上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件.docx

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上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件

上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件

地下区间

土压平衡盾构施工风险控制

建设指导意见

STB-DQ=010002

（试行）

上海申通地铁集团有限公司

上海申通轨道交通研究咨询有限公司

编制说明

当前上海地铁建设的速度与规模在全国位居前列，尽管已经取得了很大的成就，但应清醒地认识到上海地铁所面临的地质条件与环境条件正在变得极为复杂，设备超负荷运转，施工难度加大，技术人才紧缺，风险与挑战仍十分严峻；根据近年来国内其他城市地铁建设中发生事故的态势来看，上海地铁建设风险也不应乐观。

各单位对此应有新的认识，对存在的困难与风险应有充分的估计。

主要概括为以下几个方面：

（1）技术“稀释”严重：

目前，上海在建及即将建设的盾构隧道区间将达到几百公里，预计高峰期在地下同时掘进的盾构机台数将可能达到80-90台；有经验的项目经理、盾构司机及其他辅助技术岗位缺乏，目前在岗大多数为盾构机新手；

（2）技术难点及新问题大幅增加；大量盾构隧道将高难度穿越已运行的地铁、磁浮、高速铁路、城市重要生命线以及城市密集居住区等；同时，上海地铁向深层发展导致盾构穿越的土层也发生了较大改变；由原来30米以内的软土向硬粘土和承压水砂性地层发展，这对是现有盾构的适应性提出了较大挑战，且一些风险在硬土埋深较浅的地段已经暴露出来；

（3）风险管理要求更高、难度加大；环境变形控制要求由以往的【+10，-30】mm变为小于10mm的毫米级范围，这种极其苛刻条件下的施工，是对施工技术、装备、组织管理、人员素质等施工各要素的严峻考验。

常规施工条件下可被忽略的风险，在这种条件下转化为显著风险；常规施工条件下的一般设备缺陷也可能导致工程失败。

该类工程实践是对施工队伍的高标准检验，同时，在这种精细化严密控制过程中，可以摸索到以往不曾注意或易忽略的盾构施工新的潜在技术要素及风险。

对提高上海的盾构施工技术水平，十分重要；

（4）勘察设计风险加大；值得注意的是，由于在高难度工程中施工参数发生了较大变化，隧道的相关设计参数应该进行重新评估。

地质勘察的重要性更加突出，隧道线位变化、地质条件的多变性要求目前勘察的针对性需进一步加强。

以上这些新的问题与挑战使得上海轨道交通建设难度不同于以往任何时期，而是进入了一个全新的、高风险时期。

制定相关风险控制规定为保证施工安全与质量提供基础依据，已是迫在眉睫。

根据盾构隧道工程风险的性质和程度，可将风险划分为灾难性风险及变形控制类风险两类。

前者是由于工程本体失稳破坏导致的灾害性事故，该类事故后果最为严重，危害极大，为一类风险。

后者是由于工程控制措施不当导致变形超过周边环境承载能力，为二类风险，该类风险最为常见，需要根据环境安全等级米取相应的精细化保护措施来控制风险的发展，否则也会发展为一类风险（如下图所示）。

当前上海地铁建设的主要风险诱因概括为以下几点：

（1）点多面广

（2）技术人员“稀释”（3）施工地层加深，环境保护要求提高（4）不可预见因素增加（5）动态风险转移加快

（6）局部气候条件变化加剧

本次编制的《上海地铁隧道土压平衡盾构施工风险控制指导意见》是在《地铁隧道工程盾构施工技术规程》（STB/DQ-010001-2007）基础上，主要针对一类风险中存在的关键技术细节进行了规定；针对二类风险中的环境安全等级进行了细分，特别提出了以地层损失率为控制标准的监控思想以及相应的监控要求与风险控制措施。

1、总则

1）为了更好地进行上海轨道交通建设，确保土压平衡盾构法区间隧道的安全与质量，特提出土压平衡盾构法隧道施工风险控制指导意见（以下简称《指导意见》）；

2）本《指导意见》适用于上海轨道交通工程地铁隧道单圆土压平衡盾构施工的风险控制（双圆盾构参照执行）；

3）本《指导意见》必须配合《地铁隧道工程盾构施工技术规程》

（STB/DQ-010001-2007）执行；

4）严格按设计要求和施工图纸施工，变更设计必须经过设计单位同意，并在施工过程中根据监控反馈，优化调整施工参数，确保设计施工安全度。

2、环境等级及监控要求

2.1环境等级

盾构法隧道施工工程环境安全等级须按工程环境条件分为四级。

工程环境安全等级划分标准见表2.1.1和表2.1.2。

根据该表对盾构隧道区间所处环境条件进行详细调查，确定盾构施工影响范围内监控对象所对应的安全等级及盾构施工允许的地层损失率。

工程环境安全等级表2.1.1备注：

盾构中心埋深越小要求的地层损失率越小。

盾构中心与监控对象底面不同垂直距离相应的安全等级允许地层损

失率（％o）

备注：

表中数值为地层损失率（%），其中红色区域、黄色区域、浅黄色区域及绿色区域分别对应的安全等级为特级、一级、二级、三级。

当盾构中心与监控对象距离为盾构中心埋深时，表中所指变形即为地表变形。

对任意深度沉降的控制值可按本表进行线性内插。

不同埋深条件下对应一定地层损失率的盾构施工引起的地面沉降允许值（mm）

备注：

对于特级与一级安全等级，应注意配合使用多次壁后注浆等措施。

2.2监控等级及要求应根据工程环境安全等级提出与其相适应的监控等级下的详细监控方案（除特别规定外，监控等级与安全等级相同）。

各监控等级均需在盾构出洞后首个100米范围进行测试推进以优化施工参数，监控等级在一级以上（含一级，以下同）的，必须在盾构进入保护对象范围前进行模拟试验段推进以确定正面土压力、同步注浆压力流量、推进速度、合理纠偏幅度等施工参数。

一级以上监控方案须经专家评审，方案中要给出被保护对象位移、变形预测计算及施工控制指标。

各级监控等级的监测要求见表。

3.主要施工风险上海地铁建设所面临的十大主要风险为；3.1不良地质中盾构施工风险

1.盾构处在承压水砂层中，由于正面压力设定不够高，缺少必要的砂土改良措施以及盾尾密封失效，而引起正面及盾尾涌砂涌水导致盾构突沉、隧道损坏；

2.在盾构上部为硬粘土、下部为承压水砂层时，由于硬粘土过硬很难顶进，而承压水砂层则因受压不足不能疏干而发生液化流失导致盾构突沉；另因过硬粘土卡住密封舱搅拌棒使粘土与砂土不能拌合排出，致使盾构下部砂土液化由螺旋器流出，导致盾构底部脱空下沉；

3.穿越沼气层或其他原因形成的含气层时（如气压法施工的隧道或工作井附近），如未探明其范围和压力、为事先进行必要的释放、未采取防备毒气和燃爆的措施，开挖面喷出的气体及其携带的泥沙可能引起盾构姿态突变、隧道突沉以及毒气燃爆的灾害；

4.对沿线穿越地层中的透镜体、洞穴或桩基、废旧构筑物等障碍物，未事先查明并做预处理或备有应急措施，可能引起盾构推进突沉偏移，盾尾注浆流失，致使地面沉陷过大，盾构无法推进。

3.2盾构进出洞风险盾构在工作井出洞或进洞时，需要凿出预留洞口处钢筋混凝土挡土墙，而后由盾构刀盘切削洞口加固土体进入洞圈密封装置，此过程中洞口土体及加固土体暴露时间较长，且受前期工作井施工方法及其施工扰动影响，容易因加固土体或洞圈密封装置的缺陷而发生洞口水土流失或坍方。

如遇饱和含水砂性土层或沼气以及其他原因形成的含气层（如气压法施工的隧道或工作井附近），更易发生向井内的大量涌砂涌水而导致盾构出洞磕头或盾构进洞突沉，甚至在盾构进洞突沉中拖带盾尾后一段隧道严重变形或坍垮，造成极严重的工程事故，并严重破坏周边环境。

由于盾构进出洞事故概率较高，其后果可能极为严重，因此对关系到盾构进出洞风险的每个细节必须严格仔细地采取可靠的风险控制措施。

3.3盾构穿越江河水的风险当盾构推进挤压导致前方土体隆起过多，或盾构处于饱和含水砂层中发生涌水突沉引起上方江底沉陷，产生涌水裂隙，致使大量河水由盾尾或开挖面的缺陷处涌入而淹没隧道。

3.4旁通道施工风险1．旁通道冻结施工中，隧道钻冻结孔放喷措施不当引起泥水喷涌；2.旁通道冻结壁由于冻结管断裂、渗漏而未能使冷冻圈全部交圈导致透水失稳；3.临时支护强度、刚度不够或拆模过早，引起旁通道及连接隧道严重变形或坍塌；4．旁通道冻结体冻胀融沉引起隧道变形过大而危机隧道安全。

3.5盾构穿越重要构筑物的风险

运营地铁隧道、越江公路隧道及立交桥、高速铁路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，从而引起较大地层损失率，导致被穿越的重要交通设施产生过大不均匀变形，严重威胁城市交通命脉的运营安全，对社会产生较严重的后果。

3.6盾构穿越对沉降敏感的居民建筑物的风险一般居民建筑为短桩或浅基础，对沉降极为敏感，且事关人民生活及生命财产安全。

盾构在其邻近或下方穿越时，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。

3.7盾构穿越重要管理的风险上水、煤气、原水箱涵等管道为城市重要生命线，数量众多，且其走向、埋深、年代、管材、接头形式等变化较多，其允许变形较小且具有较大不确定性，盾构穿越这些重要地下管道可能引起其沉降弯曲而泄露或燃爆，影响管道的安全使用。

3.8盾构穿越邻近桩基的风险

盾构穿越邻近桩基，引起桩身水平或垂直位移超过一定限度而影响桩基承载安全，引起上方建筑物沉降、开裂甚至失稳。

3.9盾构穿越地下障碍物的风险由于预处理措施不当或盾构切削刀具事先配备不足，在盾构穿越地下障碍物时，推进受阻、姿态频动而致前方土体反复、过大扰动导致地层坍陷；刀盘前方清障时引起开挖面失稳和坍塌；推力猛增或刀盘转速较快而致刀盘刀具卡死、损坏甚至盾构机瘫痪而无法正常推进。

3.10恶劣气候条件下的风险台风、强暴雨等恶劣天气导致的雷击、邻近河水暴涨、井口灌水、材料运输及供电中断等，风险。

4.一般风险控制要求

1）施工前仔细调研工程地质和水文地质条件，明确不良地质区段里程，进行风险分析和评估，针对性地制定和实施风险控制措施；

2）对于承压水等特殊环境条件下的盾构进出洞、旁通道施工、复杂环境地质条件下盾构穿越江河及盾构穿越重要建筑设施等高风险工程项目，应针对工程风险编制专项施工组织设计并落实监控措施，且须经专家评审；

3）必须安装隧道远程监控系统，明确该施工项目监控等级要求及监控指标。

切实执行监测反馈、信息化施工，做好盾构同步注浆、正面压力、盾构姿态等盾构施工参数的优化控制，将盾构施工引起的地层损失率及相应的地层沉降值控制在允许范围；

4）将盾构设备故障视为灾害性事故的主要风险源之一，特别注意对盾构设备故障风险的控制。

严格按《地铁隧道工程盾构施工技术规程》

（STB/DQ-010001-2007）的规定，在出洞前对盾构设备进行全面检

验，在推进施工中每日定时进行检查保养。

检验中应该注意：

（1）检验盾尾密封系统（包括钢板刷、钢丝刷、盾尾油脂泵、油脂压注管路及油脂）抵抗盾构最大水土压力和注浆压力的密封性能，对盾尾密封刷质量、盾尾油脂填充效果、随盾构推进的盾尾油脂压注以及衬砌环外周盾尾间隙的控制等关系到盾构施工安危的细节，应做出具体规定的严密检查。

当盾构穿越承压水砂层时应做专门的盾尾密封检查；

（2）检验盾构注浆系统中的注浆泵、管路、阀件及清洗管路等，确保其性能稳定，并备有准确的流量计、压力计；

（3）检验盾构顶进系统中的千斤顶和液压件，防止压力泄露。

5）盾构注浆控制

（1）盾构注浆应作为保证工程和环境安全最重要的控制措施之一。

同步注浆的流量、压力、注浆点位等注浆施工参数，应按《地铁隧道工程盾构施工技