盾构隧道掘进施工中的安全问题
全国盾构机学术交流会议全国盾构机学术交流会议盾构隧道掘进施工中的安全问题1、盾构隧道的高速发展 进入进入2020世纪世纪8080年代以后，国家盾构隧道年代以后，国家盾构隧道获得迅猛的发展。伴随着中国城乡建设和获得迅猛的发展。伴随着中国城乡建设和交通事业的需求拉动以及整个国民经济的交通事业的需求拉动以及整个国民经济的高速增长，盾构隧道技术和工程建设日新高速增长，盾构隧道技术和工程建设日新月异，充满生机和活力。盾构技术呈现了月异，充满生机和活力。盾构技术呈现了多样化、适应性好、建设速度快的新特点，多样化、适应性好、建设速度快的新特点，在全国各种地下隧道建设中获得了最广泛在全国各种地下隧道建设中获得了最广泛的应用。的应用。1 1）上海最早开发了盾构隧道施工技术）上海最早开发了盾构隧道施工技术 上海是软土地层，含水量多，修建隧道及地下工上海是软土地层，含水量多，修建隧道及地下工程难度很大，程难度很大，2020世纪世纪6060年代和年代和7070年代，上海就对在年代，上海就对在粉沙性土质和淤泥质土中建设隧道进行了多次大胆粉沙性土质和淤泥质土中建设隧道进行了多次大胆尝试和探索。尝试和探索。19901990年初，上海地铁破土动工。年初，上海地铁破土动工。19931993年年5 5月，上海地铁第一条线路月，上海地铁第一条线路1 1号线南段（徐家汇号线南段（徐家汇锦江乐园）建成通车。锦江乐园）建成通车。双圆盾构区间隧道双圆盾构区间隧道 上海轨道交通上海轨道交通8 8号线区间隧道号线区间隧道施工在中国首次采用双圆盾构法，取得显著的社会施工在中国首次采用双圆盾构法，取得显著的社会和经济效益。工程由上海隧道工程轨道交通设计研和经济效益。工程由上海隧道工程轨道交通设计研究院设计，上海隧道工程股份有限公司施工。究院设计，上海隧道工程股份有限公司施工。双圆盾构区间隧道双圆盾构区间隧道2 2）广州地铁施工攻克了复杂地质盾构施工关键技术）广州地铁施工攻克了复杂地质盾构施工关键技术 广州地铁广州地铁3 3号线克服了软硬不均地层带来盾构施号线克服了软硬不均地层带来盾构施工的困难，解决了姿态控制和速凝注浆技术，实现工的困难，解决了姿态控制和速凝注浆技术，实现了快速掘进和地面沉降小的安全质量要求。了快速掘进和地面沉降小的安全质量要求。广州地铁现有的地铁运营线路远远不能满足交广州地铁现有的地铁运营线路远远不能满足交通需要，正在大规模扩建中。从通需要，正在大规模扩建中。从20042004年开始，广州年开始，广州地铁每年平均开通地铁每年平均开通35km35km，预计，预计20102010年年3 3号线、号线、4 4号线、号线、5 5号线、号线、8 8号线及广佛线全部开通运营，总长将达到号线及广佛线全部开通运营，总长将达到200km200km。广州地铁的远期规划长度是。广州地铁的远期规划长度是600km600km。广州公园前站广州公园前站纪念堂站区间隧道纪念堂站区间隧道 公园前站公园前站纪念堂站区间隧道横跨广州主干纪念堂站区间隧道横跨广州主干道东风路，是连接地铁道东风路，是连接地铁1 1、2 2号线的三线大跨区间号线的三线大跨区间隧道，长隧道，长621m621m，最大跨度，最大跨度21.6m21.6m，与相邻隧道间，与相邻隧道间距最近处仅距最近处仅0.8m0.8m。工程与。工程与20002000年年1 1月开工，月开工，20012001年年9 9月竣工。月竣工。大跨度地铁隧道大跨度地铁隧道大跨度地铁隧道穿越珠江隧道穿越珠江隧道3 3）深圳地铁突破了重叠隧道施工关键技术）深圳地铁突破了重叠隧道施工关键技术 深圳地铁深圳地铁1 1期工程国贸站期工程国贸站老街站老街站大剧院站区大剧院站区段采用重叠隧道技术，重叠交错隧道全长段采用重叠隧道技术，重叠交错隧道全长1055m1055m，其中单洞双层重叠隧道长其中单洞双层重叠隧道长725m725m，双洞交错隧道长，双洞交错隧道长330m330m。对倒结构覆土厚。对倒结构覆土厚9m16m9m16m；结构最小间距；结构最小间距1.6m1.6m。重叠隧道施工过程中，遇到高层建筑的重叠隧道施工过程中，遇到高层建筑的1600t1600t承承载力的桩基必须拆除。设计施工中采用精确的桩基载力的桩基必须拆除。设计施工中采用精确的桩基置换超过了国际先进的日本技术水平。置换超过了国际先进的日本技术水平。地铁重叠隧道地铁重叠隧道4 4）武汉长江水下公路隧道）武汉长江水下公路隧道 武汉长江隧道位于武汉长江一桥与二桥之间，武汉长江隧道位于武汉长江一桥与二桥之间，设计为双洞四车道，长设计为双洞四车道，长3630m3630m，净高，净高4.5m4.5m。工程。工程包括两岸明挖、暗挖隧道，江中盾构隧道，匝道，包括两岸明挖、暗挖隧道，江中盾构隧道，匝道，引道，其中穿越江底段引道，其中穿越江底段1310m1310m。施工采用两台直。施工采用两台直径径11.38m11.38m的大型盾构机分别在左、右线掘进。工的大型盾构机分别在左、右线掘进。工程由中铁隧道集团有限公司、铁道第四勘察设计程由中铁隧道集团有限公司、铁道第四勘察设计院、武汉市城市建设集团、武汉城市规划院、奥院、武汉市城市建设集团、武汉城市规划院、奥地利地利D2D2咨询公司组成的中铁隧道集团联合实体设咨询公司组成的中铁隧道集团联合实体设计、施工、采购总承包，计、施工、采购总承包，20042004年年1111月开工，月开工，20082008年年4 4月盾构双线贯通。月盾构双线贯通。武汉长江隧道武汉长江隧道5 5）南京下穿秦淮河隧道）南京下穿秦淮河隧道 下穿外秦淮河，长下穿外秦淮河，长828m828m的南京地铁的南京地铁2 2号线莫愁湖号线莫愁湖汉中们汉中们区间段狗隧道区间段狗隧道20072007年年9 9月双线贯通。工程由中铁一局施工。月双线贯通。工程由中铁一局施工。6 6）上海长江隧道）上海长江隧道 上海长江隧道起于浦东新区五号沟，穿越上海长江隧道起于浦东新区五号沟，穿越南港水域，在长兴岛西南方登陆，长南港水域，在长兴岛西南方登陆，长8.95km8.95km。盾构一次性掘进盾构一次性掘进7.5km7.5km。隧道内径约。隧道内径约13.7m13.7m，盾，盾构机直径构机直径15.43m15.43m，最高历史水位下最大埋深约，最高历史水位下最大埋深约55m55m。隧道设计为双管。两管间净距约为。隧道设计为双管。两管间净距约为16m16m，沿其纵向每隔沿其纵向每隔800m800m设一条横向人行联络通道。设一条横向人行联络通道。单管内各设单管内各设3 3条条3.75m3.75m宽的车道。宽的车道。上海长江隧道上海长江隧道7 7）南水北调中线穿黄隧道工程）南水北调中线穿黄隧道工程 由长江水利委员会长江勘察规划设计院和黄河由长江水利委员会长江勘察规划设计院和黄河勘察规划设计有限公司共同设计，中铁隧道集团勘察规划设计有限公司共同设计，中铁隧道集团和葛洲坝集团联合体、中铁十六局和水电七局联和葛洲坝集团联合体、中铁十六局和水电七局联合体共同施工，两洞各采用合体共同施工，两洞各采用1 1台泥水平衡盾构机自台泥水平衡盾构机自黄河北岸向南岸掘进，黄河北岸向南岸掘进，20052005年年9 9月开工。月开工。中铁隧道集团施工的穿中铁隧道集团施工的穿黄工程盾构黄工程盾构中铁十六局施工的穿黄工中铁十六局施工的穿黄工程盾构程盾构8 8）广州过江综合管廊）广州过江综合管廊 广州大学城供热、供冷、供电综合管廊过江工程位广州大学城供热、供冷、供电综合管廊过江工程位于广州市番禺区南村镇珠江岸边，长于广州市番禺区南村镇珠江岸边，长529m529m，净空直径，净空直径5.4m5.4m，采用矿山法与盾构法联合施工。工程建设单位，采用矿山法与盾构法联合施工。工程建设单位为广州投资经营管理有限公司，由中铁隧道集团设计为广州投资经营管理有限公司，由中铁隧道集团设计并施工，并施工，20042004年年5 5月开工，月开工，1212月主体完工。月主体完工。广州过江综合管廊广州过江综合管廊2 2、关注盾构关键技术的发展、关注盾构关键技术的发展（1 1）盾构刀具）盾构刀具1 1）刀具选择）刀具选择 盾构刀具主要根据掘进地质条件确定，依据软盾构刀具主要根据掘进地质条件确定，依据软硬岩条件不同做出刀具选择。正确的刀具选择不但硬岩条件不同做出刀具选择。正确的刀具选择不但决定了切削出土效率，也能制约地面沉降指标控制。决定了切削出土效率，也能制约地面沉降指标控制。特别是泥水盾构还要解决安全掘进防止围土和掌子特别是泥水盾构还要解决安全掘进防止围土和掌子面漏水坍塌问题出现。这就要求对于软土在刮刀切面漏水坍塌问题出现。这就要求对于软土在刮刀切削中不易粘结成团增大阻力，在硬质砾石地质条件削中不易粘结成团增大阻力，在硬质砾石地质条件下有足够强度韧性和耐磨性，以保证高效率钻进的下有足够强度韧性和耐磨性，以保证高效率钻进的实现。实现。2 2）刀具在处理软硬不均地层的作用）刀具在处理软硬不均地层的作用 在软硬不均地层，同时采用泥水盾构条件下，要在软硬不均地层，同时采用泥水盾构条件下，要防止对下部砾石硬岩切割过慢带来的对上部软土地防止对下部砾石硬岩切割过慢带来的对上部软土地层扰动过大，导致了切口环与管片间密封钢丝刷失层扰动过大，导致了切口环与管片间密封钢丝刷失去密封性，造成仓内突水突泥问题。中铁隧道局在去密封性，造成仓内突水突泥问题。中铁隧道局在应对软硬不均地层的理论和工程实践已经独具特色，应对软硬不均地层的理论和工程实践已经独具特色，刀具选型和查验更换经验丰富，已经掌握其中关键刀具选型和查验更换经验丰富，已经掌握其中关键技术。技术。（2 2）盾构掘进前方地质变化）盾构掘进前方地质变化 1 1）关注地下管线和危险气体泄露）关注地下管线和危险气体泄露 在城市地铁盾构掘进时，局部地段地质条件变化在城市地铁盾构掘进时，局部地段地质条件变化必须特别予以特别关注。主要问题是地下管线分布必须特别予以特别关注。主要问题是地下管线分布情况不明，城市上下水管网渗漏严重的情况得不到情况不明，城市上下水管网渗漏严重的情况得不到充分资料和数据。特别是液化石油气管线，煤气管充分资料和数据。特别是液化石油气管线，煤气管道，在年久失修渗漏情况存在时，非常容易在盾构道，在年久失修渗漏情况存在时，非常容易在盾构掘进时，由于周围地层扰动加剧，导致危险可燃气掘进时，由于周围地层扰动加剧，导致危险可燃气体的喷出，在盾构机开舱查验时容易出现安全题。体的喷出，在盾构机开舱查验时容易出现安全题。2 2）及时查明危险源区位）及时查明危险源区位 为此，在盾构掘进可能停机查验的地段必须特别为此，在盾构掘进可能停机查验的地段必须特别详细的占有周围地段的管线分布和燃气泄露与下水详细的占有周围地段的管线分布和燃气泄露与下水储存池的相对位置关系，同时要采用先进的危险气储存池的相对位置关系，同时要采用先进的危险气体检测仪器，查明地表变形沉降情况记录数据，分体检测仪器，查明地表变形沉降情况记录数据，分析评价是否符合安全掘进条件后，才能开仓进行除析评价是否符合安全掘进条件后，才能开仓进行除险换刀工作。险换刀工作。（3 3）防止泥水盾构排泥管产生水击爆裂）防止泥水盾构排泥管产生水击爆裂 1 1）排泥管突发爆裂机理）排泥管突发爆裂机理 在泥水盾构施工中偶尔会发生排泥管爆裂，导在泥水盾构施工中偶尔会发生排泥管爆裂，导致舱内大量涌泥事故的出现。主要问题在于切割砾致舱内大量涌泥事故的出现。主要问题在于切割砾石砾岩过程中有较大直径的砾石窜入排泥管前的高石砾岩过程中有较大直径的砾石窜入排泥管前的高压泥水舱中。在泥水舱没有小型颚式破碎机对大块压泥水舱中。在泥水舱没有小型颚式破碎机对大块石进行破碎的情况下，在柱塞伐或螺旋输送机传输石进行破碎的情况下，在柱塞伐或螺旋输送机传输过程中，由于出现了大砾石堆集，结果造成泥水传过程中，由于出现了大砾石堆集，结果造成泥水传输堵塞在，有压泥水运动惯性力的作用下，使排管输堵塞在，有压泥水运动惯性力的作用下，使排管压力急剧升高，出现了排泥
