盾构施工掘进风险控制

盾构施工掘进风险控制v盾构工程施工风险像幽灵一样游趟在天地之间、阴阳之间，总是利用或寻找“地质复杂性”、“盾构机的不适应性”、“人认知的局限性、责任性、方案和措施的不合理性”等薄弱环节或漏洞作为突破口，扩张盾构工程的风险概率和级别，制造盾构工程事故。1、盾构工程的施工风险v控制盾构工程的风险和事故的“竺三条”原则：地质是基础，盾构机是关键，人是根本。v或定义或解释了一系列的盾构名词：复合地层，泥饼，滞胀，有效推力，启动扭矩v不仅专注于具体的工程技术实践和理论，还上升为哲学性思辨。4、典、典 型型 案案 例例 分分 析析3、控制风险管理、控制风险管理2、盾构工程常见风险事故及风险因素、盾构工程常见风险事故及风险因素1、盾构工程的施工风险、盾构工程的施工风险提 纲盾构工程的施工风险地质风险va.复合地层（广州五号线省基础过铁路）（广州、深圳、北京、南京）vb.富水断裂带或破碎带（广州三号线礼村断裂、五号线火西草区间、佛山雷岗公园站，南京）vc.溶洞、土洞（广州北部、佛山、深圳北部）vd.极其耐磨的硅质、铁质岩屑ve.含承压水的粉细砂层（广州、佛山、南京、苏州杭州）vf.瓦斯、煤成气（广州北部、西部、南部、杭州、武汉）vg.球状风化体和网格状或构造风化硬岩（广州东部、深圳、南京和北京）vh.砂砾石地层（沈阳、北京、成都、南宁、南昌、西安和广州）盾构工程的施工风险地质风险盾构工程的施工风险盾构机风险：v选型功能性缺陷（成都、北京、沈阳、南京长江隧道、广州狮子洋隧道）a)泥水还是土压（成都泥水不适用，深圳没有泥水）b）开口率（沙砾层中采用63开口率）c）刀具配置（复合刀具）d）刀间距设计（在硬岩中）盾构工程的施工风险盾构机风险：v大轴承或三大密封损坏（广州一号线、五号线）v刀盘损坏（解体、开裂、磨损）v刀具磨损（正常磨损、非正常磨损+刀盘漂移磨损）v减速箱和小齿轮损坏盾构工程的施工风险人的风险v认知的局限性（没有一个明白人不能全面系统地了解地质变化、盾构机性能）v责任心v方案和措施的合理性问题v地质是基础，盾构是关键，人是根本 顺向的分析法（选型）逆向的分析法（判断并采取针对性措施）v.盾构施工的管理原则和分析方法2、盾构工程常见风险事故及风险因素、盾构工程常见风险事故及风险因素提 纲2、盾构工程常见风险事故及风险因素v2.1常见风险事故（现象）v（1）沉降（水土流失）、隆起（土体压缩变形）、塌陷（沉降的发展结果），尤其是端头、联络通道和盾构换刀前后v（2）盾构机损坏：南京地铁二号线中和村-元通区间到达端涌沙南京地铁二号线中和村-元通区间到达端涌沙（3）工程质量事故v轴线偏离：“力的大小和方向、作用面或点”、人为和客观、水平和垂直（超过5cm的报告制度，严禁擅自修改隧道设计轴线）v管片设计：a）黄河水利隧道，张开角过大；b）武汉长江隧道，手孔过大v管片生产、制造、拼装（蒸养、喷淋养护）（3）管片工程质量事故黄河水利隧道，封顶块张开角过大，封顶块下坠严重错台，近30mm（3）管片工程质量事故外弧面破损（3）管片工程质量事故（3）管片工程质量事故地铁隧道小封顶块设计（3）管片工程质量事故黄河水利隧道，封顶块张开角过大，封顶块下坠（3）管片工程质量事故黄河水利隧道，封顶块张开角过大，封顶块下坠 注浆失误导致隧道破损和渗漏（广州三号线大塘-沥滘区间）（3）管片工程质量事故2.2高概率的风险因素（定数）平衡与“拉风箱”泥饼喷涌（水）卡壳（常见在塌陷、喷涌和岩石节理裂隙发育地段）和卡刀盘（南京长江隧道和广州三号线市番区间隧道）掘进困难和有效推力滞排效应和铁板沙问题3、控制风险管理（易理）、控制风险管理（易理）提 纲v用易经的思想对工程风险展开哲学性思辨。易经易经要求人们的行为符合要求人们的行为符合“时时”与与“中中”这两个这两个概念。概念。v这种时中概念是一种很高的生存智慧，它要求人这种时中概念是一种很高的生存智慧，它要求人“时行时止时行时止”，要求人的行为与天地人万物的运动变化产生协动、发生，要求人的行为与天地人万物的运动变化产生协动、发生共振，在顺应性的相通相协的一致性中，顺畅地实现人的存共振，在顺应性的相通相协的一致性中，顺畅地实现人的存在。在。v1、“中中”指中庸之道：在天地自然之道正中运行，既指中庸之道：在天地自然之道正中运行，既不太过，又不不及。不太过，又不不及。2、“时时”指与时势一致：指与时势一致：观时之变：能够看到时机的变化，并随着它的变化对自观时之变：能够看到时机的变化，并随着它的变化对自己的行为做出调整。己的行为做出调整。时行时止：在恰当的时机开始，恰当的时机停止，在与时行时止：在恰当的时机开始，恰当的时机停止，在与天地万物相通相协中，顺畅地实现人的存在。天地万物相通相协中，顺畅地实现人的存在。易经易经的这种主动性适应、创造性顺应的的这种主动性适应、创造性顺应的“时中时中”生生存智慧构成了中国人积极进取和待时而动的品格。存智慧构成了中国人积极进取和待时而动的品格。要重视人的主观能动性v在工法方案选择上，重视明挖和矿山法的特点和优点v中式的人工灵活多变VS西式的工厂模块化要重视人的主观能动性v针对复杂地层，可以采用盾构与矿山法相结合盾构拼装管片过矿山法盾构拼装管片过矿山法3、控制风险管理（易理）v1)“懂”：认知到位，象数易理，超前预控v2)“准”：立足实据，全面调查、准确判断（成因）、判断决策方案（时空）v3)“狠”：制度齐全、责任清晰、奖罚分明、严肃执行v4)“细”：全员、全方位、全过程（温家宝）精细管理风险因素v 有礼有节应对社会媒体：面对网络化的媒体时代，在“急于求成”的社会风气下，必须有礼有节的与媒体单位共处，掌握真相，正确导向。否则会将一般性的工程风险放大或演变成影响社会稳定和谐的政治风险。4、典、典 型型 案案 例例 分分 析析提 纲 狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站之间，穿越珠江狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站之间，穿越珠江入海口的狮子洋，河面宽度入海口的狮子洋，河面宽度6100m6100m。隧道建筑全长。隧道建筑全长10.8km10.8km，其中盾构段，其中盾构段长长9340m9340m。盾构段隧道外径盾构段隧道外径10.8m，内径，内径9.8m。v4.1、超大直径混合盾构的“刀盘飘移”问题 盾构始发的下坡段处于富水砂层；盾构始发的下坡段处于富水砂层；随着深度增加逐渐进入岩层，存在上软下硬的过渡段；随着深度增加逐渐进入岩层，存在上软下硬的过渡段；隧道的中间段处于岩层内隧道的中间段处于岩层内狮子洋隧道处于典型的复合地层：狮子洋隧道处于典型的复合地层：v地质复杂地质复杂 刀具W型磨损v4.2、砂卵地层盾构掘进的“滞排”问题岩土颗分与盾构机选型的关系磨损的边缘铲刀某某9米直径盾构铲刀的磨损情况米直径盾构铲刀的磨损情况完好边缘铲刀v边缘刀具的磨损边缘刀具的磨损刀盘磨损区域示意图南京过江隧道石块岩样刀具磨损螺旋机磨损（西安）v砂卵石地层盾构选型:大开口率盾构（沈阳）v砂卵石地层盾构:膨润土添加剂使用（沈阳）沈阳地铁经膨润土改良过的沙砾土 广州地铁经高分子改良的中粗砂 v砂卵石地层盾构:沈阳某盾构使用效果1526m右线隧道区间连续掘进施工中途未更换刀具右线隧道区间连续掘进施工中途未更换刀具，平均掘进速度为平均掘进速度为3O-50mm/分分 面板和刀具都发生磨损v4.3、盾构刀具损坏的“骨排效应”v1）分类 盾体（盾建 三、四号线）刀盘+盾体（六局 深圳）刀盘（十四局 水泥浆）v2）原因（岩暴、膨胀岩、破碎岩石、砾石、砂层等）v3）处理方法：松动法/清除法4.4、盾构机被卡的分类、原因及处理方法土压平衡式盾构机土压平衡式盾构机 挖掘岩盘的挖掘岩盘的TBM TBM 本体形状本体形状 优优 点点 尾部空隙少，不容易产生地尾部空隙少，不容易产生地盘下沉。盘下沉。在挖掘岩盘时，尾部在挖掘岩盘时，尾部空隙间空隙间不容不容易被夹粉尘以及细小岩块等易被夹粉尘以及细小岩块等物物。缺缺 点点 在挖掘岩盘时，容易被夹粉在挖掘岩盘时，容易被夹粉尘以及细小岩块尘以及细小岩块物物，由此与，由此与本体产生较大的摩擦力。本体产生较大的摩擦力。由于尾部空隙大，容易产生地盘由于尾部空隙大，容易产生地盘下沉下沉。壁后材料容易转到前壁后材料容易转到前面面，由此使，由此使本体容易被夹住。本体容易被夹住。对对 策策 安装注入管于本体外周侧，安装注入管于本体外周侧，注入膨润土等。注入膨润土等。安装逆流防止板于尾部安装逆流防止板于尾部。盾盾 壳壳 构构 造造广州“市番”区间刀盘卡死广州“市番”区间刀盘卡死广州“市番”区间凿除岩石市番区间凿除岩石化学浆注浆封堵管片外开挖间歇土仓内被注浆材料塞死刀盘被注浆材料塞死水土压力水土压力v4.5、高土压、欠土压、“拉风箱式”掘进的负作用问题塌塌 崩崩土压传感器土仓土压空空 隙隙 房屋塌方 (buildings collapse)v4.6、气压法换刀的拓宽应用问题v1、泥水/土压盾构v2、泥膜v3、加气量全程保养维修：高压下人工介入工作面技术Hyperbaric Helmet氧气头盔氧气头盔Transport shuttle潜水员传送舱潜水员传送舱Living chamber潜水员生活舱潜水员生活舱全程保养维修：高压下人工介入工作面技术焊接焊接维修维修维护保养压力舱维护保养压力舱盾构机滚动的恢复v4.7、盾构机整体旋转复位问题 盾构机整体旋转的复位盾构机整体旋转的复位v4.8、盾构端头加固的方法创新理念 1）胶结物代替水，置换水加固（旋喷，水平注浆）2）降水，排水加固 3）冻结加固，水冰转化固结 4）土体置换加固，素混凝土玻璃纤维或合成树脂、或竹子 5）止水帷幕，截水加固（深圳）玻璃纤维筋洞门10000與鋼筋搭接區域水平筋 G22 175mm(V)c/c垂直鋼筋束 G32 150mm(H)c/cP3P4P5盾搆前進路徑竹筋笼砼桩竹筋笼砼桩 1200mm1200mm钻孔灌注桩，实现挡土的目的，桩体混钻孔灌注桩，实现挡土的目的，桩体混凝土标号凝土标号C30，钻孔灌注桩分，钻孔灌注桩分A、B两种类型，两种类型，A型桩为全素混型桩为全素混凝土桩，凝土桩，B型桩内插型桩内插100mm毛竹筋笼毛竹筋笼，竹筋笼砼桩竹筋笼砼桩 v富水高水压砂层中采用钢套筒进站 v4.9、网状风化硬岩掘进的盾构刀盘损坏问题v4.10、花岗岩球状风化体处理花岗岩的球状风化是该类岩石的一种特殊的风化现象，即花岗岩的球状风化是该类岩石的一种特殊的风化现象，即在深度风化的花岗岩岩体中残留了微风化的较新鲜坚硬的在深度风化的花岗岩岩体中残留了微风化的较新鲜坚硬的球状花岗岩体。球状花岗岩体。v4.10、花岗岩球状风化体处理人工挖孔桩破除 黄河流域黄河流域黄河流域黄河流域长江流域长江流域长江流域长江流域珠江流域珠江流域珠江流域珠江流域武汉武汉南京南京广州广州杭州杭州成都成都上海上海深圳深圳天津天津北京北京西安西安东北地区东北地区东北地区东北地区苏州苏州宁波宁波无锡无锡郑州郑州v2009大陆建设地铁的城市大陆建设地铁的城市重庆重庆长春长春哈尔滨哈尔滨沈阳沈阳据不完全统据不完全统据不完全统据不完全统计，截止计，截止计，截止计，截止年底，当前中年底，当前中年底，当前中年底，当前中国大陆共有国大陆共有国大陆共有国大陆共有个城市，条个城市，条个城市，条个城市，条线路，共线路，共线路，共线路，共公里轨道交通公里轨道交通公里轨道交通公里轨道交通在建。在建。在建。在建。正在实施的中国隧道工程正在积极面对复合地层的重大挑战。正在实施的中国隧道工程正在积极面对复合地层的重大挑战。复合地层盾构施工技术仍有待中国的盾构工程技术人员通过实践去复合地层盾构施工技术仍有待中国的盾构工程技术人员通过实践去不断探索和提高。努力为中国地下空间的开发作出应有的贡献！不断探索和提高。努力为中国地下空间的开发作出应有的贡献！