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盾構法水下隧道安全風險控制

文檔作者：袁邦民文檔來源：中國鐵建股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月08日
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文章編號：1009—4539(2018)12—0106—04 ·隧道／地下工程·
盾構法水下隧道安全風險控制
袁邦民
(中國鐵建股份有限公司北京100855)
摘要：我國河流眾多，水域面積遼闊，城市大多沿著大江大河分布。伴隨著城市和各類過河、過江通道建設的快
速發(fā)展，水下隧道憑借其易于選擇線路、不占用岸線資源、占地少、不影響通航等優(yōu)勢，得到了大力發(fā)展。但由于其
施工中存在高水壓、地質地層多變等風險，極易發(fā)生生產(chǎn)安全事故，需要予以高度關注。本文從盾構法水下隧道的
特點著手，以行業(yè)內發(fā)生的多起水下隧道施工安全事故為例，對水下隧道施工中的透水、進倉換刀、河床擊穿等安
全風險要點進行深入分析和歸納，堅持“預防為主，綜合治理“的方針，深入總結水下盾構隧道施工安全管控措施，
為各類水下盾構隧道建設提供參考。
關鍵詞：盾構法水下隧道安全控制
中圖分類號：U459．5 文獻標識碼：A+B DOI：10．3969／j．issn．1009—4539．2018．12．025
Control on Safety Risk of Underwater Tunnel with Shield Method
Yuan Bangmin
(China Railway Construction Corporation Limited，Beijing 1 00855，China)
Abstract：Rivers in China are numerous，and the waters are vast．Most cities are distributed along rivers．With the rapid
development of cities and various kinds of river—crossing channels，underwater tunnels have been vigorously developed by
virtue of their advantages of easy selection of routes，no occupation of coastline resources，less land occupation and no impact
on navigation．However，due to the risks of high water pressure and variable geological strata in its construction，it is very
easy to occur production safety accidents and need to be highly concerned．Starting from the characteristics of underwater
tunnel with shield tunnelling method and taking several safety accidents of underwater tunnel construction in the industry as
examples，this paper made a thorough analysis and induction of the key safety risk points in underwater tunnel construction，
such as water permeability，replacing cutters while chamber opening，river bed breakdown，adhering to the principle of
“prevention first，comprehensive treatment”，then，it summarized in depth the safety control measures for underwater shield
tunnel construction，which could provide a reference for lhe construction of various types of underwater shield tunnels．
Key words：shield method；underwater tunnel：safety control
1 引言
我國河流眾多，水域面積遼闊，城市大多沿著大江
大河分布。伴隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市規(guī)模快
速擴張，大江大河等水域兩岸的連接貫通工程也進入
建設高峰。與橋梁等地上連接工程相比，水下隧道憑
借其易于選擇線路、不占用岸線資源、占地少、不影響
通航等優(yōu)勢，得到了大力發(fā)展。但由于其施工中存在
地質地層多變等風險，尤其是整個隧道一直處于高覆
收稿日期：2018—10—25
作者簡介：袁邦民(1982一)，男，工程師，主要從事企業(yè)安全生產(chǎn)管理
方面的工作。
土和高水壓環(huán)境，一旦發(fā)生安全事故，損失與后果難以
估計。因此對施工過程安全風險管控非常關鍵，本文
將重點對此進行分析，并提出風險防控措施。
2盾構法水下隧道的特點
盾構法水下隧道是一項高風險系統(tǒng)性工程，施
工中面臨著高水壓、復雜地質、地層多變、機械故障
等種種風險挑戰(zhàn)，具體有以下特點：
(1)水文地質條件復雜。我國國土面積遼闊，
江河湖泊眾多，水文地質條件復雜多變。目前國內
水下隧道大多位于東部沿海地區(qū)，降水量大，水源
豐富，水壓力大。受陸相與海相交替影響，縱向地
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萬方數(shù)據(jù)
·隧道／地下工程·
層地質變化較大，時常需要穿越“上軟下硬”等不良
地質地層，施工風險極大?。
(2)工程施工組織難度高。地勘資料是水下隧
道設計施工的重要依據(jù)。受勘探條件限制，地勘報
告與施工精度要求存在較大差距。同時，多數(shù)水下
隧道覆土較淺，施工過程地質地層、水土壓力情況
千變萬化，施工過程中需要根據(jù)工程地質的變化及
時調整施工方法，施工條件困難，施工組織難度高。
3安全風險要點
盾構法水下隧道施工主要存在以下幾項重大
安全風險。
3．1 透水
隧道深埋于透水地層，施工過程中始終面臨著高
水壓風險。隧道結構本身存在著管片吊裝孔、管片接
縫、盾尾等薄弱點，地下水一旦涌入隧道，會造成機毀
人亡的重大生產(chǎn)安全事故，甚至損毀整條線路。
(1)事故一：吊裝孔擊穿
盾構隧道采用預制管片進行襯砌舊J。管片大
多采用C50鋼筋混凝土，厚度為350～500 mm不
等。同時為了便于管片拼裝的吊裝和后期注漿，
在管片中預埋套管，套管底部距離管片外壁近
30 mm。一旦該部位的混凝土發(fā)生碎裂，地下水將
通過這個通道源源不斷進入隧道。
2016年3月21日，某城市穿越江河隧道掘進至
985環(huán)時，管片吊裝孔被
地下水擊穿，大量地下水
混合著泥漿涌入隧道，產(chǎn)
生較大損失(見圖1)。
(2)事故二：盾尾
擊穿
盾尾是設備與隧道
結構的直接接觸點，依
圖1 吊裝孔擊穿
靠密封油脂阻隔地下水，而油脂不斷被消耗，需要
及時補充。因此盾尾防水相對薄弱，在高水壓環(huán)境
下，有被地下水擊穿的風險。
2018年2月7日，
佛山市軌道交通2號
線一期工程盾構掘進
施工時，盾構機盾尾被
高壓水擊穿，大量泥沙
涌人隧道，導致11人遇
難(見圖2)。
圖2盾構機盾尾擊穿
3．2進倉換刀
盾構掘進會對刀盤與刀具產(chǎn)生磨損。施工過程
中，根據(jù)刀具磨損程度需要進行進倉作業(yè)更換刀具。
水下隧道所處環(huán)境水壓大，要求開挖倉壓力也相應提
高，給進倉人員的安全帶來了很大風險；刀具更換時
問較長，開挖倉掌子面的穩(wěn)定與否也決定著進倉人員
的人身安全；此外，一旦保壓失敗可能導致上部土體
坍塌，引發(fā)嚴重后果。
2015年6月25 Et，
某城市在建地鐵隧道項
目在進行換刀時，由于
發(fā)生地層局部沉降，致
使隧道上部市政供水管
斷裂，大量泥水涌人盾
構隧道，導致土層失穩(wěn)，
圖3局部沉降導致地面坍塌
地面塌陷，形成了直徑10 m、深約3 m的坑口。事
故共造成1人死亡，3人受傷，1人被困(見圖3)。
3．3河床擊穿
隧道位于河床下方，頂部為強透水地層，掌子
面壓力不穩(wěn)定容易造成河底擊穿。
2014年7月31日上午，某城市在建地鐵盾構機
進洞時，因洞門左上方
河流嚴重滲水，致使河
流圍堰倒塌，河水灌人
在建車站內，造成車站
被淹(見圖4)，相鄰車
站和區(qū)間隧道進水"1。
4 思考與啟示
圖4河床擊穿
盾構施工風險大，尤其是水下盾構隧道施工風險
極大，但上述幾起事故均不同程度地存在人為的工作
疏漏。如果嚴格項目管理，加強現(xiàn)場施工管控，提高施
工人員責任意識，提高應急救援能力，降低事故發(fā)生的
概率和損失是完全可以實現(xiàn)的。上述事故損失是巨大
的，有的事故不但造成價值幾千萬的盾構機被埋、地鐵
無法按時投入運營等影響，有的甚至還造成了人員傷
亡，造成了巨大社會價值和經(jīng)濟價值的損失M J。
結合上述事故案例的原因分析，應該從以下幾
方面加強安全管控措施：
(1)盾構法穿越江河施工應嚴格按照專家評審
方案實施，控制好掘進參數(shù)，尤其是控制出渣量和
同步注漿量。
(2)提前計劃好換刀位置。換刀期間加強地面
鐵道建筑技術RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2018 112》107
萬方數(shù)據(jù)
·隧道／地下工程·
巡視和監(jiān)測工作，進入水域前盡可能更換全部刀(3)加強施工過程管理。如盾尾發(fā)生漏漿，則在
具，避免在河底換刀，確保安全。距離盾尾最近的管片(已脫離盾尾密封刷)通過底部
(3)加強設備維保工作與設備安全監(jiān)控∞1。注漿孔注入油性聚氨酯，快速填充空隙，切斷地下水
(4)應急救援應做到有組織、有預案，發(fā)生險的通道；由于開挖倉壓力會通過盾體與地層間的間隙
情，應先迅速撤離人員，切不可盲目施救。傳遞到盾尾，導致盾尾處水壓增高，可以適量降低切
5安全風險控制措施接掣嘉墨嘗需畿曩奚等霧蓄霧裂亨譬雯薯斧
5．1 隧道涌水風險控制措施與盾構機殼之間空隙，塞滿整個盾尾間隙。
(1)嚴保同步注漿，加強超前地質預報與監(jiān)控5．4隧道坍塌風險預防措施
量測，提前判斷地層損失和變化情況。根據(jù)需要， (1)盾構掘進過程中控制好隧道軸線。一旦發(fā)
做好二次加強注漿，確保隧道管片壁后空隙得到及生軸線偏離，現(xiàn)場人員要及時與測量技術人員做好溝
時填充。決不能為提高進度減少甚至停止注漿，為通，逐步糾偏，減少盾體猛烈偏移對土體造成的擾動。
地下水提供通道。(2)及時、足量地完成同步注漿，盡可能創(chuàng)造條
(2)科學制定盾構掘進參數(shù)，控制好盾構姿態(tài)，嚴件確保水泥作為膠凝材料。
防管片錯臺和盾尾間隙過大，確保成形隧道質量合格。(3)超挖后要有信息報送機制和處理方案，確
(3)盾尾是防水的重點部位，要根據(jù)盾尾間隙保土體損失得到補償。
偏差情況適時調整管片拼裝點位，盡量保證盾尾間(4)連續(xù)進行成形隧道位移監(jiān)測。如果發(fā)生區(qū)
隙均勻，防止盾尾間隙過小損壞管片及止水條。段隧道整體上浮現(xiàn)象，則要進行二次補漿，填充管
(4)加強泥水系統(tǒng)測試與泥漿調制，提高制漿片外空隙。
質量，確保泥漿比重、含砂率、析水率、膠體率、黏度5．5河床擊穿風險控制措施
等合格，保證施工安全。盾構在水域底部掘進時要遵循“勻速、連續(xù)”的
(5)做好盾構姿態(tài)控制，如盾構姿態(tài)發(fā)生偏離， 原則，切忌在穿越水域時停機。因此，做好穿越前
要及時調整盾構姿態(tài)，并做好糾偏工作。糾偏時要的準備工作和穿越過程中的應急工作是河床擊穿
嚴格控制每環(huán)糾偏量，包括從水平和垂直方向兩個風險控制的重點。
方面進行糾偏，每次糾偏量不得超過4 film，防止因當發(fā)現(xiàn)河面冒泡甚至是冒漿時，要及時判斷問
糾偏過度，導致盾尾間隙過小，造成管片錯臺和管題嚴重程度。若是輕微冒泡或者冒漿，范圍小且只
片破損等質量問題。有一兩處時，在確保泥漿能連續(xù)供應的情況下，保
5．2帶壓進倉風險控制措施持開挖面壓力，適當加快推進速度，并提高施工關
(1)開倉作業(yè)前，對選定的開倉位置應提前進鍵工序效率，盡早穿過水域?o。
行地質和環(huán)境風險辨識。選擇合適的開倉作業(yè)方當河面大面積冒漿，且不能向前推進時，要適
式，編制開倉作業(yè)專項方案，并對地層條件是否滿當降低開挖面泥水壓力以減輕冒漿現(xiàn)象，防止河床
足氣體保壓要求進行確認【6 J。裂縫進一步擴大；提高泥漿比重和黏度，減緩泥漿
(2)開倉作業(yè)時，應做好地面沉降、工作面穩(wěn)定流速并修補裂縫；在冒漿現(xiàn)象減小后，將開挖面壓
性、地下水量的監(jiān)測和信息反饋，同時對開挖倉內力調整至正常值，恢復掘進。
加強薏懸簍臻拿空差簍巹怠奠麓差毳簍2．¨赫6應急措施(3)盾構機刀盤轉動、出渣、泥漿循環(huán)等危險性較
～心坩帕
大的操作必須處于鎖定狀態(tài)，嚴禁操作室人員作業(yè)。6．1 人員疏散
(4)開倉作業(yè)時，倉內應設上下臨時通道，并保當發(fā)生涌水、坍塌等安全事故后，不要盲目、無序搶
證進出開挖倉的通道暢通¨。。險，要先組織現(xiàn)場人員立即疏散至安全地帶，再由搶險人
5．3盾尾擊穿風險控制措施員進入現(xiàn)場查看隋況，待確定施救方案后開展救援。
(1)確保盾尾水密封壓力大于1 MPa—o。6．2帶壓進倉
(2)盾尾設四排密封刷，并加一道緊急止水裝(1)停止帶壓作業(yè)的情況
置和一排密封刷【10I。工作人員進倉作業(yè)過程中，如突然感覺身體不
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萬方數(shù)據(jù)
·隧道／地下工程·
適，或者掌子面出現(xiàn)部分失穩(wěn)，涌水、漏水的現(xiàn)象，
或者其它需要停止帶壓作業(yè)的情況?1。
發(fā)生上述情況，應采取以下處理措施：人員退
回至人倉，人倉緩慢降壓直至達到正常壓力[131。
風險，提高水下盾構隧道安全建造的能力，需要進
一步加強技術研究。
參考文獻
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蘿挖戇鑒!燮乎。?莖裂囂籌翥麓釜煞壁后注漿壓力
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