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盾构法隧道施工的十一大风险

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1  地质勘察准确度

地质勘察准确度在盾构法隧道施工中尤其重要,准确地勘察出隧道区间地质情况,对盾构的选型起决定性因素,地下水位、岩石抗压强度和土层的物理特性决定了盾构的选型与动力配置,地质勘察在隧道施工中目前30米一个测孔比较多见,也可以做详勘,根据要求确定间隔距离,甚至10米一个孔。

2盾构的地质适应性

盾构的地质适应性在工程开建以前要经过专家论证,确保盾构满足该工程施工要求,包括盾构是泥水还是土压还是硬岩掘进机、刀盘的设计、刀具的配置、动力系统、转弯能力等,盾构机的选型问题是盾构法施工中的关键问题。

3    盾构进出洞

盾构进出洞是盾构法施工过程中最需要解决的问题,洞门加固区域一定要按设计要求加固,完成后需要打水平探孔检测加固效果,在满足要求后才能出洞(即始发),进洞(即到达)也一样,如果加固效果不理想是不能轻易进洞的,否则有可能导致洞门土体坍塌,盾构进出洞一定要加固到满足设计要求的强度、宽度、长度和深度,另外控制盾构姿态也是盾构顺利进出洞必不可少的因素。

4    开挖面稳定

盾构法隧道施工好坏的一个重要指标是对周围环境造成的影响程度,这点在市区内隧道工程中表现更为突出,施工中开挖控制是影响施工质量的一项关键技术。支护压力过小导致开挖面前方土体大量进入压力舱,引起地基发生过大沉降,甚至地表坍塌,而支护压力过大,则容易产生地表隆起问题,这些都将给周围构筑物带来不良影响。同时压力舱内施加支护压力的渣土性质受到原有地层条件影响而使得支护压力处于不断波动,进一步恶化了不良开挖控制的影响。

5    盾尾密封失效

盾尾密封失效风险从目前施工案例来看,发生的概率较低,但一旦发生处理不及时可能造成较为严重的后果,如泥水从盾尾密封刷间隙涌入隧道内、地面因泥水流失而产生较大沉降、严重时发生江底冒顶而危及整个隧道。因此该风险事故一旦发生,必须采取有效应对措施,消除风险隐患。从目前国内大型水底隧道施工的情况来看,发生盾尾密封渗漏的工程案例较少且程度较轻,盾尾密封系统总体未失效,通过采取衬砌环背面贴海绵挡泥条、盾尾间隙塞海带止水等措施,盾构机继续施工完成掘进。

6    软硬不均地层掘进

盾构在软硬不均且差异性较大地层掘进施工过程中,盾构姿态控制难度大,根据地质情况在适当条件各区域油压,硬的地方加大油压,软的地方减小油压,控制盾构姿态平稳。在慢慢推进过程中,找到最佳的油压差,从而更有把握的控制盾构的姿态,同时推进速度不宜过快。

7    建(构)筑物下方更换刀具

盾构穿越建(构)筑物下方时更换刀具施工难度大,盾构穿越建(构)筑物下方时,本来需要盾构快速通过,即时注浆,减少建(构)筑物的沉降量。如果在其下方更换刀具,必须对建(构)筑物的基础进行分析,看是否有需要对其进行注浆加固,而在换刀时,也要根据围岩稳定情况来决定土仓压气压力,换刀过程中密切关注建筑物沉降量(监测),超过预警值时必须马上安排换刀人员出仓关闭仓门,建立土仓压力,迅速推进,同步注浆减小建(构)筑物沉降量。

8    地层损失和不均匀沉降

盾构在掘进过程中,地层损失和不均匀沉降的风险主要是由于盾构掘进过程中超挖所引起的,控制好出土量,从而减小盾构在掘进过程中对地层造成的损失及不均匀沉降的后果,控制好渣土改良,减小水土流失,控制好地层的不均匀沉降。

9开挖面有障碍物(孤石)、不良地质(岩溶溶洞)

地下障碍物的存在会给盾构的正常推进带来不利影响:首先导致可能引起刀盘磨损,从而不能正常开挖,影响工期。而更换刀盘不仅耗费不必要的资金,而且由于地下隧道特殊的条件,使刀盘更换难度增加,耗费不少时间;其次,障碍物可能致使扭矩突然增大,导致主轴承断裂,机器瘫痪。地下障碍物主要有沉船、透镜体、木桩、抛石、防洪堤、管线等。发生此类事故的原因可能是地质勘探不完全反映穿越地层以及历史上的资料收集不完整等。如果孤石太大,盾构机不能很好的掘进过去,可以对孤石采取爆破措施。

10    隧道上浮

隧道整体上浮:越江盾构隧道在江中段时,覆土较浅,水压较大,隧道整体上浮的可能性较大,因此要防止上浮量过大。处理办法有在地面上加重在隧道内加重等。
影响管片上浮的因素有盾构与管片姿态、推进油缸推力、同步注浆压力及性质、管片接头特征等。
1)盾构姿态:盾构轴线相对隧道轴线下倾,管片承受较大的偏心荷载及盾尾向上的作用力,主要受地层性质、盾构操作水平、隧道纵向坡度等影响。
2)隧道纵向刚度:管片纵向刚度与管片接头形式、管片拼装方式等有关。
3)浆液未凝固段长度及浆液对管片的浮力:浆液未凝固段长度与浆液凝固时间与施工速度有关,浆液对管片的浮力主要受浆液性质(黏度、塌落度等)、地下水状况影响。根据实际情况,确定浆液凝固时间及浆液对管片浮力的大小非常困难。
4)地层性质与地下水状况:地层越软弱,地层抗力系数越小,管片越容易变形;同事越弱地层透水性越差,易产生超孔隙水压力,管片将承受较大浮力。若富含水的地层透水性强,地下水将稀释浆液,影响其胶凝时间及浆液性质。

采取措施有:
1)采用胶凝时间可调的塑性浆液。
2)根据地层情况采用适当的接头形式。
3)控制盾构姿态。
4)根据测量到的隧道上浮情况,在推进过程中,为了保证隧道轴线偏差控制在设计允许的范围内,盾构掘进轴线可适当低于隧道设计中线。
5)盾尾后3环管片进行二次壁后注浆(每3-5环注1次双液浆),以减小隧道上浮。

11    盾构卡体

盾构在掘进的过程中,由于地层压力变化,引起盾构机壳体与土层之间的摩擦力 过大而出现盾体卡滞,导致刀盘无法向前推进的现象并不罕见。一旦出现这种被迫性停机的施工故障,往往需要花费很长的时间和很大的成本来进行处理,如开挖辅助导坑或 采用控制爆破的方法来使盾体脱困,这些都是费工、费时、费钱的方法,目前尚未见到国内外有关如何预防因摩阻力过大导致盾体卡滞问题的报道。
盾构被岩石卡住时,施工采用风枪打孔和岩石破拆机配合进行。施工作业时,首先在岩石上用风枪倾斜钻孔,用岩石破拆机小快劈出凌空面,逐步将卡住刀头的岩石劈列剥离。
盾构在掘进的过程中, 由于地层压力变化, 引起盾构壳体与土层之间的摩擦力 过大而出现盾体卡滞, 导致刀盘无法向前推进的现象并不罕见。一旦出现这种被迫性停机的施工故障, 往往需要花费很长的时间和很大的成本来进行处理, 如开挖辅助导坑或 采用控制爆破的方法来使盾体脱困, 这些都是费工、 费时、 费钱的方法, 目前尚未见到国内外有关如何预防因摩阻力过大导致盾体卡滞问题的报道。
盾构机在掘进的过程中, 由于地层压力变化, 引起盾构壳体与土层之间的摩擦力 过大而出现盾体卡滞, 导致刀盘无法向前推进的现象并不罕见。一旦出现这种被迫性停机的施工故障, 往往需要花费很长的时间和很大的成本来进行处理, 如开挖辅助导坑或 采用控制爆破的方法来使盾体脱困, 这些都是费工、 费时、 费钱的方法, 目前尚未见到国内外有关如何预防因摩阻力过大导致盾体卡滞问题的报道。