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地铁盾构施工主要风险及一般风险控制要求
  • 时间: 2021-06-24 11:22:00
  • 浏览量:219
  • 来源:轨道交通勘察
  • 作者:纵横天地
本文共有2565个文字,预计阅读时间7分钟

地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术,是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。它使用地铁盾构机在地下掘进,在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时,在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑,将地铁盾构机吊入安装,地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。

一、主要风险


  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)超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、未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。


  2、盾构进出洞风险


  盾构在工作井出洞或进洞时,需要凿除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沙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的采取可靠的风险控制措施。


  3、盾构穿越江河水底的风险


  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的缺陷处涌入而淹没隧道。


  4、旁通道施工风险


  (1)旁通道冻结施工中,隧道钻冻结孔防喷措施不当引发泥水喷涌;


  (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害隧道安全。


  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,从而引起较大的地层损失率,导致被穿越的重要交通设施产生过大不均匀的变形,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。


  6、盾构穿越对沉降敏感的居民建筑物的风险


  一般居民建筑物为短桩或浅基础,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及同步注浆压力不足引起沉陷,又要防止正面压力及注浆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。


  7、盾构穿越重要管道的风险


  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、接头形成等变化较多,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漏或燃爆,影响管道的安全使用。


  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。


  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。


  10、恶劣气候条件的风险


  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。


二、一般风险控制要求


  1、施工前风险分析


  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、特殊环境专项评审


  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、安装隧道监控系统


  必须安装隧道监控系统,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关的地层沉降值控制在允许范围。


  4、定期检验盾构设备


  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,在推进施工中每日进行检查保养。检验中应该注意:


  (1)检验盾尾密封系统(包括刚板刷、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,应做出具体规定和严密检查。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,防止压力泄漏。


  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术规程》(STB/DQ-010001-2007)中规定的标准和测定要求而定,不同地层和埋深条件下各区段的每环管片注浆量和注浆压力,均应做明确规定,并如实记录;在任何条件下每环盾尾注浆填充率不得少于140%(双圆盾构不得少于180%);并应通过每日检测盾尾前方隧道轴线上方的地面沉降数据,随时检查注浆和注浆效果;


  (2)一般应按《地铁隧道工程盾构施工技术规程》(STB/DQ-010001-2007)中同步注浆采用可硬性浆液的有关规定。在特殊情况下,为达到特级和一级的监控要求,经报批,同步注浆亦可采用配比合格的惰性浆液(稠度为9-10)及工艺,但在管片环脱出盾尾5-10环后,需及时以0.6水灰比的水泥浆进行每环不少于0.5m3的壁后补浆。盾构推进300m后,及时对注浆施工质量进行抽检,在隧道拱底范围每10环取一压浆孔,拧开后探查壁后注浆是否结硬;


  (3)为控制建筑物和地铁隧道沉降而对隧道周侧土地进行加固注浆时,须在计划预留的注浆孔中进行多点、少量、多次、均匀的分层双液注浆,加固范围及强度指标按设计要求确定。凡此类注浆应由专业队伍实施,并严密制订和实施合理的注浆工艺和注浆施工参数;


  (4)在掘进施工中,要确保注浆系统和压住盾尾油脂系统的正常运转和准确计量,严防注浆管堵塞及盾尾漏浆,在复杂地质环境条件下施工时尤应加倍注意。


  6、盾构正面压力控制


  盾构正面压力及其固有波动大小是维持正面稳定及盾构机对前方土体扰动控制的关键参数,对施工期及施工后变形影响较大,对保证达到监控要求至关重要。应注意以下几点:


  (1)穿越前对对管理土压进行正确估计,并必须通过模拟推进试验的方法最终确定正面土压及其在穿越工程中的调整方案,将管理土压维持在实际静止土压力附近;


  (2)确认盾构设备能力达到的压力波动范围及其影响,分析判断是否满足控制要求;


  (3)在一级以上监控中应详细分析被保护对象荷载及其刚度可能对盾构正面土压力的影响。


  7、盾构姿态控制


  盾构姿态控制应做到勤纠少纠,保持轴线平差、高差在最小范围,以减少地层损失及对地层的扰动。在一级监控条件下,应尽快预先调整好盾构姿态,以直线平推姿态进入监控保护区,并始终维持稳定,尽量做好无纠偏动作。即使纠偏也应在多环内分小步均匀进行,在水平和垂直方向的单次纠偏量宜小于2'0'。


  8、施工、监测队伍资质控制


  施工队伍必须具备与监控等级条件相适应的施工资质,监测队伍必须具备与监控要求相适应的测量等级资质及监控设备条件。现场须配备足够的人力与设备,确保监控数据的准确与及时送达。


  9、应急预案制订与准备


  总承包单位应统一协调,与设计、盾构、注浆、监测等施工单位和材料供应商共同制定具有针对性的应急预案。在工程施工的全过程中,现场应按预定计划备有应急所需的抢险设备和物质,并在方便、快速取用的部位放置。其中高质量盾尾油脂、聚氨酯、水玻璃堵漏用水泥等为盾构施工必备应急物质。要特别注意台风、强暴雨天气下的雨水、河水倒灌及运输中断等风险,及时收集局部天气预报信息,提前备足防洪排涝设备和物质。



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