盾构施工风险及质量控制措施.ppt

盾构施工风险及典型事故案例 广州市盾建地下工程有限公司张良辉 Page2 提纲 1 盾构的概念及历史2 盾构分类3 机械盾构结构及工作原理4 盾构施工工序 一 盾构施工概述 二 盾构施工过程中的风险 典型案例及应对措施 1 盾构始发2 盾构到达3 不均匀地层掘进4 粘性土层掘进5 软弱地层掘进6 全断面硬岩掘进7 土洞 溶洞地层掘进8 其它特殊地层掘进 9 进仓作业10 盾构通过重要建筑物 构筑物 铁路 障碍物及江河湖海底施工11 盾构机械故障12 测量错误13 盾构空推过矿山法14 联络通道施工 15 水平运输16 垂直运输17 管片安装18 火灾19 水淹20 盾构吊装21 高耸设备 Page3 Page4 盾构施工概述 1 盾构的概念及历史 盾构的概念盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下开挖隧道的一种施工方法 盾构 shield 是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构 钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置 钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶 钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环 盾构每推进一环距离 就在盾尾支护下拼装 或现浇 一环衬砌 并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆 以防止隧道及地面下沉 盾构推进的反力由衬砌环承担 Page5 盾构施工概述 盾构的概念盾构施工前应先修建一竖井 在竖井内安装盾构 盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面 按盾构断面形状不同可将其分为 单圆盾构 双园盾构 矩形盾构等 圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好 衬砌拼装简便 可采用通用构件 易于更换 因而应用较为广泛 1 盾构的概念及历史 Page6 盾构施工概述 盾构的历史1806年Brunel发明盾构原理并申报专利 1818年Brunel发明类似土压平衡概念的螺旋盾构 1825年Brunel利用一台方形盾构开凿英国Thames河底隧道直到1843年才完成 经历了5次严重突水事故 1828年Callodan提出过采用气压 未被采纳 1869年Greathead在Thames河下建了一条圆形隧道 首次采用铸铁管片衬砌 很顺利 1874年第一台泥水盾构 1806年布鲁诺尔注册专利的盾构 第一台泥水盾构 格瑞海德泥浆盾构 1874年专利 1 盾构的概念及历史 Page7 盾构施工概述 盾构的历史1876年第一台机械盾构诞生 1886年伦敦地下铁第一次采用气压盾构 1896年电动机械盾构 1963年第一台土压平衡盾构在日本出现 主要因为泥水和气压盾构对环境和人员健康 安全有害 1876年第一台盾构机 英国JohnDickinsonBrunton和GeorgeBrunton 1963年第一台土压平衡盾构 1 盾构的概念及历史 Page8 盾构施工概述 2 盾构分类 按开挖方式不同可将盾构分为 手工挖掘式 半机械挖掘式和机械挖掘式3种 按盾构前部构造不同可将盾构分为 敞胸式和闭胸式2种 按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为 人工井点降水 泥水加压 土压平衡式 局部气压盾构 全气压盾构等 Page9 盾构施工概述 3 机械盾构结构及工作原理 刀盘 壳体 主轴承 刀盘 用来切削岩土 装有各类刀具 壳体 包括前体 中体和后体 前仓壁及主轴承 前者为隔断水土的密封板 后者为刀盘和驱动马达之间连接轴承 Page10 盾构施工概述 驱动马达 驱动刀盘转动的动力 推进千斤顶和铰接千斤顶 盾构前进和转向系统 驱动马达 推进千斤顶 3 机械盾构结构及工作原理 Page11 盾构施工概述 排渣系统 泥水管道或螺旋机 皮带机 泥水管道排渣系统 螺旋机 皮带机排渣系统 3 机械盾构结构及工作原理 Page12 盾构施工概述 注浆系统 管片背后充填注浆 3 机械盾构结构及工作原理 Page13 盾构施工概述 前仓注入系统 改善土体 盾构机油脂注入系统 机器运转必须 防水必须 管片输送和安装系统 隧道结构形成 压气系统 及气压仓 各种注入泵都需要压气 不稳定地层需要气压仓 气压仓 管片安装器 3 机械盾构结构及工作原理 Page14 盾构施工概述 电气系统 液压系统 冷却系统 通风系统 测量导向系统 后续台车 后续台车 测量导向系统 3 机械盾构结构及工作原理 Page15 盾构施工概述 盾构工作原理 EPBSHIELD Page16 盾构施工概述 盾构工作原理 MIXSHIELD Page17 盾构施工概述 4 盾构施工工序 盾构机下井 盾构机就位调试 初始掘进 正常掘进 到达车站 过站 再次始发 到达终点站 盾构机解体外运 设备调整 始发端头加固 反力架安装 洞门密封圈安装 洞门围护墙凿除 到达端头加固 洞门密封圈安装 盾构机托架 再次就位调试 盾构始发井 车站施工 盾构吊出井 端头加固 Page18 二 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 Page19 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 1 盾构始发 1 端头加固加固质量不好导致无法破洞门 端头坍塌 洞门漏水漏砂 密封环板撕开 人员伤亡等 端头加固设计采用正确的加固方法和施工质量的确保可以避免事故发生 始发端头洞门漏水 案例 广州市轨道交通三号线 北延线 珠江新城APM线 人员伤完 端头加固原理示意图 Page20 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2 盾构到达 1 端头加固砂层中尤其是粉细砂加固质量问题会导致灾难性后果 洞门出现漏水 漏砂 案例 南京地铁某项目 西气东输武汉过江隧道 Page21 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 Page22 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 Page23 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2 洞门障碍物可能导致刀盘变形 刀盘外圈变形区域 刀盘外圈拉裂情况 2 辐条筋板与内环形板的焊缝拉裂情况 案例 广州市轨道交通四号线某工地 2 盾构到达 Page24 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 盾构栽头管片接缝拉开 管片错胎 断裂 案例 广州市轨道交通五号线某工地 4 测量错误无法从预留洞门出来 隧道废除重建 案例 天津地铁某项目 2 盾构到达 Page25 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 不均匀地层掘进 包括上软下硬 孤石地层 1 刀盘变形或损坏 刀盘磨损前后对比 案例 广州市轨道交通四号线某工地 Page26 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 刀盘损坏 维修后出洞时的刀盘 Page27 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2 刀具更换 刀具单边磨损 3 不均匀地层掘进 包括上软下硬 孤石地层 刀圈断裂 轴承损坏 刀圈塑性变形 Page28 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 地面及建筑物沉降 沉降引起的房屋倾斜 3 不均匀地层掘进 包括上软下硬 孤石地层 Page29 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 4 地下水导致喷涌 5 盾构上飘 喷涌带来隧道内大量泥浆 6 盾构下栽 案例 广州市轨道交通三号线北延线 广佛线 案例 广佛线 7 盾构水平偏移 案例 广州市轨道交通三号线北延长线 3 不均匀地层掘进 包括上软下硬 孤石地层 Page30 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 4 粘性土层掘进 1 结泥饼 Page31 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 5 软弱地层掘进 1 饱和砂层中掘进喷涌 案例 广州市轨道交通三号线 广佛线 喷涌带来隧道内大量泥砂 2 砂层中掘进铰接密封漏砂 案例 天津地铁某项目 Page32 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 盾尾密封漏砂 漏浆 盾尾漏浆 4 螺旋机漏砂 案例 天津地铁某项目 盾尾漏水 5 软弱地层掘进 HK S442 english short 720p HK S442 english short 720p Page33 Page34 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 5 软弱地层沉降和隆起 路面沉降 5 软弱地层掘进 Page35 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 6 机头下栽 上海地铁四号线事故 案例 杭州地铁某项目 7 隧道结构下沉 偏移 案例 上海地铁总体下沉 杭州地铁某项目 5 软弱地层掘进 Page36 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 Botheastandwestbulkheadwerebuiltbyusingfreezingmethodascutoffwall afterthedebrisinthetunnelwereremoved R C bulkheadwasbuilttoprotecttheunaffectedtunnelsfromthecutandcoverrecoveryworks Page37 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 6 全断面硬岩掘进 1 盾构机滚动 案例 广州市轨道交通四号线 广佛线 2 盾构机卡壳 案例 广州市轨道交通三号线 广州市轨道交通三号线北延线 广州市轨道交通二 八号线延长线 Page38 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 管片错台 4 管片开裂 5 隧道上浮 管片错台 管片开裂造成的渗漏 6 全断面硬岩掘进 盾构在全断面硬岩中掘进 Page39 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 7 土洞 溶洞地层掘进 1 盾构机栽头 2 喷涌 土洞 溶洞地面预处理 溶洞 Page40 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 8 其他特殊地层 沼气及可燃气体地层 铁板砂地层 卵石地层 1 沼气地层打孔放气 加强通风 防止火灾 设备采用防爆设计 案例 武汉某隧道 西气东输线钱塘江过江隧道 含可燃有毒气体的土层 可燃气体 Page41 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2008年4月15日6时15分广州地铁六号线某在建地铁隧道地下23米爆炸2死5伤 8 其他特殊地层 沼气及可燃气体地层 铁板砂地层 卵石地层 Page42 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2 铁板砂和卵石地层对刀盘磨损较大 盾构选型尤其是刀盘设计和耐磨措施重要 案例 北京地铁某项目 成都地铁 8 其他特殊地层 沼气及可燃气体地层 铁板砂地层 卵石地层 刀盘磨损前后对比 Page43 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 9 进仓作业 刀具更换 修复刀盘 处理障碍物 1 坍塌及泥砂突涌 案例 深圳地铁某项目 2 高空坠落 3 溺水 4 触电 5 有毒有害气体 窒息 案例 广州轨道交通六号线和三号线北延线 掘进产生可燃气体 Page44 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 6 压气作业 工作面坍塌 有毒气体 突然失压 减压病 7 机械系统 刀具更换 刀盘 泥水系统 误操作 案例 广深港客运专线南京某过江隧道 HyperbaricHelmet氧气头盔 Transportshuttle潜水员传送舱 Livingchamber潜水员生活舱 9 进仓作业 刀具更换 修复刀盘 处理障碍物 Page45 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 10 盾构通过重要建筑物 构筑物 铁路及障碍物及江河 湖泊 海底施工 针对具体问题和地质条件编制专项方案主要风险还是沉降 水下隧道施工容易击穿江底 案例 广州轨道交通四号线某盾构区间 盾构通过水闸前预埋注浆管 盾构通过宽约600米的珠江 Page46 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 11 盾构机械故障 1 主轴承齿轮断裂 案例 广州轨道交通一号线 五号线 裂纹 Page47 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 2 减速箱损坏 案例 广州轨道交通一号线 五号线 11 盾构机械故障 Page48 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 3 液压马达接反 11 盾构机械故障 Page49 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 12 测量错误 案例 广州轨道交通二八号线某项目成都地铁某项目天津地铁某项目 挖除已施工的盾构隧道 盾构掘进姿态监控 Page50 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 13 盾构空推过矿山法隧道 盾构空推过矿山法隧道 1 盾构上抬 2 管片止水条无法压紧 3 管片背后充填不密实 4 盾构机翻转 5 隧道上浮 Page51 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 14 联络通道施工 1 砂层中施工 2 花岗岩残积层施工 砂层中联络通道设计 联络通道二衬施工 Page52 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 上海地铁四号线 风道和旁通道采用冻结法施工 旁通道 风道 风井底板 Page53 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 上海地铁四号线事故 Page54 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 15 水平运输 1 大坡度溜车 2 井口溜车 3 制动失灵 4 连接件断裂 5 脱轨 6 特殊的线型设计 案例 广州轨道交通六号线海北区间单向坡 土斗侧翻 电瓶车运输的材料刮倒防水施工架 Page55 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 16 垂直运输 1 防过卷装置失效 2 传动轴断裂 案例 广州轨道交通二 八号线 3 钢丝绳断裂 钢丝绳断裂 Page56 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 龙门吊侧翻 龙门吊卷扬机刹车失灵 4 制动系统失效 5 龙门吊侧翻 16 垂直运输 Page57 盾构施工各工序风险 典型案例及应对措施 17 管片安装 1 管片运输过程 2