盾构工程的常见事故及其对策

盾构工程的常见事故及其对策,主讲：肖瑞传时间：2009.03,工程事故的分类：一、盾构机械事故二、盾构机被困系列事故三、地表沉隆、建筑物下沉事故、冒浆现象四、盾构掘进方向失控、管片错台、破损、渗漏五、盾构始发、到达相关事故六、其他事故,一、盾构机械事故1、大轴承密封受损、大齿圈损坏（盾构心脏）大齿圈损坏刀盘转不动广州地铁五号线区杨区间海瑞克盾构机、深圳一号线三菱盾构机,广州地铁五号线区杨区间海瑞克盾构机,2、刀盘、刀具磨损（造成盾构机无法掘进）原因分析：盾构机刀具不正常磨损同时造成刀盘磨损严重。处理方法：在掌子面稳定地段进仓修补刀盘、刀座，更换刀具。预防对策：及时分析掘进相关参数，定期进仓检查刀具、更换刀具。,广州某工地海瑞克盾构机刀盘磨损情况,3、盾尾刷被击穿（造成同步注浆漏浆、严重盾尾漏水）原因分析：盾尾刷质量差、盾尾刷第一次涂抹不到位、管片选型不好或者掘进姿态不好造成盾尾间隙太小、盾尾油脂注入不及时，盾尾油脂质量差等。处理方法：调整盾构机和管片姿态、必要时洞内更换尾刷（注意更换尾刷的安全措施）。预防对策：加强平常的掘进管理。,4、同步注浆管路堵塞原因分析：同步注浆浆液配合比不合适、浆液材料不达标、管路清洗不及时等。处理方法：清洗管路、调整配合比等。预防对策：根据不同地层和周边环境选择浆液配合比、同步注浆一定要形成制度和体系，从进同步注浆材料开始、地面搅拌站拌浆、下浆液、运输到台车注浆必须层层控制、精细化管理、落实到人。,二、盾构机被困系列事故1、盾构选型失误或者刀具配备不合适,广州某工地海瑞克盾构机刀盘设置,左图海瑞克泥水平衡盾构机选型，当时为二八号线一砂层设计的刀盘，后施工有硬岩地层掘进，掘进很不理想。刀具配置一定要充分考虑地层特性，同时由于地层变化不确定性，要按最不利来考虑。滚刀、刮刀、齿刀、先行刀的配置及齿滚刀的选择。,2、刀盘、刀具磨损（造成盾构机无法掘进）症状：通常盾构机推力大、扭距大、推进速度慢贯入度小，切削的岩石成细颗粒，开挖直径变小，盾体摩擦力变大等。原因分析：盾构机刀具切削磨损，岩石强度高、完整性好。处理方法：有条件常压进仓换刀或者带压进仓换刀。,广州某工地海瑞克盾构机刀盘磨损情况,预防方法：盾构施工过程中，要提前核实地质情况，预计刀具磨损情况，提前考虑换刀的地点；掘进过程中要分析掘进参数，一旦掘进参数有变化，切忌不能盲目推进，分析症状，若是刀具磨损而还强行推进，后果就会是加重刀具的磨损，刀具变形、更换困难，可能造成刀座磨损，甚至刀盘磨损，处理就更加困难了；掘进过程中，应根据地层确定盾构机的参数，例如像现在三号北延2标的地层，转速就不应大，上软下硬的地层贯入度就不应过大，否则容易造成刀具崩裂；,3、泥饼（1）泥饼的定义泥饼是刀盘切削下来的细小颗粒、碎屑在土仓内和刀盘区重新聚集而形成半固结或固结的土块。（2）泥饼的危害泥饼初期：造成扭矩、总推力大幅度增大、推进速度降低、刀具磨损；泥饼严重后：造成掘进困难、在富水地层诱发喷涌、甚至发生地表塌方和盾构机严重损坏。（3）泥饼形成机理和原因分析地质条件在可塑、硬塑状的粘土类地层、粘土质砂土地层、泥岩、泥质粉砂岩、母岩为花岗岩的残积土层、全风化岩层和强风化岩层等地层中掘进易形成泥饼。本标段中号地层均有形成泥饼的可能，需要引起注意。当岩或土中粘土矿物含量超过25时，随含量的增加，相同施工设备和工艺条件下，泥饼形成的可能性将增加。,刀盘特征刀具的数量、布置形式、刀具的层次；刀盘开口率、开口的规格、刀盘幅条结构形式；刀盘转速；刀盘中心区由于开孔率低、线速度低等原因，是泥饼的高发区。施工因素对地质的不准确判断（在开挖面相对稳定的全、强风化泥岩中，建立EPB模式掘进，碴土改良效果不好，最易制造泥饼）；建立EPB模式并设定过高的出土压力，使土的密度增大，诱发泥饼的产生；碴土改良效果差，泡沫管堵塞，泡沫发泡效果差，泡沫注入参数不合适；盾构机产生的高温高热量（特别是在掘进速度比较慢的情况下，盾构机产生的热量容易积聚下来，因此盾构机长期运作产生的高温高热也是泥饼形成的一个促发因素）；密封舱土体饱满的情况下长期停留，此时舱内的土体会收缩结成泥饼。,（4）泥饼症状通常表现：盾构机推力大、扭距小、推进速度慢贯入度小，切削的岩石成细粉状，碴土温度高，碴土流动性差等。（5）处理方法有条件进仓清理泥饼，疏通泡沫管。,没有条件进仓的情况下，通过盾构机自身通过泡沫管高压力下注入，刀盘快速旋转冲洗泡沫，或者通过土仓壁的注入孔高压冲洗刀盘（注意：该处理方法容易造成地面塌陷）。,（6）预防方法盾构机选型尽可能增大开口率；设置能喷泡沫的搅拌棒，且数量足够；螺旋输送器主轴的伸入长度应超过土舱宽度的一半以上；土舱的容积要大；有泡沫、泥浆发生、加入系统等。施工措施（及时发现苗头，及时处理）根据地质条件，有针对性的向刀盘、土舱内加入泡沫、膨润土等，对土体进行改良；刀盘开口率40且土体标贯值大于20击时，即地层相对能自稳时，设定的出土压力不宜超过主动土压，找到平衡点，并且最好控制在1Kg/cm2以下，即宜采用欠土压平衡模式掘进；若地层稳定相较差，掘进也宜采用欠土压平衡模式，只是停机时将土压保持；采取冷却措施，降低土舱内的高温高热；避免土舱饱满时长期停机，宜以泥浆代替部分土体充填土舱（通过泥浆比重指标控制）。,4、喷涌（1）喷涌的危害破碎带、富水砂层地段：造成盾构无法正常推进，土仓压力无法按要求控制，地面沉降、甚至塌陷。裂隙发育的岩层地段：造成喷涌清渣喷涌恶性循环，盾构无法正常推进，同时造成管片上浮侵线等。,（2）预防措施和处理办法盾构机设备的配置盾构机配备上目前有螺旋输送机配置双闸门、配置双螺旋输送机配备，或者外配备保压泵等。施工措施（及时发现苗头，及时处理）根据富水砂层、破碎带地层建立土仓压力，向土仓和螺旋输送机内注入添加剂，目前效果比较好的添加剂有高分子聚合物，如日本的TAC高分子材料、CONDAT公司的聚合物等；针对破碎带、裂隙发育的硬岩段，首先找到喷涌的水源，主要水源还是从盾构机后面的来水，此时必须调整同步注浆的初凝时间，通过二次注浆注双液浆，将后方的补水通道堵死；若已经发生喷涌现象，可以通过土仓壁的孔阀泄水，必要时停机从盾构机中前盾径向孔注入聚氨酯（注入聚氨酯的目的是将后方水流通道堵住，以便管片二次注浆的注浆浆液不被冲到刀盘处，同时防止将盾构机握裹）；停机和施工建立一定的土仓压力，采取气压模式掘进。,5、盾构机盾壳卡住（1）盾壳卡住的原因分析盾构机边缘滚刀磨损严重，切削轮廓不够；硬岩段盾构切削效果不好，造成岩石小颗粒卡住盾壳；同步注浆将盾尾尾刷固结，浆液将盾尾包裹；盾构机姿态和管片姿态不好，铰接处差值大，盾构机不能转弯；盾构机在硬岩段曲线掘进，切削轮廓线不够；长时间停机，盾壳被围岩包裹。（2）预防措施和处理办法通过推进油缸和铰接油缸的油压、检查刀具判断被卡部位更换刀具；通过盾壳的径向注入孔注入膨润土，润滑盾壳，减小摩擦力；必要时，调整拼装1.2m的管片，调整盾构机和管片的姿态；针对细颗粒的卡盾壳，除了通过注入膨润土润滑外，将刀盘切口位置通过塞抹布或者橡胶防止小颗粒继续填入进去；盾构机停机，应注意注浆，长时间停机，应将盾壳注入膨润土。,三、地表沉隆、建筑物下沉事故、冒浆现象1、原因分析盾构机土仓压力设置不合理；多出了土，1斗土就17方，土仓也就30方，多出几方就可能引起地面塌陷；同步注浆和二次注浆不及时，不饱满；盾构机出现泥饼、喷涌、掘进速度慢，扰动地层，可能造成多出土；地层松软，隧道范围内有未封好的孔洞，泡沫和浆液压力高，从地面冒出等。2、特点有些地层覆土浅，砂层、淤泥层等敏感地层，塌方、沉降很明显；有些地层覆土深，残积土、全风化等地层，塌方、沉降存在一定的滞后情况。,3、预防措施和处理办法合理设置土仓压力，注意信息化施工，针对地层、地面环境、监测等，不断调整土仓压力和其他掘进参数；严格控制出土量和碴样分析，出土量每环都要心中有数，碴样分析也是确定是否有上部地层土下来了，判断是否塌方；加强同步注浆和二次注浆，重要建筑物必须做二次注浆，注浆量和注浆压力双控制；一旦发现多出土，及时二次注浆，同时将土仓压力适当提高，盾构机尽量不要停机，停机容易造成盾构机被注浆的浆液裹住；有条件的地方，重要建筑物地段必要时应在地面预埋管填充跟踪注浆；现场储备一定的应急物资，围蔽材料，注浆材料、钢板等，同时项目部应注意动作一定要快，不要穿戴有单位标识的衣帽，应有专人应对媒体；检查隧道范围内，地质勘察孔、注浆孔等孔洞是否封好。,四、盾构掘进方向失控、管片错台、破损、渗漏1、原因分析管片选型错误；管片上浮，造成侵线和管片错台；盾构机盲目推进，控制不到位；遇到上软下硬、左右软硬不均的地层；盾构掘进参数不正常，推力过大；软弱地层，盾构机长时间停机引起“磕头”现象等。,2、预防措施和处理方法项目部应建立严格的质量管理体系，层层控制管片的质量：管片应从管片厂、管片运输、管片吊装、管片选型、管片拼装等，严格控制，切忌不能盲目抢进度，应从细节抓起；控制管片上浮，重点抓好同步注浆和管片二次注浆（与硬岩段喷涌相同解决）；针对不同地层，适当选择掘进轴线（例如：硬岩段，防止管片上浮，一般将掘进轴线适当下压；曲线段始发、掘进，一般选择割线来控制，提前进入曲线等）；控制好铰接油缸、推进油缸的形成差。,五、盾构始发、到达相关事故1、盾构始发托架变形（1）原因分析（经常发生在曲线始发的时候）始发托架的中心轴线与隧道设计轴线不平行，则盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力；始发托架的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与托架轴线产生较大的夹角，致使盾构基座受力不均匀；始发托架的固定不牢固等。（2）预防措施和处理办法先停止推进，对已经发生变形破坏的构件分析原因，进行相应的加固措施；对需要更换的部件，先将盾构支撑加固牢靠，再调换被破坏的构件；托架变形严重，盾构在其上面又无法修复加固，只能采取措施使盾构脱离托架，创造空间后对托架进行修复加固。,2、盾构反力架发生位移及变形（1）原因分析盾构推力过大，或者推进油缸不平衡，造成反力架受力不均匀、不对称，产生应力集中；反力架的部分构件的强度、刚度不够，各部件间的焊接强度不够或螺栓连接强度不够等；盾构后靠混凝土充填不密实或填充的混凝土强度不够；反力架、钢管片与负环管片的结合面不平整等。（2）预防措施盾构在推进过程中合理控制盾构的总推力，且油缸编组合理，使之均匀受力。对反力体系的各构件必须进行强度和刚度校验，对受压构件一定要做稳定性验算。各连接点应采用合理的连接方式保证连接可靠，各构件安装要求定位精确，并确保焊接质量以及螺栓连接的强度。填实盾构后靠混凝土，保证填充的材料的强度。抓好反力架的安装精度，确保反力架的平整度，使反力架均匀受力。,3、盾构出洞后轴线偏离设计轴线（尤其是曲线始发）（1）原因分析在围护结构破除后，始发台与开挖面的空间很大，为保证盾构在始发时不至于刀盘和盾体悬空太多而产生盾构“磕头”现象；始发推进过程，在盾构刀盘到达掌子面及脱离加固区时，容易出现盾构机“磕头”现象，根据地质条件的不同，有可能出现超限的情况；同步注浆不及时，造成管片上浮；负环管片约束力小，盾构轴线不易控制。（2）预防措施和处理方法施工过程中在管片拼装时加紧楔子；用钢丝绳圈牢管片，调正管片环面与轴线的垂直度，便于盾构推进的纠偏控制；根据现场的洞门距掌子面长的特点，在洞内底部按盾构机的弧面设置导台，从而避免了“磕头”现象的出现。正确设计端头加固方案，设计合理的加固方法和加固强度；施工中正确把握加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止局部的硬块、障碍物等考虑托架的变形量和地层的变化容易“磕头”现象，一般比设计值略高2cm。,4、破除洞门时涌土涌水（1）原因分析端头加固方案不当或者加固效果欠佳，自立性达不到洞门破除所需的施工时间；地下水丰富，土体软弱自立性差；洞门破除方案不合理或者洞门暴露时间过长等。（2）预防措施和处理方法提前检查洞门加固效果，达不到要求必须重新加固处理；在小范围的情况下，可采用边破除洞门砼，边喷素砼的方法对土体临空面进行封闭；对于坍塌失稳严重的情况，只有封闭洞门，重新加固；情况危险时，必要时将盾构机推进到封住洞门；选择合适的洞门破除重新安排工期。,5、出洞时洞口水土流失（1）原因分析洞口土体加固质量不好，强度未达到设计或施工要求而产生塌方，或者加固不均匀，隔离效果差，造成漏水、漏泥的现象；洞门密封装置强度不高，经不起较高的水土压力和注浆压力，受挤压而失效；洞门密封装置安装不好，止水橡胶帘布内翻或帘布破坏，造成水土流失；盾壳表面不光滑，或者有突起物，使密封受到影响。（2）预防措施保证端头加固的质量，保证加固后土体的强度和均匀性；洞门