盾构隧道施工风险与规避对策

万方数据万方数据第４麓器玖汪：螽拷疆遘越纛城羧与巍逮对策铁中及过江隧道孛褥戮迅逮发展；＝ｌ艺京ｖ螽薮铁盘２００１年：歼始采用土压平衡震构毫｝ｔ修建了地铁５号线雍积宫一毒｜：薪桥站区间试验工程，取褥成功詹褥刘推广应用，ｊ艺豪缝铁薪线工程５号线、ｌ§号线一期及奥运支线■号绽、撬场缓共１１４ｋｍ，其中掰瓣梅浚糁建嚣瓣遂道达窝ｋｍ（据有鸯陶撬１８台），鄂将移建翦ｊ艺寨缝铁９号线、寒弩线、１０号线二期、大兴线等区澜斑大部分采用盾构法黪建（初佶需用盾掏概约９０台）。

此外，ｊ艺衷铁路之ｊ艺豢站与：ｌｌ：京谣站之阕的壹鬣线沿蘸三门大街下敷设，采麓混水感擒修建，全长９＋１５ｋｍ，其孛盾梅浚修建长度秀５。

２２７妇，盾梅直径ｌｌ。

９６ｍ，蓐擒蕤遂爽径１０．５ｍ、外径ｌｌ。

６ｍ，采趸巷．５５ｍ霉镶簸滢凝±管籍，这程ｊ蠢察辫属首次。

直径线工程乎瑟位嚣麓图１。

鞭１蔻家铁路憩寨站与嚣京嚣菇之耀豹誊经线芏翟平覆位鬟鋈Ｆｉｇ．１ＰｌａｎｏｆｒａｐｉｄｔｒａｎｓｉｔｌｉｎｅｂｅｔｗｅｅｎＢｅｉｊｉｎｇｒａｉｌｗａｙｓｔａｔｉｏｎａｎｄＢｅｒｉｎｇｗｅｓｔｒａｉｌｗａｙｓｔａｔｉｏｎ鸯拳戴瓣ｊ芝家段工程孳ｉ承鬣添城濒蘑，需将雩ｌ瘩送至承源丸厂，炎戴需在藏背树至瘩源丸厂修建输求隧道。

输水隧道全长８１５８ｍ，其中从龙背村迸水阑室（０－０１７）至末端盾构接收辩（８＋０６６）长８０８３ｍ，采用盾构法修建，从８＋０６６至米端澜头井长１０２ｍ，采用浅埋蹬挖法修建爽径３．６砒瓣躐形瓣遭。

腐橡法穆建系测弼ｊ艺京建铁既有詹梭，在钢筋混凝主管靖季霉砌隧道内又加设防水板和一层现浇混凝士衬砌，藤构隧道外径６．０ｍ，内径５．４ｍ，加现浇钢筋混凝土内衬后隧道内径４。

７ｍ，共投入３台盾构机。

输水骥道平面见豳２。

圈２龙背树至水源九厂输水糕道单面圈Ｆｉｇ．２Ｐｌａｎｏｆｗａｔｅｒ－ｃｏｎｖｅｙｉｎｇｍｎｎｄｂｅｔｗｅｅｎＬｏｎｇｂｅｉｅｕｎａｎｄＳｈｕｉｙｕａｎｊｉｕｅｈａｎｇ万方数据万方数据第４甥囊瑷江：嚣魏疆遘施誓飙殓与筑蘧对策３８１现了因地质勘探不准丽造成盾构机不能正常掘进，刀具及刀盘磨损严重，甚至酿成安全事故。

因此，施工前地质勘探力求精细，施工中应通过地质补勘以及超前地质预报等手段对隧道正作面前方地层进一步探明。

２００６年１胃４曩上午，广娴市黄埔醒大沙她东路地铁五号线大文嚣阏瓣稳施工路露发生沉陷，沉陷区域宣径约６ｍ，深度为６０ｃｍ。

发生下陷的路面位于该项目部西侧围墙根下，水泥路面从四周朝路心凹陷，中心处下沉半米多深，路面的围墙受牵引后，墙壁出现大嫩裂痕（见图４）。

专家现场分析认为：该地段为地质条件极蠹复杂的断裂带，盥上部为霉填砂土层，沉陷处地下水丰富。

为保证安全和确保工程凌塞，采用了詹圈５蔻衷壤铁黄疰蘩恁篡空溺构法进行施工，因施工巾盾构机扰动了地层，地下水流骶ｇ・５譬．？鼍！ｄ赫甥ｃ。

ｎｓ砸１。

６∞ｏｆＨＨ翮静ｈ嘲８雠ｉｏｎ失而引起路面局部沉陷。

图５为北京地铁黄庄站地层空洞。

图６为广州某地下通道施工发现的空洞。

ｊ艺京地铁Ｍ４线筠标鼷帮匿站一艺富门站区阕长度１０７６。

３ｍ。

设２个联络通道，其中１个联络通道与泵房合建，区间线路最大纵坡１４％ｏ，最小纵坡３％ｏ，线间距为１５Ｉｌｌ，区间隧道平均覆土厚度１２ｍ。

图６广州某地下通道施工发现的空洞Ｆｉｇ，６Ｃａｖｅｒｅｖｅａｌｅｄｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｌｌｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐａｓ—ｓａｇｅｉｎＧｕａｎｇｚｈｏｕｊ艺宫趣菇一龙背村艨构接收并区闻长度４９４ＩＴＩ，最小线闻距为１２ｉｎ，最小曲线半径鸯３５０ｎｌ，区阉隧道平均覆土厚度１０ｉｎ。

闰４广州市黄埔区蒎区间盾构施工发生路面沉陷情况龙背村盾构接收井长１４１１１，宽２９Ｉｌｌ。

两端边分别Ｆｉｇ．４Ｐｉｃｔｔｔｒｅｏｆｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｃｃｕｒｒｉｎｇｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａ与明挖区间和盾构区间相连，专门为盾构机调头设计。

ｓｈｉｅｌｄ—ｂｏｒｅｄｔｕｎｎｅｌｉｎＨｕａｎｇｐｕｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕｃｉｔｙ盾构区间平面布置见图７ａ圈７北京地铁Ｍ４线２０标颐和园站一北寓门站盾构区间平面稚鬣圈Ｆｉｇ．７Ｐｌａｎｏｆｓｈｉｅｌｄ－ｂｏｒｅｄｓｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＹｉｈｅｙｕａｎｓｔａｔｉｏｎａｎｄＢｅｉｇｏｎｇｍｅｎｓｔａｔｉｏｎＯｎｂｉｄｓｅｃｔｉｏｎＮｏ．２０ｏｆＭ４ＬｉｎｅｏｆＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏ万方数据蘑缝建磺第２９卷区间穿越工程地质多为粉质黏土、粉砂土及粉土，局部穿越风化岩石（岩石最高单轴抗压强度为７６ＭＰａ左右），个别部位还有砂卵石层侵入隧道断面。

２００６年４月１日盾构机掘进至颐和园一北宫门区间盾构左线第５９８环（Ｋ２６＋０７３．７５）和第６３２环（Ｋ２６＋１１４．５５）处发现硬岩，刀具磨损严重。

详见图８。

（ａ）结核体（石英含缝高）（ｂ）遇馊岩刀具磨损严重图８北京地铁Ｍ４线２０标颐和园站一北宫门站盾构掘进遇硬岩情况Ｆｉｇ．８ＨａｒｄｒｏｃｋｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇｓｈｉｅｌｄｂｏｒｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎＹｉ—ｈｅｙｕａｎｓｔａｔｉｏｎａｎｄＢｅｉｇｏｎｇｍｅｎｓｔａｔｉｏｎｏｎｂｉｄｓｅｃｔｉｏｎＮｏ．２０ｏｆＭ４ＬｉｎｅｏｆＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏ北京站到北京西站地下直径线工程盾构在２００８年１０月２９日完成６６ｍ的掘进后在Ｋ６＋７１８处故障停机，经检查发现３、６号保险轴断裂，８号保险轴有裂纹，后予更换。

带压进仓人员通过手掌触探及工具检查，发现掌子面地层主要由砂卵石构成，土体结构密实，胶结强度高，自稳性好，后又２次带压开仓检查了开挖仓上部及开挖仓下部，未发现任何异物存在，刀具磨损较严重，七成以上的切刀都存在不同程度的崩齿、磨损，周刮刀及撒裂刀磨损、崩齿现象也非常普遍。

从开仓检查及对液压、电气各系统检查、地勘资料的核实，初步分析造成盾构设备故障、刀具严重磨损的主要原因是由于隧道穿越的地层较原地勘资料变化较大，呈现为致密的卵石层，使得重型撕裂刀无法松动土层，形成实际上利用切刀松动土体，大部分刀齿受卵石碰撞而崩裂；周边刮刀由刀齿切削地层改为刀座切削地层，刀盘扭矩增大，进一步加剧刀具磨损，增大了掘进扭矩。

基于上述情况，施工单位会同业主、盾构机制造厂及有关专家进行研究，决定对盾构机进行改造，以适应工程地层条件，现盾构掘进已进入正常。

刀具损坏情况见图９、１０、１１。

４．１．２地质预测预报准确性风险对策１）工程施工前，通过补充地质钻孔和回声测深仪，进一步查清隧道的地质条件和覆土厚度，为盾构机选型、盾构掘进参数的选取及制定相应的辅助措施提供第一手准确资料。

２）盾构机本身具有超前地质钻机及超声波等超前地质探测装置，在施工中进一步对工作面前方地层进行探明，以便早发现、早处理。

图９崩齿的切刀Ｆｉｇ．９Ｄａｍａｇｅｄｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌ图ｌＯ上部胶结致密的卵石层及撕裂刀崩齿Ｆｉｇ．１０Ｃｏｍｐａｃｔｃｏｂｂｌｅｌａｙｅｒｓａｎｄｄａｍａｇｅｄｒｉｐｐｅｒｔｏｏｔｈ万方数据蘩４攥撩欢江：蜃梅隧遭藏王风瓣与规避黟策圈１１磨摄的撅襞刁Ｆｉｇ．１ｌＷｏｒｎｔｉｐｐｅｒｔｏｏｔｈ４．２盾构机适应性和可靠性风险及对策４．２．１盾构机适应性和可靠性风险詹构机的选择及其旄工的可靠性，包括保持开挖瑟翡稳定、切麓刃盘的种类、出±方式、主辘静掇矩、推进麓力以及最为关键的艚构杌械的密封性能等方瑟，均应紧密结合工程地质、水文地质等条件认真研究，对选用的盾构机进行详细的比较。

盾构机选用正确与否关系到工程成败。

例如：上海合流污水治理９。

１标排放瓣隧道发生熊友线隧道颤裂、沉陷事故，除了全甄面流砂稻局部沼气包突然释放等原蠢之外，选用的小刀盘搅削拖板式前进盾构机机型不对，也是其中的主要原因。

该工程选用的盾构机刀盘见网１２。

蚕１２夺乃盘撩溺拖摄式慕进矮铸狡Ｆｉｇ．１２ＳｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｕｓｅｄｆｏｒｂｉｄｓｅｃｔｉｏｎＮｏ．９．１ｏｆｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｉｎＳｈａｎｇｈａｉ４．２．２盾构机适应性和可靠性（即盾构选型）风险对策Ｉ）要认真研究工程她质和水文地质条件，根据拟建工程特点，明确工程施工对盾构视性镌和功能的要求，盾构机必须有应付突发事故的设备配置。

２）保证盾构机推进不出现无法现场维修更换的机械故障，要求盾构机主要部件原材料性能优良，无损伤。

夫轴承在长对闻挤压力和扭转力矩负赫的作用下，废基本不交形、无磨损。

广州建铁施工，瓣本产翁二手爝构机推进地铁区间隧道时曾发生大轴承断裂，这种事故如果发生在城市中心区交通干道或水下隧道中，则将造成不可弥补的损失。

因此，要求盾构大轴承使用嬲期超过１５０００ｈ，液压推进系统品质优良，应具有如下性质：①不可压缩性；②足够的黏性；③物理化学性熊稳定；③可防锈防腐蚀；⑤滤潦掌耋蘸良好；⑥密封性熊好；⑦可将水、灰垒等不溶性不纯物分离；⑧千斤顶重量轻，耐压性能好，易于维护更换。

３）配置耐磨性的盘刀和滚刀，防止砂砾复杂地质条件下刃具快速磨损，刀具易于在常压或局部气压下更换。

詹构机必须具有满足人员带压进仓的保压装置。

４）测定工作面水土压力传感器及超前地震波探测系统，元件要可靠，能经受振动、潮湿、污染等恶劣条件而不损失其性能。

地震探测系统随时向盾构机操作者提供切土刀盘前方２０—３０ｍ实时三维反射蹦像，超声波霹以自动检测显示碎石渣，金】｜嚣疫弃物对切±刃盘稚瓣壳的磨损。

５）视工程具体情况聪构机必须配备多功能超前钻机，可实现全断面帷幕注浆。

４．３盾构进出洞施工风险及对策４。

３．１盾构进出洞施工风险睡内疆构魔工经验表明：蓿构进出漏安全是詹构法隧道施工的一个重要环节。

吾前国内蘑构法隧道多起事故均发生在盾构进出洞上，主要包括：盾构进出洞端头地层的加固方案、加豳范围等，盾构进出洞盾构姿态的控制、良好的土压或泥水平衡的尽快建立等。

选择合理可靠的端头地层加圈方案、良好可靠的密封止水装置对盾构安全迸密滋至关重要。

上海延安东路南线隧道出漏段覆±为６ｍ，采用深层搅拌桩加固，盾构出洞后发生严重泥水黼浆和加固土体堵塞泥水管道现象，引起掘进施工困难，土体严重坍方，拖延施工期。

南京地铁一期工程、深圳地铁一期工程等都先后发生盾构进出澜地面塌陷或爝构上浮的事放。

广髑她铁四号线大学城专线某盾构送阕，因端头地层加固缺陷，导致詹构出漏时工作面邂现大莲积坍方，影响工期近１个月。

４．３．２盾构进出洞施工风险对策１）认真研究盾构进出洞端头地层条件，借鉴类似工程盾构端头地层加固经验，制定出安全可靠的地层万方数据万方数据万方数据琵蓬建馥豢挣卷４．８．２开挖面有障碍物的施工对策１）对开挖面前方２０ｍ实行超声波障碍物探测，及时查出大石块、废桩等；附设从密封舱隔板中向工作面延伸的钻机，对障碍物破除。