盾构施工风险及典型事故案例课件

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1、盾构施工风险及典型事故案例盾构施工风险及典型事故案例Page 2提提 纲：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、

2、火灾19、水淹20、盾构吊装21、高耸设备Page 3Page 4盾构施工概述1、盾构的概念及历史 盾构的概念盾构的概念 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。Page 5盾构施工概述盾构的概念盾构的概念 盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内

3、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Page 6盾构施工概述盾构的历史盾构的历史 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

4、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年布鲁诺尔注册专利的盾构第一台泥水盾构第一台泥水盾构（格瑞海德泥浆盾构，（格瑞海德泥浆盾构，1874年专利）年专利）1、盾构的概念及历史Page 7盾构施工概述盾构的历史盾构的历史 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年第一台盾构机年第一台盾构机(英国英国John Dickinson Brunton和和George Brunton)1963年第一台

5、土压平衡盾构年第一台土压平衡盾构1、盾构的概念及历史Page 8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。Page 9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；Page 10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

6、斤顶：盾构前进和转向系统；驱动马达驱动马达推进千斤顶推进千斤顶3、机械盾构结构及工作原理Page 11盾构施工概述 排渣系统：泥水管道或螺旋机、皮带机；泥水管道排渣系统泥水管道排渣系统螺旋机、皮带机排渣系统螺旋机、皮带机排渣系统3、机械盾构结构及工作原理Page 12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Page 13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；气压仓气压仓管片安装器管片安装器3、机械盾构结构及工作原理Page 1

7、4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。后后续续台台车车测量导向系统测量导向系统3、机械盾构结构及工作原理Page 15盾构施工概述盾构工作原理（EPB SHIELD）Page 16盾构施工概述盾构工作原理（MIX SHIELD）Page 17盾构施工概述4、盾构施工工序盾构机下井盾构机下井盾构机就位调试盾构机就位调试初始掘进初始掘进正常掘进正常掘进到达车站到达车站过过 站站再次始发再次始发到达终点站到达终点站盾构机解体外运盾构机解体外运设备调整设备调整始发端头加固始发端头加固反力架安装反力架安装洞门密封圈安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除洞门围护墙凿除到

8、达端头加固到达端头加固洞门密封圈安装洞门密封圈安装盾构机托架盾构机托架再次就位调试再次就位调试盾构始发井盾构始发井车站施工车站施工盾构吊出井盾构吊出井端头加固端头加固Page 18Page 19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端头加固原理示意图Page 20盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施2、盾构

9、到达（1）端头加固端头加固 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。1-1-2b12-1b2-32-2b4-3d2-322-5d2-12-3c2-3xf1.802.8015.6016.9025.0030.00图例-111-2b-1b2-32-2b42-3b3-422-3c2-3-3d2-322-4d2-1-5d2-12ZY2010.48孔口标高钻孔编号杂填土素填土（可-软塑）粉质粘土(软塑,局部可塑)粉土(稍密,局部中密)淤泥质粉质粘土(流塑)粉砂(中密,局部密实)淤泥质粉质粘土粉砂粉细砂粘 土素填土杂填土

10、水位线地层分界线(虚线为推测部分)砾 石粉质粘土粉 土淤泥质粉质粘土(流塑)粉细砂(中密,局部为稍密)粉细砂(中密,局部密实)中和村站-元通站区间元通站端头元通站0.53.9014.0021.0028.5037.00-30.11-21.61-14.11-7.112.996.396.8941区 间 终 点 里 程 K4+392.099右线纵断面图Page 21盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page 22盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page 23盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（2）洞门障碍物洞门障碍物 可能导致刀盘变形。刀盘外圈变形区域刀盘外圈变形区域刀盘外圈拉裂情况刀盘

11、外圈拉裂情况2辐条筋板与内环形板的焊缝辐条筋板与内环形板的焊缝拉裂情况拉裂情况 案例：广州市轨道交通四号线某工地。2、盾构到达Page 24盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）盾构栽头盾构栽头 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Page 25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变形或损坏 刀盘磨损前后对比刀盘磨损前后对比案例：广州市轨道交通四号线某工地。Page 26盾构施工各工序风险、典型案例及

12、应对措施刀盘损坏刀盘损坏维修后出洞时的刀盘维修后出洞时的刀盘Page 27盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（2）刀具更换刀具更换刀具单边磨损刀具单边磨损3、不均匀地层掘进（包括上软下硬、孤石地层）刀圈断裂刀圈断裂轴承损坏轴承损坏刀圈塑性变形刀圈塑性变形Page 28盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）地面及建筑物沉降地面及建筑物沉降 沉降引起的房屋倾斜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）Page 29盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（4）地下水导致喷涌地下水导致喷涌（5）盾构上飘盾构上飘 喷涌带来隧道内大量泥浆喷涌带来隧道内大量泥浆（6）盾构下栽盾

13、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）Page 30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）结泥饼结泥饼 Page 31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。喷喷涌涌带带来来隧隧道道内内大大量量泥泥砂砂（2）砂层中掘进铰接密封砂层中掘进铰接密封漏砂漏砂 案例：天津地铁某项目。Page 32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

14、、漏浆盾尾密封漏砂、漏浆 盾尾漏浆盾尾漏浆（4）螺旋机漏砂螺旋机漏砂 案例：天津地铁某项目。盾尾漏水盾尾漏水5、软弱地层掘进HK_S442_english_short_720pHK_S442_english_short_720pPage 33Page 34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软弱地层沉降和隆起 路面沉降路面沉降5、软弱地层掘进Page 35盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（6）机头下栽机头下栽 上海地铁四号线事故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

15、掘进Page 36盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施 Both east and west bulkhead were built by using freezing method as cutoff wall,after the debris in the tunnel were removed,R.C.bulkhead was built to protect the unaffected tunnels from the cut and cover recovery works.上行线510环处坝址172754621上行线1400环处坝址约-29.737172175251212 SK

16、11+832.0412 SK12+106.091SK11+879.6封 门-9.88412312212封 门-7.376611221东部未受损东部未受损:1000m西部未受损西部未受损700m东封堵墙东封堵墙修复段修复段:274m黄浦江西封堵墙STATIONSTATIONPage 37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。Page 38盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施（3）管片错台管片错台（4

17、）管片开裂管片开裂 （5）隧道上浮隧道上浮 管片错台管片错台管片开裂造成的渗漏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盾构在全断面硬岩中掘进Page 39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）盾构机栽头盾构机栽头 （2）喷涌喷涌 土洞、溶洞地面预处理土洞、溶洞地面预处理溶洞溶洞Page 40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含可燃有毒气体的土层可燃气体可燃气体Pa

18、ge 41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Page 42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R515mR515mm mR1615mR1615mm m最大磨损最大磨损深度为深度为100mm100mm刀盘磨损前后对比刀盘磨损前后对比Page 43盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施9、

19、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掘进产生可燃气体Page 44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Hyperbaric Helmet氧气头盔氧气头盔Transport shuttle潜水员传送舱潜水员传送舱Living chamber潜水员生活舱潜水员生活舱9、进仓作业（刀具更换、修复刀盘、处理障

20、碍物）Page 45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水闸前预埋注浆管：盾构通过宽约盾构通过宽约600米的珠江米的珠江Page 46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Page 47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Page 48盾构

21、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Page 49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挖除已施工的盾构隧道盾构掘进姿态监控盾构掘进姿态监控Page 50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Page 51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

22、络通道设计砂层中联络通道设计联络通道二衬施工联络通道二衬施工Page 52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Page 53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上海地铁四号线事故Page 54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土斗侧翻电瓶车运输的材料刮倒防水施工架电瓶车运输的材料刮倒防水施工架Page 55盾构施工各工

23、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钢丝绳断裂Page 56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侧翻龙门吊卷扬机刹车失灵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Page 57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）管片安装过程（3）保圆器移动过程管片下井管片下井Page 58盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施Page 59盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施隧道内管片运输隧道内管片运输管片拼装管片拼装17、

24、管片安装Page 60盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施18、火灾 （1）电气系统故障引起的火灾（2）电焊、切割引起的火灾广州地铁三号线某工地火灾广州地铁三号线某工地火灾上海地铁上海地铁11号线某工地火灾号线某工地火灾电瓶起火电瓶起火Page 61盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施19、水淹 （1）井口排洪系统设计（2）地面排水系统及井口标高（3）相邻工程施工的影响 （4）盾构自身密封系统案例：深圳地铁某项目地面雨水涌入始发井地面雨水涌入始发井盾尾密封漏水盾尾密封漏水Page 62盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施富水断裂破碎带掘进时大量地下水进入隧道富水断裂破碎带掘进时大量地下水进入隧道19、水淹Page 63盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施20、盾构吊装 盾构吊装专项方案主要体现以下几点：（1）地基承载力（2）吊机工作半径及设计起吊能力（3）吊点、吊具计算及探伤盾体翻转盾体翻转盾构下井吊装盾构下井吊装（4）钢丝绳计算（5）构件翻转方案（6）指挥系统Page 64盾构施工各工序风险、典型案例及应对措施21、高耸设备 （1）地基基础（2）自身强度 水泥罐四周拉缆风绳水泥罐四周拉缆风绳水泥罐倒塌水泥罐倒塌（3）防台风措施案例：广州市轨道交通二八号线某项目Page 65谢谢！