城市轨道交通工程现场管理人员专项培训.doc

城市轨道交通工程现场管理人员培训教材中国中铁航空港建设集团有限公司2011年12月目 录第一部分 盾构施工技术5第一章 盾构施工原理及风险分析61.1 盾构机历史变革61.1.1 盾构机的诞生61.1.2 盾构机在世界上的发展历史61.1.3 中国盾构现状71.1.4 全球盾构发展水平71.2 盾构机分类81.3 盾构施工原理91.3.1 盾构施工优缺点91.3.2 泥水盾构施工原理91.3.3 土压平衡盾构（EPB）施工原理91.3.4 硬岩掘进机（TBM）盾构施工原理101.3.5 同步注浆原理101.3.6 管片拼装原理101.4 盾构施工风险与控制121.4.1 盾构施工风险源辨识121.4.2 盾构施工事故分析121.4.3 盾构施工风险与对策141.5 盾构施工典型事故案例171.5.1 盾构机械事故171.5.2 盾构掘进引发的地面沉降和建筑物损坏事故一八1.5.3 盾构机进出洞及横通道施工事故201.5.5 盾构机换刀事故221.5.6 地下障碍物处理231.5.7 其他安全事故23第二章 盾构施工技术与质量控制242.1 盾构施工的发展方向242.2 盾构施工工法简介252.3 盾构施工工艺及验收规范说明252.3 盾构施工关键技术与验收26第二部分 地铁车站明挖、盖挖法施工质量与安全管理控制要点340 前言351 讲课内容361.1 明挖法、盖挖法施工技术要点361.2 明、盖挖法质量及安全管理控制要点362 主要依据规范及参考书372.1 主要依据规范372.2 主要参考书373 明挖法施工383.1 明挖基坑分类383.2 基坑变形的监控值383.3 土方开挖的顺序与方法394 明挖基坑主要支护形式和支护体系404.1 无水或降水施工的支护型式：404.2 封闭止水支护型式404.3 支护体系405 土钉+网喷支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点415.1 定义415.2 适用范围415.3 施工技术要点416 桩锚（或内支撑）支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点436.1 定义436.2 适用范围436.3 施工技术要点436.4 质量及安全管理控制要点457 墙+内支撑（或锚杆）支护体系施工技术与质量及安全管理控要点477.1 定义477.2 适用范围477.3 施工技术要点与质量控制477.3.1 连续墙施工技术477.3.2 排桩施工技术487.3.3 水平支撑施工技术497.3.4 土方开挖、结构与防水层施工技术控制要点497.4 质量及安全管理控制要点498 施工监测509 盖挖法施工519.1 定义519.2 适用范围519.3 盖挖顺作法519.4 盖挖逆作法539.5 两种盖挖法的主要区别及施工控制技术569.6 施工质量及安全控制要点5610 锚喷支护工程施工质量控制要点5710.1 检查验收程序5710.2 地质缺陷处理的施工顺序5710.3 岩面整修5810.4 地质缺陷处理5810.5 锚 杆5810.6 排水孔5910.7 喷混凝土5910.8 检查签证（验收）60第三部分 地铁事故案例分析611 北京地铁M一五号线顺义站事故622 南京地铁事故633 大连地铁塌方事故644 杭州地铁“11.一五”事故655 深圳地铁施工事故686 天津地铁三号线透水事故717 广州地铁引发房屋倒塌728 广州地铁海珠广场基坑塌方749 上海市地铁4号线工程管涌坍塌事故77第一部分 盾构施工技术第一章 盾构施工原理及风险分析1.1 盾构机历史变革1.1.1 盾构机的诞生第一台盾构机的诞生最早进行研究的是一个法国工程师名叫布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发。由此产生的灵感与盾构掘进工作原理嵌合起来，刀盘对掌子面进行切削，由螺旋机消化后皮带机输送渣土外运，同时油缸顶推前行同步预制管片衬砌进行支护，简单的形成一个隧道循环的过程。1.1.2 盾构机在世界上的发展历史盾构机的发展史是伴随欧洲工业革命而起的，欧洲工业革命蓬勃发展，但应用于地下工程的机械设备寥寥无几，最早的隧道工程只有爆破法一种方法，钻孔、填药、爆破，问题是爆破后的毒气伤害、涌水、塌陷风险极大，人身安全无法保障。所以必须产生一种机械设备代替人工施工的出现，最早出现的是一名比利时工程师毛瑟发明的硬岩掘进机，当时叫做“片石机”，是目前公认的第一台TBM（Tunnel Boring Machine），由于当时能量问题无法解决，使之成为了一台艺术品而非工具，搁置了起来。随后的盾构发展被一代代的工程师进行千锤百炼，不断优化改造，从英国伦敦泰晤士河下的矩形盾构到圆形盾构，英国人格瑞海德的第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。随后的二十世纪德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。最早的土压平衡盾构是由日本一家IHI公司发明，70年代在东京投入使用，以后的版本名称大不相同，但原理上都可归纳为EPBS（土压平衡系统），我国最早的盾构机是在1962年上海投入使用，随后各种泥水盾构、混合型盾构机都被发明应用，但应用较为广泛的还是土压平衡模式盾构机。1.1.3 中国盾构现状中国算是盾构应用普及比较晚的国家之一，虽然引进盾构技术已达40年，但盾构广泛应用年限也就最近的20年间，主要从上海、广州、北京三大城市地铁施工中延伸开来，按照我国国情发展，省会城市基本都有在建地铁项目，考虑到盾构施工功法的安全性、适用性、效率性地铁隧道施工都采用盾构法施工，大型穿黄、穿江、过洋隧道也都采用各种类型的盾构法施工，我国目前在用的盾构数量已经超过1000台，中隧集团、沈阳重工、长沙中轨、上海隧道股份公司等单位都有自己的研发机构，国内几家机械制造商也都投入研发自主知识产权的盾构，盾构使用承包商也达60多家，各种盾构施工学术交流会也都比比皆是，部分大学院校也增开了隧道工程盾构施工专业课程，盾构施工水平随着盾构施工现场根据不同地层、不同环境下的风险控制不断提高，而且盾构法施工从生产制造、维修保养、盾构操作、施工管理、科研研发、学术交流等方面的发展，使从业人员达到百万人，盾构市场的不断扩大，需求量也极具增长，部分私人从投资的理念出发，也拥有了私人的盾构机设备，用于租赁、承揽业务。就安全性看来，盾构施工产业将是以后隧道工程的首选，目前我国盾构施工正在起步阶段，受到经济制约性影响，除地铁和重大型隧道外，盾构施工还未完全普及，但本着以人为本，安全第一的施工理念，隧道工程将会逐渐把传统的人工爆破法偏移到盾构法上来，盾构施工必会进一步蓬勃发展起来。1.1.4 全球盾构发展水平世界各地的隧道工程、市政管线、通信工程已经基本都采用盾构施工功法，盾构施工技术在趋于成熟的基础上，依旧在进一步完善优化，盾构机上各种设备的应用也越来越具有针对性、明细性，不再是统一的盾构制造使用模式，而是结合工程地质中地质岩性、颗粒分析、地下水压分析、岩层破碎程度等等地质勘查结果来进行提前盾构优化选型的模式，以便在遭遇不同不良地质时，盾构改造设备具有相应的施工对策，世界知名的盾构生产厂家海瑞克、罗宾斯、小松、三菱等大型机械公司已经形成一套完整的盾构生产到施工的配套体系，盾构施工不单单是机械改造和地质分析，而是把两者完美结合的产物，两者在盾构法施工过程中需要相辅相成、综合考虑、缺一不可。1.2 盾构机分类就目前世界上存在的可称为盾构机的种类，根据功能分为六大类，这六大类又具有共性和不同性，功能分类又是根据地质岩性不同而分，分别为：敞开式盾构、土压平衡盾构、泥水盾构、复合式泥水气压平衡盾构、混合盾构机、硬岩掘进机（TBM）。敞开式盾构与硬岩掘进机主要针对围岩比较好的地层而设定，主要原理就是敞开式切削掌子面出渣，开挖舱并不密闭，操作简便。泥水盾构主要针对软岩地层、砂卵石地层，泥水盾构具有很好的气密性，通过向开挖舱内注入浓泥浆进行护壁，填塞砂卵石地层中空隙，可以较好的防止松散地层塌陷，广深港客运专线穿洋隧道就是采用4台复合式泥水气压平衡盾构机，开挖舱和泥水仓内通过气压和泥水压力来平衡掌子面。混合盾构机绝不仅仅指在刀盘面板上混合安装了滚刀和刮刀的意思，而是指为了适应复合地层掘进 的需要，具有多种功能的混合作用，既能适应岩石地层，又能适应软土地层；既可以采用土压平衡模式，又可以采用泥水或气压模式；既可以是敞开式，也可以是密闭式或欠土压平衡模式等等。土压平衡盾构使用比较广泛，特别是华南地区，大部分处于红层，也就是泥质粉沙岩层，长沙地区基岩主要是以风化泥岩层为主，局部夹杂特殊地质的板岩和砾岩，由于地铁设计轴线要求，有的标段还需通过基岩上层的砂卵石层，对土压平衡盾构施工影响较大。土压平衡盾构主要通过切削下的渣土在开挖舱内进行堆积，与掌子面的水土压力平衡，保障掌子面稳定不塌方。1.3 盾构施工原理1.3.1 盾构施工优缺点盾构施工被广泛采用，特别是城市市政、地铁工程、重大型隧道工程，相对于矿山法主要因为它具有以下优点：（1）地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动等引起的环境影响较小；（2）机械化施工 ，自动化程度高，劳动强度低，施工速度快；（3）机械化封闭施工，对隧道内施工人员保护安全性高；（4）隧道衬砌属工厂预制，质量容易控制；（5）对于地质复杂、含水量大、围岩软弱等地层施工安全性、可靠性高，特别是穿江越洋工程控制性好。同时又具有本身的局限性和缺点：（1）设备一次性投入大，施工设备费用较高；（2）软弱地段覆土较浅时，地表沉降较难控制，部分特殊地层（高膨胀性、高地应力、球状风化体、岩溶地层、断层、穿越地下建筑物）需要提前进行预处理措施；（3）对设备依赖性大，设备完好率要求高；（4）用于施作小曲率半径隧道时施工较为困难等。1.3.2 泥水盾构施工原理复合式泥水盾构刀盘旋转切削土体堆积至开挖舱内，同时油缸顶推前行。盾构切削下来的渣土悬浮在泥浆浆液中，通过高流速泥浆浆液循环模式把渣土与泥浆混合液集中运输出洞，泥浆浆液管路铺设延伸全线至地面一个泥水分离系统，通过分离系统振动筛分离渣土后泥浆重新进入管路重复利用。1.3.3 土压平衡盾构（EPB）施工原理土压平衡盾构施工原理区别于泥水盾构最主要的一点在于出渣方式，土压平衡盾构出渣方式采用的是图中的螺旋输送机，螺旋机出渣至皮带机出渣，一般的土压平衡盾构只设置一个开挖舱，刀盘切削土体后堆渣，利用堆渣高度来平衡掌子面水土压力，同时土压平衡盾构也有一套供气管路，往仓内渣土顶部加气也是一种保持水土压力平衡的辅助措施。1.3.4 硬岩掘进机（TBM）盾构施工原理TBM基本作为了盾构机的一种统称，但细化的称呼还是硬岩掘进机，主要适用于围岩性较好的地层，围岩自身很稳定，开挖面基本处于一种敞开式，非密闭式，这种盾构机施工风险性最小，但对地层稳定性要求较高。是靠刀盘刀具切削掌子面，但开挖舱都是裸露的，没有封闭，一般到盘上都配置全盘滚刀，滚到凸出刀盘面板先挤压破碎岩面，再利用油缸推进贯入岩层，旋转到盘后开始切削，硬岩地层受挤压力后破碎成颗粒状下落至到盘后面的渣土腔内进入漏斗，漏斗底部连接皮带机，渣土运输出洞，完成一个循环后拼装管片衬砌。1.3.5 同步注浆原理盾构机在开挖掘进过程中，为了防止盾壳被地层卡住减少盾构有效推力，要求盾构刀盘开挖直径必须大于盾壳外径，而管片拼装必须在尾盾盾壳内完成，所以管片外径必须小于尾盾盾壳，整体盾构开挖直径最大、尾盾外径次之、管片外径最小，这样就会导致管片拼装成型脱出盾尾后于原土层之间形成一个较大间隙，长沙地铁盾构机为例，盾构刀盘开挖直径为6290mm，管片外径6000mm，这样形成一个145mm的环形间隙，原土层无承力就会下陷，同步注浆目的就是填充这个间隙防止原体层下陷进而引起地面沉降，同步注浆浆液填充间隙另外一个作用是防堵地下水，盾尾防堵地下水的另外一个装置是盾尾刷，盾尾刷靠近盾尾最后的位置，由一道止浆板和两道盾尾刷形成两个柔性腔，腔内预留有油脂管路，盾构推进过程中盾尾油脂泵输送油脂至这两个柔性腔内，防止地下水和同步浆液通过管片与盾尾间隙溢流入盾构机内。1.3.6 管片拼装原理盾构掘进由刀盘旋转切削和油缸顶推完成，按照设计盾构掘进一般分为1.2m和1.5m一个循环，长沙地铁采用的是1.5m一个循环，也就是盾构油缸顶推1.5m后完成一个掘进循环，掘进循环完成后，停止刀盘旋转和油缸顶推，操作手于控制面板上切换掘进模式至管片拼装模式，管片拼装手使用无线遥控器控制拼装机拼装管片，动画中后部的管片吊机先吊运管片至喂片机上，喂片机输送管片至拼装区域（尾盾位置），管片拼装手利用拼装机起吊管片，起吊方式有两种，一种是真空吸盘式、一种是采用吊装头插入管片中心的吊装孔起吊，长沙中轨生产的起吊方式为吊装头，管片起吊后操作拼装机前移至油缸区域，操作缩回伸长油缸，旋转拼装机完成管片拼装。一环管片分为1块封顶快、2块邻接块、几块标准块三类，一般的管片根据隧道直径大小，增减标准块的多少。地铁隧道施工用管片绝大多数为321共6块组成，3块标准块、2块临接块和1块封顶块。拼装时先拼3块标准块和2块临接块，最后拼封顶块，拼时先径向搭接，再利用推进油缸纵向插入。1.4 盾构施工风险与控制1.4.1 盾构施工风险源辨识根据施工总结与事故统计，盾构施工风险源主要有以下三类。1、地质风险源辨识 地层是盾构隧道的载体，地质的特征对盾构施工起着显而易见的重要作用，比如，孤石、复合地层、松散砂层、空洞、溶洞等不良地质都会给施工带来困难，如果不了解地层，那么，施工中就会出现意外事故。2、盾构机适应性风险源辨识盾构机是按地质环境“量身定做”的，因此，复合地层的复杂性决定了盾构机适应性的局限性和设备配置的多样性。如刀盘与刀具配置不合理会造成磨损严重。3、人为风险源辨识盾构机选型与施工均由人来完成，人员的行为活动偏差会给工程带来潜在的风险。1.4.2 盾构施工事故分析1、全国地铁盾构施工安全事故统计截止2009年8月，全国地铁盾构隧道施工发生31起重大安全事故，其中地面坍陷14起，输送机喷涌9起，管片上浮2起，管片破除涌水、涌沙2起，盾构掘进困难2起，管片下沉1起，气体爆炸1体，如图1所示。图1 盾构事故类型比例图2、盾构施工安全事故位置频数分析根据事故资料统计分析，盾构施工安全事故易发生位置主要有：盾构进出洞、联络通道、地质条件复杂等处，其频数统计见图2：图2 构施工安全事故位置频数分布图3、盾构施工安全事故原因分析通过对事故原因进行统计分析，盾构工程安全事故原因归纳为3个方面，即：勘察因素、设计因素、施工因素共占事故因素的84%，是导致盾构施工安全事故的主因，见下表1：表1 盾构施工安全事故原因统计主要原因百分比事故因素原因百分比勘察原因40%土层化分不准确10%水文地质资料不完整或不准确25%管线调查不清一五%勘察工作针对性不强40%岩土参数不准确10%设计原因16%荷载考虑不全11%工法不当11%加固方案不当12%水处理方案22%盾构设计参数44%施工原因44%止水加固土体质量不佳22.7%掘进参数设置不当一八.2%险情处理不及时36.4%注浆参数不合理一三.6%盾尾密封较差9.1%4、盾构施工现场发生安全事的主要阶段分析在地铁建设实施过程中，由于前期风险管理工作不足，导致很多安全隐患在施工阶段显现出来。通过对过施工事故调查结果表明，因勘察和设计（含盾构机设计）失误导致施工现场发生安全事故概率为53%，地铁施工各阶段安全事故概率见表2。表2 导致地铁安全事故概率统计表事故原因勘察设计施工信息沟通不可抗拒事故概率12%41%21%8%一八%5、事故主体行为调查根据权威人士对地铁事故原因调查，结果表明人为失误是导致安全事故发生的主要原因，主要体现在设计人员由于经验不足导致设计方案失误，施工人员由于麻痹大意或操作不当引起灾难性后果，监测单位对地铁沿线管线及建（构）筑物排查不彻底、数据评估不科学导致安全事故的发生。从引起事故主体责任来看，设计方和施工方责任重大，事故主体行为不当造成安全事故，调查责任如表3：表3 参建各方安全事故行为责任比例责任主体勘察方设计方施工方监理方监测方业主方百分比6%35%45%2%4%3%1.4.3 盾构施工风险与对策1.工程地质风险与对策风险对策地质敏感度与地质调查准确度的矛盾尽可能详尽的工程地质调查盾构施工不可逆性与施工应变的矛盾科学合理的盾构机选型特殊地质条件与盾构设计的矛盾适宜的预处理措施2、盾构机适应性选型风险与对策风险对策盾构机设计的局限性遵循盾构机选型的理论原则盾构施工及工程地质认识的局限性搜集完整准确的盾构机选型依据，并全面考量盾构机选型的内容选型决策时的盲目性专业的决策团队3、地表建筑物的保护风险与对策风险对策水文地址条件的复杂性搜集现行与历史的水文地质资料并制定预处理措施地表建筑物调查的准确性准确掌握地表建筑物的基础结构操作与管理的协调性合理的选择掘进模式与参数信息化施工的有效性合理的监控量测方案及预案4、特殊工序的作业风险与对策风险对策装拆对人、设备的风险精心组织精心施工、教育始发土压平衡还没建立选择稳妥、可靠的加固与密封方案换刀开挖面不稳定、涌水专业化作业、针对性预案出洞土压平衡即将破坏选择稳妥、可靠的加固与密封方案5、辅助工程风险与对策风险对策端头加固合理方案、科学施工、多重监测、多种补救加固联络通道施工地面加固、洞内超前注浆加强换刀策划根据参数及时换刀桩基托换可靠的方案、合理的掘进参数、及时跟踪注浆6、管理风险与对策风险对策工序不衔接总体筹划设备管理不到位状态维护、功能保持数据系统准确不可靠仪器检查、测量及时人机不匹配专业化队伍的建设与稳定信息反馈不及时信息化施工系统的建立与有效7、常规的施工安全风险风险对策频繁的垂直、水平运输按章作业、实时监控洞内电、气、高压风防护到位、及时消除隐患其他施工的伤害加强焊接与切割管理1.5 盾构施工典型事故案例上面讲到的都是理论化东西，下面针对盾构施工典型事故案例对以上的一些理论进行论证。1.5.1 盾构机械事故（1）异常磨损造成的设备和刀盘刀具的损坏典型案例：北京五号线盾构试验段工程地质变化范围较大，穿越了粉质粘土层、砂层、砂卵石层，盾构掘进1.5km后刀盘刀具都有严重磨损，刀盘中心最大磨损深度达10cm，48把齿刀刀座全部磨损，刀盘面板局部磨穿。（刀盘刀具损坏方面）原因分析：地质原因，隧道断面上部为粘土层，下部为密实的砂卵石砾石层，地层本身对刀具磨损就比较严重；盾构机适应性分析，刀盘设计缺陷，泡沫注入系统太少，刀盘面板硬化耐磨保护处理不足；管理方面，掘进添加剂使用和施工参数缺少分析，由于后期泡沫注入系统自动控制失灵，手动控制注入量不稳定，刀盘缺少润滑；未对地质进行详细分析，未进行预加固处理，在超前注浆时，水泥浆倒灌堵塞刀盘，使得刀盘开口率封堵密实，磨损加大。综合归类盾构机设备常见磨损的就是刀盘刀具、螺旋输送机磨损，由于设备维保不到位导致的密封磨损主轴承损坏，除却人为管理因素影响，最大原因还是在于地层，刀盘刀具磨损地层多在硬岩层、砂卵石砾石地层。主要应对措施：刀盘刀具选择，硬岩掘进刀具选择原则一般以破碎为主，而砂卵石层施以切削为主。砂卵石层中根据地质勘察报告中，卵石粒径大小决定刀盘开口率，尽量使切削下来的砾石尽快进入密封舱，由螺旋机带出，从而减少对刀盘刀具的磨损，但开口率过大又会导致掌子面不稳，一般选用增加格栅形式的刀盘。添加剂的使用尤为重要，土压平衡盾构除了常规的泡沫剂外，聚合物应用于富水地层也比较常规化。（2）施工操作或材料原因造成的设备损坏或故障盾构机上设备繁多，任何一件材料处理工艺和选用不适，在往后千万次的反复使用后出现疲劳导致机械故障，掉落、崩断、爆开等现象对施工场地影响也是极大的。典型案例（管片安装方面）广州地铁三号线沥滘站至大石站发生过管片拼装机吊装头断裂管片掉落事故。所幸只是管片报废，对现场拼装工人人身安全未造成损害。事故原因分析是吊装头材料热处理工艺欠妥；拼装机在设计时微调功能欠缺，管片吊装后速度过快无法控制碰撞冲击会引起吊装头受剪切力过大断裂；人员操作不熟练。（3）油路和电路系统是盾构机及其各个部件的动力生命线广州地铁五号线鱼珠站至大沙地站主轴承油管连接错误导致刀盘转速不稳定，扭矩值跳动较大，刀盘频繁卡死的情况，从人员、资金、工期上造成了很大的影响，主要原因就是盾构组装管理不到位，人员要求太低，线路修改后恢复正常掘进。盾构机上管线、油路问题主要是由于组装管理不到位、运行过程中保养不到位造成的，从精细管理责任到人方面加强基本可以避免。（4）盾尾刷失效盾尾刷承担着盾尾与原土层之间封堵格挡的作用，一旦失效，盾尾就会漏水漏砂进一步损坏盾尾刷，淹没盾构机。盾尾刷失效主要有两个原因：盾尾油脂注入不及时，注入量不足；盾尾同步注浆压力过大，击穿盾尾刷。往往盾尾刷的更换都是在盾构机出洞常态下进行更换，有些施工过程中尾刷被击穿严重，需要在隧道内进行更换，根据地层稳定性和含水情况而定，更换风险极大。（5）在盾构掘进过程中，关键部位出现问题往往是灾难性的，为避免这些问题的发生，受限要在盾构机组装时严格管理，特备是做好润滑系统、密封系统的安装工作，养成良好操作习惯，防止异物进入。严格执行盾构维保制度，避免不必要的磨损。掘进过程中及时关注掘进参数的异变，操作手要对参数异变情况及时作出判断和反应，不能盲目推进。1.5.2 盾构掘进引发的地面沉降和建筑物损坏事故盾构法施工造成地面和建筑物沉降的根源是围岩超挖和盾构机挠动；隆起原因是盾构机前方对围岩的挤压。围岩超挖分为两种情况：盾构法本身造成的超挖和土压不平衡造成的超挖。前面讲到的盾构设计局限性缺陷，由于开挖直径和盾壳直径或管片外径只差导致的地层填补，使地面沉降，这种沉降是有限的，不至于导致地表较大塌陷和建筑物损坏。土压力不平衡因素很多，概括起来分为以下三类：刀盘结泥饼的土压力不平衡；喷涌发生的土压力不平衡；切口压力不稳定引起的土压不平衡。上述的土压不平衡超挖都可能导致过量沉降塌陷，沉降量的大小取决于情况的严重程度。盾构挠动振动沉降较少见，也易被忽视，是指盾构机在复合地层掘进时，掘进速度慢，振动大，使盾构上覆土层颗粒重新分布，孔隙率降低，地层压缩，建筑物桩间摩擦降低，因而造成较大沉降，桩基下沉，建筑物严重损坏。挤压隆起是由于地层可塑性强和设定过高的出土压力引发的，解决这一问题只要将土压力降低到合理参数即可。地面建筑物倾斜事故案例：广州地铁八号线延长线1标土压平衡盾构掘进受地层影响，刀具磨损严重，频繁换刀，地面7栋民房发生不同程度沉降，最大累计沉降达42cm，房屋倾斜度5.91%。原因分析盾构掘进地层为中风化泥质粉砂岩，隧道顶部局部强风化，注浆压力、掘进参数在事故前都是正常，沉降量控制也正常；地下水在泥岩中含量大流失的可能性不大；倾斜房屋为松木桩基础，原设计为三层，后增至六层，是违章建筑且地基不牢固，盾构掘进振动诱发了松木基础的沉降，导致房屋倾斜。泥水盾构过砂层塌房事故案例：广州地铁一号线西段采用两台泥水盾构，隧道断面地层主要为粗、砾砂、残积土、强风化带，上覆地质松散，基岩半岩半土或碎块状，岩体风化程度不一，易碎。掘进发现地面房屋有沉降后，停止掘进，对地面房屋进行注浆加固和支顶，重新恢复掘进后沉降稳步增加，累计沉降达到194mm后房屋轰然倒塌。原因分析：客观上讲主要是因为地质特殊性导致，盾构掘进断面砂、粘土、强风化都有，粉质粘土形成泥饼堵塞刀盘开口、排泥管出口导致以下问题：掘进速度降低；土舱切口压力波动不稳；清洗刀盘注入高压清水导致泥浆质量降低；开挖舱压力传感器不灵。最终导致泥沙量估计不准，大量进入开挖舱，超挖产生沉降。螺旋机喷涌造成地面沉降事故案例:广州地铁三号线天河至华师站左线隧道掘进过程中，由于隧道断面是花岗岩硬岩，刀具磨损严重，掘进速度不快，需停机更换刀具，在隧道顶部岩土交界面在地下水作用下已经有裂隙和坍塌。恢复掘进后，盾构机推力、扭矩明显增大，螺旋输送机土闸门压力增大，打开螺旋输送机土闸门时，出现喷涌现象，关闭土闸门土舱压力又迅速上升，喷涌导致地面塌方，塌方面积25平方，深度2.5m。原因分析：盾构机顶部处于砂质粘土层，地下水丰富，地层透水性强，每掘进一环时间长，对上部地层挠动较大，致使上部地层塌方。处理措施：向塌方区回填C一五混凝土，险情控制后沿原钻孔桩后轮廓线施作800x600旋喷桩，对刀盘前方裂隙孔洞注浆填充，然后开仓换刀继续掘进。1.5.3 盾构机进出洞及横通道施工事故在相同工况条件下，盾构工法对地面沉降控制明显优于其他工法，因此，盾构造成的地面塌陷、房屋倒塌事故的概率还是比较低得，影响也是比较有限的。而盾构工程的辅助工程，进出洞的端头加固和横通道地层加固质量造成的事故概率高，后果更严重。盾构始发典型事故案例：南京地铁某施工场地在软土区始发，盾构掘进始发已经一八环突然在洞门右下角出现大量涌水涌砂，紧接着隧道始发端头加固区外侧地面塌陷，塌陷位置还有进一步扩散趋势，涌水涌沙量由开始的120m3/h增加到200m3/h左右，整个盾构井内水位上升0.7m后趋于稳定，涌水涌沙量稳定到50m3/h。6天后才完全封堵，涌水量达万方，涌砂量达千方以上，洞内一八环管片出现不同程度的错台及破损。原因分析：区间隧道端头为流塑性泥质粉砂粘土和粉细砂层，地下水位埋深0.6m2.3m，砂层中地下水具有一定的承压性。车站围护结构SMW桩采用的H型钢插入到承压水层，盾构推进一八环后，过早拔出H型钢，导致承压水沿着拔出型钢的孔洞涌出，高水压力是隧道右下角洞门密封钢板被拉脱，承压水击穿止水帘布，隧道底部细沙随水涌出洞门。洞门密封螺栓未紧固好。抢险措施：渗漏发生后，分端头井内排水和涌水涌沙处堵漏两部分进行抢险，并确定了井内聚氨酯封堵、地面注浆填充、隧道加强保护的抢险原则。对漏水点周边封堵，减小渗流通道，并通过降水井减压后，注入聚氨酯封堵渗流通道。地面塌陷部位采用土方和混凝土回填，对于沉陷较大的部位采取地面跟踪注浆和洞内二次注浆填充方式隧道内管片加强监测，同时增加双液浆封堵，靠近洞口的管片用型钢支撑纵向连接，管片内部用方木进行“米”字形支撑，环间方木用扒钉连接牢固形成整体。盾构进站典型事故案例：某区间盾构进站塌方事故，采用的是海瑞克土压平衡盾构，盾构机到达掘进至连续墙外侧，将土舱上部排空，出土一五m3，操作人员转动刀盘切割连续墙钢筋，刀盘下部出现漏砂点，并迅速扩大，涌水量达到260m3/h，半小时后盾构机上刚脱出盾尾10环左右的管片下沉错台一五cm，周边混凝土开裂，PLC显示盾尾在5分钟内下降了将近6cm，在一个多小时内隧道内管片破裂严重，砸落照明灯，控制室被砸倒，人员撤退，决定采取完全封堵洞门的方案。原因分析：隧洞主要穿越流塑状粉质粘土和粉细砂层，端头加固采用850x600搅拌桩结合旋喷加固，加固长度6m。加固完成后抽芯检测加固强度达到设计要求，具有良好的连续性。出洞前进行水平探孔检查，下部和中部有少量渗水伴随砂。盾构掘进到达端时出现管涌现象，但未引起重视。端头加固设计长度偏短，只有6m，加固体不能将盾构机包裹导致破除洞门时粉细砂层沿开挖间隙涌入。对盾构到达砂层风险意识不足，探孔水平检测孔数太少，洞门出现少量涌水涌沙时处理方式不当，出现险情后内外沟通不畅。抢险措施：在到达车站洞门安装钢筋网和模板，纵向设置钢支撑，用混凝土分层浇筑，封堵洞门。始发车站洞内6环位置用袋装水泥砌筑围墙封堵。调集注浆设备进场地面注浆，抑制塌陷进一步扩展。隧道内注入聚氨酯封堵渗流间隙。隧道内注水回填维持隧道稳定。联络通道施工，正常暗挖法施工，施工过程支护不及时、开挖地层地面加固不到位都会导致地面塌陷，时间关系，这里不做赘述。1.5.4 盾构操作不当引起的事故排除狭义的自然原因（地震等），几乎没有什么事故不与人有关，从操作层次来看，盾构事故主要原因有：没有经验或经验不足；存在侥幸心理，“人为可能不会出问题”；野蛮操作，明知会有问题仍不修改操作方法程序。主要的事故案例有盾构始发措施不当造成始发管片拼装偏移超限，始发架反力架设计显得薄弱，导向轨安装不到位盾构机进洞栽头。都是因为始发操作措施不到位，没有严格按照方案执行导致。还有操作人员误操作，由于注浆设备压力机损坏，对管片壁后盲目加压注浆 ，注浆压力过大管片破碎。隧道掘进软土淤泥地层都会出现成型隧道上浮现象，有的地层富含承压水但同步注浆量未跟进也会导致隧道上浮，隧道变形后测量人员没有实践经验盲目偏心自动导航系统，盾构操作手过猛纠偏，导致成型隧道偏移、蛇形等现象。操作不当致使盾构机翻转、卡盾构事故、施工参数选择不当造成隧道整体旋转、添加剂使用不当造成喷涌和结泥饼这些事故基本都是从“人”身上有迹可循，这就关系到施工过程中管理制度执行问题，基本上是可以杜绝的。1.5.5 盾构机换刀事故盾构施工在掘进时由于刀具刀盘磨损原因，需要停机开仓换刀，开仓分为常压开仓和加压开仓两种方式，常压开仓直接打开舱门做好辅助安全措施，人员进入掌子面进行换刀作业。加压开仓往往是在掌子面不稳定情况下，对开挖舱进行加压维护后，人员进入作业，加压开仓换刀承担着掌子面不稳塌陷和高压作业对人员身体损害的双重风险。但大量事实证明，由于没有及时换刀造成切削故障，严重影响了盾构最终推进速度更加延误工期。典型事故案例广州地铁五号线在花岗岩层掘进时平均30m就更换一盘刀（39把），又如在江河湖海下面的软土地层施工，特别是那些大、长盾构隧道，开仓换刀绝非易事，又如在重要建筑物管线下换刀，风险都是很大的。深圳地铁换刀快结束后开挖面塌方2死1伤。广州地铁3号线开仓换刀遇到不明气体爆炸3死。盾构换刀作业只有在主观认识、客观分析上做好充足的功夫，才能确保换刀的安全性，俗话说的“磨刀不误砍柴工”1.5.6 地下障碍物处理地下障碍物大体上分为两类：一是天然障碍物，比如球状风化体、大的砾石孤石漂石等。二是人为建筑物，地下桩基础、地下构筑物、人工抛石等地下天然障碍物的危害主要体现在刀盘受力不均造成面板变形及面板与盾构机轴线之间的变形。人为障碍物主要是盾构掘进时对设备的损害和对构筑物的损害两个方面。典型案例：深圳地铁盾构掘进遭遇到花岗岩球状风化体，导致刀盘变形无法推进，对球状风化体的处理主要有人工破除、盾构机破岩、地面钻探下药爆破和冲孔桩破岩四种方法。长沙地铁二号线7标五芙区间岩溶区内就遭遇了孤石情况，掘进参数异常、螺旋机堵塞，中铁十二局采用了仓内人工爆破处理的方式确保施工安全。长沙地铁二号线7标迎芙区间芙蓉立交桥36根桩基础侵入隧道断面1.5m，中铁十二局通过优化设计，对立交桥桩基进行了筏板加固，盾构掘进是采用优化参数、加强二次注浆的方式顺利通过，监测显示零沉降，很好的控制了地面沉降对立交桥的影响。1.5.7 其他安全事故 隧道内安全事故不胜枚举，溜车事故、水泥灌倒塌事故、触电事故、凿洞门事故很多。事故案例不再重复赘述。第二章 盾构施工技术与质量控制2.1 盾构施工的发展方向盾构直径向两个极端发展目前，盾构直径不受限制，根据隧道的功能出现两种极端，最小的盾构直径不足2米，最大直径约16米。盾构隧道埋深向超浅埋与超深度发展根据施工规范，盾构隧道覆土必须大于盾构直径，但也不易过深，目前，有些盾构始发段覆土只有0.4D，也有些盾构埋深超过60米。盾构施工自动程度越来越高目前，盾构施工逐渐智能化，如管片选型可以有盾构机自行选择。盾构施工适应地层越来越广盾构机必须适应地层，根据施工总结，通过盾构机优化和增加各种功能，盾构机可以通过改变掘进方式来适应更多地层。2.2 盾构施工工法简介盾构机施工工法主要有泥水盾构施工和土压盾构施工两种，但是，随着施工技术的发展，盾构施工工法也不断开发出来，这方面，日本比较成功，日本盾构主要有12种工法。2.3 盾构施工工艺及验收规范说明1、盾构机施工工艺流程盾构选型盾构制造盾构工作井及配套设施施工盾构机组装盾构始发盾构正常段掘进盾构接收2、盾构施工验收规范说明我国目前有盾构法隧道施工与验收规范，地方盾构施工规范主要有北京和上海，他们比国标要严格，主要是由于他们有自己的特殊环境。2.3 盾构施工关键技术与验收盾构机选型与制造1、盾构机的选型盾构机要根据施工地层进行优化设计，保证盾构机能顺利完成施工任务，并能用在下一工地。2、盾构机制造质量验收盾构制造过程中要进行监造，对制造质量进行监控，确保盾构各功能满足设计要求。盾构配套设施修建1、工作井修建工作井定义：盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣等使用的工作竖井，包括盾构始发井和盾构接收井。盾构井设计形式盾构井大多是设计在车站两端，有些盾构区间长或特殊情况下，可以设计在区间中间。盾构井施工标段根据不同标段划分，有些盾构井是属于盾构标段施工，如果车站是其他标段施工，则工作井施工为车站标，无论盾构井是否是本标段施工，都要在盾构进场前施工完成。盾构始发井施工要求由于盾构井是要吊装盾构，因此，盾构井长度应比盾构主机长3米，比盾构机宽3米。要满足盾构始发，则车站标准段必须要完成80米。盾构接收井施工要求盾构接收井大小与始发井一样，唯一区别就是，接收井只要自身完成则可，对于标准段施工长度无要求。盾构井验收无论是始发还是接收井，施工完后必须满足设计强度，只有满足设计要求，才能进行始发或接收施工条件验收。2、盾构基座加工定义盾构基座：用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。 设计要求盾构基座的尺寸要满足始发与接收要求，同时要有一定的刚度和强度，确保始发或接收过程中不易变形，因此设计中常常采用软件进行受力分析。验收加工完