城市軌道交通盾構(gòu)施工環(huán)境風(fēng)險分析

1、城市軌道交通盾構(gòu)施工環(huán)境風(fēng)險分析摘要：本文通過對城市軌道交通盾構(gòu)施工所處的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊建 構(gòu)筑物環(huán)境等進(jìn)行分析，總結(jié)了不良地質(zhì)、盾構(gòu)穿越江河水底、斷裂帶、重要構(gòu) 筑物，以及盾構(gòu)進(jìn)出洞、旁通道施工等的風(fēng)險，對城市軌道交通盾構(gòu)施工風(fēng)險控 制具有一定指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：城市軌道交通；盾構(gòu)施工；風(fēng)險引言城市軌道交通區(qū)間隧道廣泛采用盾構(gòu)法，盾構(gòu)法施工事故時有發(fā)生，每起事 故的發(fā)生均與其特殊的地質(zhì)條件相關(guān)。地質(zhì)條件與工程結(jié)構(gòu)安全、施工安全、環(huán) 境安全密切相關(guān)，尤其是不良地質(zhì)條件對工程影響更大。本文總結(jié)了不同工程地 質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊建構(gòu)筑物環(huán)境條件下盾構(gòu)施工的風(fēng)險。1不良地質(zhì)中盾構(gòu)施工風(fēng)險在承壓

2、水砂層、軟土地層、孤石、巖溶等不良地質(zhì)中盾構(gòu)施工，容易產(chǎn)生施 工事故，盾構(gòu)施工主要有以下風(fēng)險：1）盾構(gòu)處在承壓水砂層中，由于正面壓力設(shè)定不夠高，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導(dǎo)致盾構(gòu)突沉、隧道損壞。2）軟土地層條件下，深基坑施工容易產(chǎn)生擋土結(jié)構(gòu)位移過大，基坑開挖時出 現(xiàn)底涌，甚至出現(xiàn)基坑圍護(hù)體系的坍塌、基坑失穩(wěn)等嚴(yán)重問題。3）對沿線穿越地層中的透鏡體、洞穴或樁基、廢舊構(gòu)筑物等障礙物。未事先 查明并做預(yù)處理或備有應(yīng)急措施，可能引起盾構(gòu)推進(jìn)突沉偏移，盾尾注漿流失， 致使地面沉陷過大，盾構(gòu)無法推進(jìn)。4）盾構(gòu)區(qū)間隧道開挖范圍內(nèi)存在孤石，給盾構(gòu)施工帶來很大困難，掘進(jìn)速

3、度 緩慢，且在掘進(jìn)過程中對地層造成較大擾動，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的地表沉降，對隧道 影響范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物保護(hù)極其不利，容易造成造成刀具、刀盤嚴(yán)重磨損。5）在巖溶、土洞發(fā)育地段，盾構(gòu)法施工打破了土洞頂板原有的力學(xué)平衡，造 成垮坍，可導(dǎo)致盾構(gòu)機具陷落等事故。開挖過程中，位于隧道拱頂和側(cè)壁的大型 溶洞和空洞，極易造成隧道開挖面圍巖失去穩(wěn)定性，進(jìn)而造成開挖面塌方，給施 工人員、設(shè)備帶來安全隱患；位于隧道底部的溶洞，則容易造成人員設(shè)備突然陷 落，造成事故。2盾構(gòu)穿越江河水底的風(fēng)險過江段地層與陸地地層并沒有本質(zhì)上的不同，最大的差別在于隧道上方始終 懸掛著一個巨大的水源，萬一這個水源從盾構(gòu)的工作面涌人隧道，那將

4、是無法 想象的災(zāi)難，主要有以下風(fēng)險：1）在淺覆土處易產(chǎn)生冒頂。過江段隧道在高水頭壓力情況下，掌子面的泥土 壓力平衡不容易建立，若盾構(gòu)機密封失效，江水將從擾動土體的裂縫中經(jīng)盾構(gòu)機 密性封薄弱部位進(jìn)人隧道，導(dǎo)致盾構(gòu)機被淹沒，甚至隧道報廢。2）掌子面失穩(wěn)塌方。江及江兩岸淤泥、淤泥質(zhì)土和砂層等穩(wěn)定性很差的軟弱 地層一般發(fā)育，一旦土倉（泥水倉）的泥土壓力（泥水壓力）控制不好，刀盤前 方及其上部的軟弱土層被擾動，便會造成失穩(wěn)，甚至塌方。3）土壓平衡盾構(gòu)機噴涌。過江段的地下水基本上與江水連通，補給較迅速， 受江水漲落影響較大；巖層層面起伏較大，各地層交接帶容易形成涌水通道。盾 構(gòu)施工中，若土倉內(nèi)渣土改良控制

5、不好，將會引起螺旋輸送機出土口大量噴泥水， 甚至?xí)鸾姿?、江水灌人隧道等?yán)重事故。4）隧道上浮、管片開裂和漏水。在江下推進(jìn)的盾構(gòu)機，若隧道上方覆土薄， 在高水頭的壓力作用下，盾構(gòu)構(gòu)姿態(tài)容易上揚，壓坡困難。拼裝完成的隧道管片 脫開盾尾后，由于上.部壓載及自重?zé)o法抵抗地下水引起的浮力致使隧道上浮，如 果不采取相應(yīng)措施，極易引起管片開裂、漏水。5）江中換刀或設(shè)備檢修時的風(fēng)險。過江段線路長，巖石強度高，可能導(dǎo)致在 江底進(jìn)行換刀作業(yè)，甚至設(shè)備可能發(fā)生故障需進(jìn)行檢修。因過江段土體自穩(wěn)性差， 故在江中換刀難度極大，此外，若停機時間長，掌子面失穩(wěn)塌方的風(fēng)險很大。3盾構(gòu)穿越斷裂帶風(fēng)險分析斷裂帶特別是區(qū)域性

6、的大斷裂，一般規(guī)模宏大、巖性復(fù)雜、破碎或堅硬，地 下水較為豐富。在斷層形成的時候，隨之也形成了一些新的角礫巖，其中某些巖 石受到了不同程度的擠壓變質(zhì)作用，某些巖層可能很松散，某些部位會出現(xiàn)十分 堅硬的巖體或巖塊。盾構(gòu)機穿越斷裂帶的風(fēng)險主要有：1）由于某些地段可能軟硬突變，對刀具破壞大。2）由于地層不穩(wěn)，可能會導(dǎo)致掌子面坍塌。3）斷裂帶通常富水性好，是地下水的通道，可能會導(dǎo)致噴涌的現(xiàn)象發(fā)生4盾構(gòu)穿越重要構(gòu)筑物的風(fēng)險1）盾構(gòu)穿越既有地鐵、高鐵、高速公路的風(fēng)險運營地鐵隧道、高速鐵路、越江公路隧道及立交橋等重要構(gòu)筑物的變形要求 極其嚴(yán)格。在盾構(gòu)的穿越施工過程中稍有不慎，易對高靈敏度軟土產(chǎn)生相對較大 的

7、擾動，從而引起較大的地層損失，導(dǎo)致被穿越的重要交通設(shè)施產(chǎn)生過大不均勻 的變形，嚴(yán)重威脅城市交通命脈的運營安全，對社會產(chǎn)生較嚴(yán)重的后果。2）盾構(gòu)穿越對沉降敏感的居民建筑物的風(fēng)險一般居民建筑物為短樁或淺基礎(chǔ)，對沉降極為敏感，且事關(guān)人民生活及生命 財產(chǎn)安全。盾構(gòu)在其鄰近或下方穿越時，盾構(gòu)上方荷載變化較大且不均勻，且盾 構(gòu)正面壓力及推進(jìn)姿態(tài)難以掌控，此時既要避免正面壓力及同步注漿壓力不足引 起沉陷，又要防止正面壓力及注漿壓力過高導(dǎo)致地層擾動過大或地面冒漿。同時 還應(yīng)注意到盾構(gòu)隧道滲漏及自身長期沉降可能導(dǎo)致的地面沉降加劇的影響。3）盾構(gòu)穿越重要管道的風(fēng)險上水、煤氣、原水箱涵等管道為城市重要生命線，數(shù)量眾

8、多，且其走向、埋 深、年代、管材、接頭形成等變化較多，其允許變形較小且具有較大不確定性， 盾構(gòu)穿越這些重要地下管道可能引起其沉降彎曲而泄漏或燃爆，影響管道的安全 使用。4）盾構(gòu)穿越鄰近樁基的風(fēng)險盾構(gòu)穿越鄰近樁基，引起樁身水平或垂直位移超過一定限度而影響樁基承載 安全，引起上方建筑物沉降、開裂甚至失穩(wěn)。5）盾構(gòu)穿越地下障礙物的風(fēng)險由于預(yù)處理措施不當(dāng)或盾構(gòu)切削刀具事先配備不足，在盾構(gòu)穿越地下障礙物 時，推進(jìn)受阻、姿態(tài)頻動而致前方土體反復(fù)、過大擾動導(dǎo)致地層坍陷；刀盤前方 清障時引起開挖面失穩(wěn)和坍塌；推力猛增或刀盤轉(zhuǎn)速較快而致刀盤刀具卡死、損 壞甚至盾構(gòu)機癱瘓而無法正常推進(jìn)。5盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險及旁通道施

9、工風(fēng)險盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險及旁通道施工容易受地下水、軟弱地層等影響而產(chǎn)生工程施 工，主要工程風(fēng)險有：1）盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險盾構(gòu)在工作井出洞或進(jìn)洞時，需要鑿除預(yù)留洞口處鋼筋混凝土擋土墻，而后 由盾構(gòu)刀盤切削洞口加固土體進(jìn)入洞圈密封裝置，此過程中洞口土體及加固土體 暴露時間較長，且受前期工作井施工方法及其施工擾動影響，容易因加固土體或 洞圈密封裝置的缺陷而發(fā)生洞口水土流失或坍方。如遇飽和含水砂性土層或沼氣 以及其他原因形成的含氣層，更易發(fā)生向井內(nèi)的大量涌沙涌水而導(dǎo)致盾構(gòu)出洞磕 頭或盾構(gòu)進(jìn)洞突沉，甚至在盾構(gòu)進(jìn)洞突沉中拖帶盾尾后一段隧道嚴(yán)重變形或坍垮， 造成極嚴(yán)重的工程事故，并嚴(yán)重破壞周邊環(huán)境。2）旁通道施工風(fēng)險旁通道凍結(jié)施工中，隧道鉆凍結(jié)孔防噴措施不當(dāng)引發(fā)泥水噴涌。旁通道凍結(jié) 壁由于凍結(jié)管斷裂、滲漏而未能使冷凍圈全部交圈導(dǎo)致透水失穩(wěn)。臨時支護(hù)強度、 剛度不夠或拆模過早，引起旁通道及連接隧道嚴(yán)重變形或坍塌