盾构法施工在过江隧道中的风险及应对措施.doc

1、盾构法施工在过江隧道中的风险及应对措施摘要：随着科技的进步，盾构法施工已在地下隧道施工中得到普及，同时关于盾构法施工在项目实施过程中对各种风险因素的掌控，特别是在穿越大江大河时对各种可能出现的风险因素的提前预测和掌控也成了广大建设者必须掌握的技术内容。本文针对盾构法施工在过江隧道中可能产生的各种风险因素进行分析、总结，并依此提出应对每种风险的具体措施，与大家共勉。 关键词：盾构法施工；过江隧道；风险；措施 中图分类号：U45 文献标识码：A 引言 随着科学技术的发展和人类施工技术的进步，盾构法施工已经在大型水利输水工程、城市轨道交通工程、铁路隧道工程等类工程中得到广泛的应用，同时，因盾构法施工

2、地处地面以下相对较深处，特别是在穿越江河时，线路长、埋深深、地质条件复杂等，使施工难度加大，各种风险因素陡增。施工中若不充分考虑到各种风险及其应对措施，很容易发生重大事故，从而造成重大经济损失及产生较大社会负面影响。因而，科学的预测和处理施工风险就变得尤为重要，也是确保工程顺利进行并最终如期完工的前提。 一、盾构法施工概述 盾构法施工主要是利用现有盾构机械完成地下隧道暗挖的一种施工技术。 其主要的隧洞挖掘工作靠盾构机来完成。目前常用的盾构设备有土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种。两种设备除出渣(土)的原理不同外,其余工作的原理基本相同。工程中可根据地质条件和地下水位情况选用相应的设备。 盾构法施工

3、具有自动化程度高、施工速度快、一次成洞、施工时不受气候和地面交通影响、在水下施工时不影响水面交通等特点，在隧道洞线较长、埋深较大的情况下，盾构法施工更为经济合理。 该技术经过多年的发展,现已基本趋于成熟,但由于各工程地质条件的多样化及施工技术管理水平的高低,施工中还可能会出现各种各样的问题。 二、盾构法施工在过江隧道工程中可能遇到的风险及相应对策 (一)、盾构机适应性和可靠性风险及对策 1.风险 盾构机的选择是施工能否顺利推进的重要前提，是施工成败的关键。另外，机械的可靠性和性能的稳定性也很大程度上影响着工程的推进，对设备的选择失误可能导致整个工程推进的失败。 2.对策 首先应该认真对工程地质

4、以及水文地质条件进行研究，依据拟建工程的特点选择相应的设备。选择设备时主要考虑：切削刀盘的种类、出土方式、主轴的扭矩、推进能力和较为重要的盾构机械的密封性能等等方面。同时，盾构机应该具有应付突发事故的设备配置。 确保盾构机在推进的过程中设备若出故障易于现场维修和更换，要求盾构机的部件原材料性能良好，无损伤。大轴承在长时间挤压力以及扭转力矩负荷的作用之下，保持基本的形体、没有磨损。盾构大轴承使用周期应该超过 15000h，液压推进系统应品质较好，性质可靠。 配置耐磨性的盘刀以及滚刀，可以防止砂砾等等复杂地质条件之下刀具快速磨损，刀具应较易在常压或局部气压之下进行更换。盾构机应该具有满足人员带压进

5、仓的保压装置。 测定工作面水土压力的传感器、超前地震波探测系统、超声波自动检测系统等元件须性能可靠、耐振动，在潮湿、污染等等较为恶劣条件能正常工作。 (二)、开挖面有障碍物风险及对策 1.开挖面有障碍物 由于地下工程地质条件的复杂性以及地质勘探的局限性，隧道穿越的地层中可能会出现各类障碍物，如废弃钢筋混凝土桩、旧桥台、人防工事等，造成盾构机较大破损甚至无法正常推进。 2.施工对策 对开挖面前方 20m 范围实行超声波障碍物探测，第一时间找出大石块以及废桩等位置，提前予以处理。主要方法有：1.附设从密封舱隔板中向工作面延伸的钻机，将障碍物及时的破除；2.设气压进出闸门，局部气压下进入密封舱排障，

6、来对刀盘进行维修；3.设置石块破碎机，将块石障碍破碎到粒径 10mm 之下，便于泥浆泵的排出。渣土分离排放系统需满足泥水处理以及环保上的要求。 (三)、隧道上浮风险及对策 1.隧道上浮风除 泥水盾构机在正常掘进时，具备一定压力的泥水可能从开挖面沿着盾壳后窜到达盾尾，有时还会窜到已经建成的隧道衬砌之外。在具体的施工中有时泥水会从开挖面沿着盾壳窜至盾尾后大概 30m 之处，已经建成的隧道会因处于泥水的包裹之中而有上浮的风险，并且，浆液参数以及配比的适应程度，也会导致盾构隧道产生上浮风险的发生。 2.对策 1)注浆控制 同步注浆可以有效控制上浮，浆液需满足以下性能指标：初凝 35h，终凝 412h,

7、促凝剂加入后，初凝时间可缩短至 45min；固结体强度：1d 不小于 0.3MPa，28d 不小于 2.5MPa； 控制注浆压力，避免注浆压力过大，引起江底冒浆及管片位移变形。2)其它抗浮措施 (1)复紧管片间的连接螺栓，减小管片与螺栓间的自由活动空间。 (2)适当提高同步注浆浆液的稠度，对隧道上浮也有一定的制约。 (3)在推进中，盾构的坡度略小于隧道的坡度，可减小千斤顶后座力中的向 上分力。 (4)根据测量到的管片上浮情况，在推进过程中，有针对性地将管片的高程 控制在-20-30cm 之间. 、工作面失稳、透水、塌方风险 1.风险原因 在穿越江河的隧道施工中,由于上面有河流通过,地质条件多为

8、淤泥或 透水性较强的砂质土,由于土层自身稳定性差,加之河水的压力,掘进过程 中工作面失稳和透水塌方风险就很大,故对该类风险的预防是重中之重. 2.对策 首先,在盾构机型的选择上,要首选密闭性较好的泥水平衡盾构机.其次，针对不同地质条件，在掘进速度、掘进方法和其它掘进控稳措施上做好控制，以保持掘进的顺利进行。 另外，做好隧道结构的自防水工作也至关重要，盾构法隧道的结构自防水包括管片防水和背衬注浆防水。 1）管片防水 一般情况下,盾构法隧道由钢筋混凝土管片拼装而成,所以,管片自身的防水能力对隧道防水起决定性作用。这就要求采用高精度的模具制作管片,从而保证管片尺寸的精度,同时,严格按照设计的防水等级

9、、试验所确定的配合比拌制混凝土。 2）注浆防水 盾构机刀盘半径一般较盾尾半径稍大,且管片拼装是在盾尾内部进行的,管片外径和开挖围岩之间存在着一定间隙,在现阶段盾构施工中一般都进行注浆填充。既起到回填注浆防止空洞的作用,又是隧道防水的一道坚实的屏障。 典型案例：南水北调中线工程中穿黄河段盾构法施工的风险分析及应对措施 南水北调穿黄工程，是盾构法施工在过江隧道中应用的典型案例。 中线穿黄隧洞(含邙山隧洞段和过黄河隧洞段)地质情况复杂。过河隧洞既穿越透水砂层，又从粉质壤土层中通过，尤其是在砂性土层中透水性强，开挖面自稳性差，还承受高水压力，如遇高强度震动，砂土层极有可能发生液化，造成隧洞涌水。 根据

10、穿黄地质条件以及确保开挖面稳定的要求，经过对各种盾构机的比较，选定泥水平衡盾构机进行施工。 穿黄工程最担心的是在掘进过程中遇到古树、孤石等，如克服不了这一难题，不仅影响工期，还将对工程建设造成其它重大影响。对此，工程建设者们采取了一系列切实可行的应对方法，主要为:在盾构机上设置超声波探测仪，加强施工中地质超前预报工作，发现情况及时处理；在盾构机上设置破碎设备，当遇到孤石、古树时，将其破碎成小于 16 厘米的渣块，顺泥浆管排出等。另外，在盾构机的性能自检、操作控制、掘进过程中的防渗漏、防塌方等方面做了大量工作和预案，在工程推进中得到了实施，有力的保证了工程的顺利进行。 四、结束语 通过风险分析，从本质上了解风险产生的原因及可能造成的后果，从而提前进行控制，这是顺利施工也是安全施工的前提。在盾构过江施工中，应把安全过江作为施工的首要问题和重点难点来考虑，结合地质环境条件深入分析研究，制定相应科学应对措施，确保施工万无一失。 参考文献： 1GB50299-1999.地下铁道工程施工及验收规范S. 2王成.隧道工程M.北京:人民交通出版社，2009 3黄宏伟，陈龙，胡群芳，陈桂香，王岩.隧道及地下工程的全寿命风险管理M.科学出版社，2010.