，使得冷冻体和地连墙出现溶腔，从而形成过水通道。由于明洞及地连墙与内衬墙破除处的上层砂浆填充不密实，使地连墙及内衬墙于盾构上半部分出现过水通道。一、天津地铁盾构事故4、2017年5月4日夜，地铁Z1线尖山路站左线隧道洞门口，发生透水险情，未造成人员伤亡。对洞口及局部隧道进行混凝土回填，重新施工。二、工程概况区间线路从车站北路站出发，沿河北路向南行，邻近河北路立交桥，下穿泰达大街后沿河北路继续向南行，以半径R=380m右转至广州道，到达广州道站。区间右线长1616.128m，左线长1625.815m，采用盾构法施工，管片外经6600mm，设置两座联络通道。区间最小曲线半径R=380m，最大坡度24.04，盾构掘进穿越主要地层为粉质粘土、粉砂层，区间侧穿河北路立交桥，与桩最小距离3.94m。根据总体工程筹划，采用两台土压平衡盾构机自车站北路站大里程左、右线双始发，向广州道站掘进。车站北路站广州道站(一)区间主要施工重难点 区间隧道临近河北路立交桥，河北路立交桥共12跨，两端桥头引板下设置4根直径1.2m钻孔桩，桩长46m，与区间隧道最小水平间距3.94m，区间覆土埋深约16.43m；上跨泰达大街范围内为4跨连续预应力箱梁，下部设置八角墩柱（1.5m1.5m），墩下承台，承台下布置9根直径1.1m，桩长41m的桩，与区间隧道最小水平间距8.35m；泰达大街两侧均为4跨简支T梁，跨度20m，下部设置两个八角墩柱（1.2m1.2m），墩下单根直径1.5m，桩长43m的桩，与区间隧道最小水平间距7.11m。 穿越粉质黏土、黏质粉土地层。盾构机掘进期间，将不同程度的引起土体的隆起、沉降或侧向变形，从而引起邻近桥梁范围内土体的变形，可能导致桥梁结构发生沉降或倾斜等变位。1、侧穿河北路立交桥桥桩区间盾构左线区间盾构右线河北路立交桥3、小半径曲线段掘进 车站北路站广州道站区间，线路从车站北路站出发，沿河北路向南行，邻近河北路立交桥，下穿泰达大街后沿河北路继续向南行，以半径R=380m右转至广州道，到达广州道站，小半径曲线段掘进为本标的难点。4、区间联络通道采用矿山冷冻法施工要求高、难度大 区间1号联络通道长6.6m，主要穿越4粉质黏土5黏质粉土地层，2号联络通道长6.6m，主要穿越3粉砂土5黏质粉土地层，地层较软弱，地下水埋藏浅且较丰富，且场地内含盐量相对较高，采用矿山法冷冻施工要求高、难度大。2、临近重要构（建）筑物 区间下穿时地上邻近结构物较多，主要有：区间邻近34层的渤海名都酒楼，为地上34层建筑，无地下室，基础不详，与区间最小水平间距8.76m，穿越3粉砂为主5黏质粉土粉质黏土地层；区间邻近地上5层的原临海渔村酒店，为地上5层建筑，无地下室，基础不详，与区间最小水平间距5.01m，穿越3粉砂为主5黏质粉土粉质黏土地层；区间邻近金樽汇餐饮娱乐总汇大楼，地上56层建筑，无地下室，基础不详，与区间最小水平间距7.09m，穿越3粉砂为主5黏质粉土粉质黏土地层。迁安里小区3#渤海名都海鲜酒楼原临海渔村酒店金樽汇餐饮娱乐总汇迁安里小区4#原渤海名都海鲜酒楼迁安里小区3#楼原渤海名都海鲜酒楼原临海渔村酒店ZTE6810盾体纵断面图ZTE6810刀盘断面图四、端头加固车站北路站始发端头采用三轴搅拌桩(850600)，加固体与地连墙的间隙采用高压旋喷桩(800500)。左、右线平面加固范围为11m12.6m，加固深度为隧道底部以下3m、顶部以上3m。始发端头加固平面图 2-4淤泥质黏土 3粉砂 4粉土黏质始发端头加固剖面图8.9m3.2m1.8m7.1m四、端头加固 广州道站接收端盾构以380m曲线半径进入车站，为避免盾构接收发生透水事故，采用混凝土箱体明洞接收形式，同时对端头进行加固，加固区长度6m，采用三轴搅拌桩(850600)+加固体与地连墙的间隙采用高压旋喷桩(800500)。左、右线平面加固范围为6m12.6m，加固深度为隧道底部以下3m、顶部以上3m。与建筑物最小间距18.3m。接收端头加固平面图接收端头加固剖面图 2-4淤泥质黏土 4粉质黏土 5黏质粉土8m3m0.7m粉质黏土2.3m7m 盾构隧道掘进机，简称盾构机(Shield machine )。 1、基本工作原理：就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 2、特点：自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。 3、普通盾构机与TMB（Tunnel Boring Machine 全断面隧道掘进机）区别。三、盾构机概述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复合式土压平衡 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。盾构机类型敞开式盾构机 手掘式盾构 半机械式盾构 网格式盾构 S520盾构机土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构适用于软岩、各种土层及这些土层的符合式地层，适用范围广。 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泥水平衡盾构机工作原理泥水盾构主要针对于无粘聚力的含水砂层以及软流塑、流动性等特别松软的地层，也可广泛用于各种软弱地层的施工。 盾构机整体参数 根据天津地铁建设工程盾构法隧道施工强制要求，结合本标段地质情况，选用两台由中国铁建重工集团生产的ZTE6810型土压平衡盾构机，两台盾构机均为新购设备。(二)盾构机选型名称参数盾构类型复合式土压平衡盾构主机长度/整机长度9.2m/约84m刀盘软土式，开挖直径6840mm，开口率约50%主驱动变频电机驱动8160kW，最大推力46530kN拖车数量1节设备桥+6节拖车曲线半径、坡度适应最小平曲线半径250m，最大坡度35刀盘开口示意图 1、刀盘 刀盘采用辐条加小面板的设计，其开口率约50%。可有效降低刀盘中心结“泥饼”的可能性。进渣口采用锥形设计，进渣口部位的支撑筋板采用Z字形设计，特殊的设计有利于碴土顺畅地流入土舱，避免渣土口堵塞。刀盘上设有6道泡沫管路（刀盘面板5路，刀盘背部1路）。6道泡沫管路可对掌子面注入碴土改良剂。刀盘隔板上预留2个高压冲水接口，可用于停机时向刀盘背部注入高压水冲洗，可有效防止刀盘泥饼的形成。刀盘泡沫口分布示意图2、盾体盾体径向布置了12个超前注浆孔用来满足超前地质加固和钻探的需求；采用16组双缸设计，最大推力为42575kN。3、主驱动驱