城市轨道交通工程盾构施工技术与安全风险管理(长春).pptx

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城市轨道交通工程盾构施工技术与安全风险管理201420142014年年年888月月月盾构机发展概要纲要一、盾构隧道设计概况一、盾构隧道设计概况二、盾构掘进施工二、盾构掘进施工技术技术三、三、盾构盾构机选型机选型四、盾构始发、到达施工及风险控制四、盾构始发、到达施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制一、盾构隧道设计概况11、北京地铁五号线盾构隧道设计概述、北京地铁五号线盾构隧道设计概述隧道平面设计：

线路贯穿北京市中心，连隧道平面设计：

线路贯穿北京市中心，连接昌平、朝阳、东城、崇文、丰台五个城接昌平、朝阳、东城、崇文、丰台五个城区，盾构法施工的区间隧道长度为区，盾构法施工的区间隧道长度为5.6km5.6km，基本上沿和平里西街、雍和宫大街、东，基本上沿和平里西街、雍和宫大街、东四北（南）大街、东单北大街敷设，下穿四北（南）大街、东单北大街敷设，下穿雍和宫大街西侧民房、护城河以及污水、雍和宫大街西侧民房、护城河以及污水、上水、电力、热力、电信等地下管线。

盾上水、电力、热力、电信等地下管线。

盾构隧道采用两条单线圆形隧道，左、右线构隧道采用两条单线圆形隧道，左、右线线间距线间距14.8m14.8m20.75m20.75m。

隧道曲线段最。

隧道曲线段最小曲线半径为小曲线半径为400m400m，最大半径为，最大半径为2000m2000m。

一、盾构隧道设计概况11、北京地铁五号线盾构隧道设计概述、北京地铁五号线盾构隧道设计概述隧道纵断面设计：

隧道纵向基本为隧道纵断面设计：

隧道纵向基本为“人人”字坡和单坡，坡度字坡和单坡，坡度0.3%0.3%1.7%1.7%，隧道结构顶，隧道结构顶面覆土厚度面覆土厚度9.29.214.7m14.7m。

盾构隧道沿线主要穿越砂质粉土。

盾构隧道沿线主要穿越砂质粉土、粉、粉质黏土质黏土11、粉细砂、粉细砂、砾砂砾砂11、圆砾、圆砾、卵石、卵石22等地层。

等地层。

序号序号钢筋混凝土管片设计钢筋混凝土管片设计11建筑限界建筑限界5200mm5200mm22管片净空管片净空5200+1002=5400mm5200+1002=5400mm33管片厚度管片厚度300mm300mm44管片外径管片外径6000mm6000mm55管片环宽度管片环宽度1.2m1.2m66管片分块方式管片分块方式环向环向66分块：

分块：

33标准块（标准块（AA型）、型）、22邻接块（邻接块（BB型）、型）、11封顶块（纵向插入式封顶块（纵向插入式CC型）型）77管片拼装方式管片拼装方式错缝拼装错缝拼装88管片类型管片类型标准环、楔形环（左、右转环）标准环、楔形环（左、右转环）99楔形管片楔形量楔形管片楔形量（R=300mR=300m曲线）曲线）=48mm=48mm，=0.46=0.461010管片连接方式管片连接方式环向环向1212个、纵向个、纵向1616个弯螺栓连接个弯螺栓连接纲要一、盾构隧道设计概况一、盾构隧道设计概况二、盾构掘进施工二、盾构掘进施工技术技术三、三、盾构盾构机选型机选型四、盾构始发、到达施工及风险控制四、盾构始发、到达施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制二、盾构掘进施工技术11、盾构施工流程、盾构施工流程土压平衡盾构施工流程土压平衡盾构施工流程泥水平衡盾构施工流程泥水平衡盾构施工流程二、盾构掘进施工技术22、土压平衡盾构施工参数、土压平衡盾构施工参数理论计算理论计算参考以往工程经验参考以往工程经验初步确定参数初步确定参数初始掘进初始掘进（试验试验）监控量测监控量测施工参数施工参数（调整调整）隧道埋深、地质条件、隧道埋深、地质条件、周边环境等变化周边环境等变化动态调整动态调整监控量测监控量测（调整调整）二、盾构掘进施工技术22、土压平衡盾构施工参数、土压平衡盾构施工参数土舱压力土舱压力排土量排土量盾构推力盾构推力刀盘扭矩刀盘扭矩掘进速度掘进速度注浆速度注浆速度注浆量注浆量塑流化改良塑流化改良注浆注浆压力压力刀盘转速刀盘转速螺旋机螺旋机转速转速螺旋螺旋机机扭矩扭矩盾尾密封油脂盾尾密封油脂刀盘开口率刀盘开口率刀具磨损刀具磨损盾构姿态盾构姿态刀盘扭矩刀盘扭矩盾构推力盾构推力掘进速度掘进速度二、盾构掘进施工技术22、土压平衡盾构、土压平衡盾构施工参数施工参数管片环宽管片环宽：

1200mm1200mm掘进速度：

掘进速度：

10mm/min10mm/min掘进时间：

掘进时间：

120min120min掘进速度：

掘进速度：

20mm/min20mm/min掘进时间：

掘进时间：

60min60min掘进速度：

掘进速度：

40mm/min40mm/min掘进时间：

掘进时间：

30min30min掘进速度：

掘进速度：

80mm/min80mm/min掘进时间：

掘进时间：

15min15min同步注浆可能同步注浆可能成为制约因素成为制约因素盾构掘进施工宜通过合理优化施盾构掘进施工宜通过合理优化施工组织方面的手段提高施工进度，工组织方面的手段提高施工进度，应控制适宜的掘进速度，使掘进应控制适宜的掘进速度，使掘进速度与同步注浆速度相匹配。

速度与同步注浆速度相匹配。

纲要一、盾构隧道设计概况一、盾构隧道设计概况二、盾构掘进施工二、盾构掘进施工技术技术三、三、盾构盾构机选型机选型四、盾构始发、到达施工及风险控制四、盾构始发、到达施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制三、盾构机选型11、盾构机分类与选型、盾构机分类与选型城市轨道交通工程中常用的盾构机类型如下：

城市轨道交通工程中常用的盾构机类型如下：

机械式盾构机械式盾构密闭式盾构密闭式盾构敞开式盾构敞开式盾构土压平衡盾构土压平衡盾构泥水平衡盾构泥水平衡盾构复合复合盾构盾构三、盾构机选型22、刀盘选型、刀盘选型面板式刀盘面板式刀盘三、盾构机选型22、刀盘选型、刀盘选型辐条式刀盘辐条式刀盘三、盾构机选型33、广州地铁、广州地铁33号线盾构工程实例号线盾构工程实例广州地铁广州地铁33号线沥滘站大石站区间盾构机位于南珠江主航道下方发生刀盘解体事故，号线沥滘站大石站区间盾构机位于南珠江主航道下方发生刀盘解体事故，该处隧道埋深约该处隧道埋深约13m13m，水深，水深889.5m9.5m。

盾构通过的地层为盾构通过的地层为强风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，局部为中风化泥质粉砂岩，局部为全风化层。

全风化层。

层最高抗压强度不超过层最高抗压强度不超过30MPa30MPa。

20052005年年55月月3131日，刀盘扭矩突然攀日，刀盘扭矩突然攀升并造成机器连锁，反复正反转动升并造成机器连锁，反复正反转动刀盘未果，过程中听到土舱内有异刀盘未果，过程中听到土舱内有异响，排响，排泥泥中发现一把完整的齿刀连中发现一把完整的齿刀连同刀座，并发现有大量类似被刨下同刀座，并发现有大量类似被刨下的铁屑。

开舱检查后发现刀盘的铁屑。

开舱检查后发现刀盘44号与号与66号辐条之间除牛腿外其余部分几乎号辐条之间除牛腿外其余部分几乎全部缺失，土舱内堆积了大量的刀全部缺失，土舱内堆积了大量的刀盘构件残骸。

盘构件残骸。

三、盾构机选型33、广州地铁、广州地铁33号线盾构号线盾构工程实例工程实例刀盘修复：

刀盘修复：

安装安装55号破断辐条；号破断辐条；安装安装55号辐条连接肋板；号辐条连接肋板；对刀盘进行整体加固，形成包括对刀盘进行整体加固，形成包括刀盘边缘环形圆箍。

刀盘边缘环形圆箍。

三、盾构机选型44、土压平衡盾构机选型的基本思路、土压平衡盾构机选型的基本思路工程地质条件工程地质条件地质水文条件地质水文条件盾构隧道设计参数盾构隧道设计参数周边环境及变周边环境及变形控制要求形控制要求确定盾构机类型确定盾构机类型刀盘设计刀盘设计螺旋机设计螺旋机设计刀盘驱动系统刀盘驱动系统螺旋机驱动系统螺旋机驱动系统盾体设计盾体设计注浆系统注浆系统后配套设备及后配套设备及驱动系统等驱动系统等塑流化改良塑流化改良系统系统人闸舱及保人闸舱及保压系统等压系统等电气化控制集成电气化控制集成测量导向系统测量导向系统纲要一、盾构隧道设计概况一、盾构隧道设计概况二、盾构掘进施工二、盾构掘进施工技术技术三、三、盾构盾构机选型机选型四、盾构始发、到达施工及风险控制四、盾构始发、到达施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制五、地质条件复杂地段施工及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制六、盾构邻近重要环境设施及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制七、盾构开舱作业及风险控制四、盾构始发、到达施工及风险控制11、盾构始发、到达施工风险、盾构始发、到达施工风险盾构始发、到达施工最常见的风险主要有端头土体加固效果未达到要求，造成洞门围护盾构始发、到达施工最常见的风险主要有端头土体加固效果未达到要求，造成洞门围护结构破除时土体失稳，或盾构机盾体外部缝隙渗漏，严重时引起地表塌陷。

结构破除时土体失稳，或盾构机盾体外部缝隙渗漏，严重时引起地表塌陷。

为防止洞门土体失稳、渗漏，在破除洞为防止洞门土体失稳、渗漏，在破除洞门、盾构始发前，应对洞门土体加固、门、盾构始发前，应对洞门土体加固、止水效果进行检验，发现土体强度或止止水效果进行检验，发现土体强度或止水效果不足时应进行补充加固。

破除洞水效果不足时应进行补充加固。

破除洞门时，可采取喷射素混凝土对土体临空门时，可采取喷射素混凝土对土体临空面进行封闭。

破除过程中发现土体出现面进行封闭。

破除过程中发现土体出现坍塌迹象应及时封闭洞门重新加固。

盾坍塌迹象应及时封闭洞门重新加固。

盾构始发前应按设计要求安装洞门密封装构始发前应按设计要求安装洞门密封装置。

置。

四、盾构始发、到达施工及风险控制22、广州地铁广州地铁APMAPM线盾构始发线盾构始发工程实例工程实例广州地铁珠江新城旅客自动输送系统土建广州地铁珠江新城旅客自动输送系统土建33标右线凿除洞门时曾有较大涌水，割除洞门标右线凿除洞门时曾有较大涌水，割除洞门外排钢筋时，洞门中下部外排钢筋保护层混凝土发生较大水平变形（向基坑内侧鼓出），外排钢筋时，洞门中下部外排钢筋保护层混凝土发生较大水平变形（向基坑内侧鼓出），较大水流带粉细砂从混凝土与围岩间隙涌出，但未得到彻底处理。

较大水流带粉细砂从混凝土与围岩间隙涌出，但未得到彻底处理。

盾构始发掘进至盾构始发掘进至-1-1环，洞门密封下部出现环，洞门密封下部出现较大涌水涌砂渗漏，在短短较大涌水涌砂渗漏，在短短20min20min内，涌内，涌水量达水量达300300多多mm33，夹带涌砂量达，夹带涌砂量达160m160m33，涌水涌砂迅速淹没始发井区域，并漫至，涌水涌砂迅速淹没始发井区域，并漫至车站底板上。

车站底板上。

四、盾构始发、到达施工及风险控制22、广州地铁广州地铁APMAPM线盾构始发线盾构始发工程实例工程实例盾构始发端头加固方案为盾构始发端头加固方案为C15C15素混凝土素混凝土地下连续墙（嵌入中风化岩地下连续墙（嵌入中风化岩1m1m）+水泥水泥搅拌桩（四边形咬合），根据现场地质搅拌桩（四边形咬合），根据现场地质情况，地下连续墙终孔标高位于始发洞情况，地下连续墙终孔标高位于始发洞门中部偏上位置，水泥搅拌桩桩体进入门中部偏上位置，水泥搅拌桩桩体进入强风化岩强风化岩100mm100mm。

四、盾构始发、到达施工及风险控制22、广州地铁广州地铁APMAPM线盾构始发线盾构始发工程实例工程实例序号序号事故原因分析事故原因分析11地下连续墙入岩深度不足，墙底存在一定厚度的沉渣，提供了地下水渗漏可地下连续墙入岩深度不足