[分享]城市地铁盾构施工事故事件案例

发表于2019-10-22    167人浏览    1人跟帖    总热度:292  

案例七:
南京地铁四号线 TA03 标鼓鸡区间盾构刀盘磨损事件
一、 事故情况简述
  南京地铁 4 号线鼓楼站~鸡鸣寺站盾构区间右线施工至 611 环,刀盘进入石英砂岩和粉质粘土的复合地层,为保证盾构顺利通过该段复合地层,采用带压换刀的方式将原有 38 把撕裂刀更换为滚刀,同时更换部分受损切刀和边缘刮刀。掘进 39 环后,即 650 环,出现掘进速度骤降,由 12mm/min 降至 2mm/min,项目部立刻组织人员进行二次带压进仓作业,检查并更换了部分面板及周边滚刀。由于更换 8把滚刀之后掌子面不稳定(顶部坍塌高度约 2.0 米),为了保证人员安全,停止换刀,中心滚刀未检查更换。
  为确保盾构机通过掌子面坍塌区后安全换刀,恢复掘进了 651、652 环。掘进速度 2-3mm/mim,推进速度无明显改善,且出现喷涌现象。在掘进过程中,刀盘处地面出现塌陷,直径约 2.8m,塌坑区域位于快车道和非机动车道中间的绿化带内。当晚将塌陷处采用混凝土回填控制险情。
  经过地面加固后,再次带压进仓检查,发现刀盘磨损范围以 1-3#双联滚刀为中心,2.65m 直径的圆形区域。
二、工程概况及水文地质情况
2.1 工程概况
2.1.1 设计概况南京地铁
  4 号线 3 标工程主要位于南京市鼓楼区、玄武区,沿北京西路(省政府及省属单位)、北京东路(市政府及市属单位)敷设。 
  标段主要施工任务包含云南路站、云南路站~鼓楼站矿山法区间、鼓楼站、鼓楼站~鸡  鸣寺站(鸡鸣寺站非本标段施工范围)盾构区间工程,线路全长 2.214km。
  鼓楼站~鸡鸣寺站盾构区间由鼓楼站出发以半径 500m 曲线转向东北方向,沿北京东路敷设至鸡鸣寺站,区间进入鸡鸣寺站前采用半径 2000m 及 1500m 反向曲线与 3 号线市政府站相接。
2.1.2 盾构机设计概况
  区间施工采用中铁工程装备制造的中铁 41 号盾构机,刀盘直径6460mm,刀盘开口率 37%,刀盘转速为 0~3r/min,最大推力 3400t,最大掘进速度 80mm/min,额定扭矩 5500KNm,脱困扭矩 6800KNm。
城市地铁盾构施工事故事件案例_1
2.1.4 周边建筑物情况
  隧道周边只有一层混凝土结构公厕一座,距离隧道较远,影响较小。
2.1.5 交通情况
  目前盾构机停机位置四分之三处于绿化树带下方,四分之一位于北京东路下方,该路段为双向四车道,路幅为 28 米。北京东路为南京市重要路段,来往车流量非常大,是连接江苏省政府和南京市政府主要干道。
2.2 工程水文情况
2.2.1 设计情况
  根据详勘显示,中风化岩层中含有裂隙水,基岩裂隙水是本标段重要水源之一,富水程度差异较大,基岩中风化层由于裂隙连通性差,又多被填充,其渗透性较差,且具多变性和不均匀性。接受大气降水的补给及上层微承压水的补给,由于受裂隙分布及相互连通条件的影响,具多变性。
2.2.2 掘进过程中喷涌情况
  复合地层掘进过程中,螺旋输送机出渣口有喷涌现象,地层中含水量很大。
2.3工程地质
2.3.1 盾构停机位置
  鼓楼站~鸡鸣寺站区间隧道右线盾构推进至 653 环,刀盘位于659 环,盾构因刀盘磨损、地面坍陷停机,此处盾构机顶部埋深 13.35m。
2.3.2 隧道右线详勘地质情况
  根据设计提交的详细勘探资料显示,隧道右线从 600 环到 653环范围纵剖面地质从上至下依次为杂填土、粉质粘土、2-3b4 淤泥质粉质粘土(厚度为 4.7m)、2-4b2 粉质粘土(厚度 4.6m)。盾构机主要穿越 3-2b2、3-1b1 粉质粘土地层。但从地质详勘右线 CK16+254里程横断面图显示,右线盾构区间在本里程前既已进入复合地层,上部地层为粉质粘土,下部地层为石英砂岩,Frb 为 45Mpa 左右。里程横断面图显示,右线盾构区间在本里程前既已进入复合地层,上部地层为粉质粘土,下部地层为石英砂岩,Frb 为 45Mpa 左右。
城市地铁盾构施工事故事件案例_2
2.3.3 盾构刀盘位置
  横断面地质分层地面坍陷点竖井开挖完成后,确定地层情况为:掌子面 70%为中风化石英砂岩,平均强度为 80MPa,在刀盘的右上处存在 3-2b2 粉质粘土层。
城市地铁盾构施工事故事件案例_3
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2.3.4 主要土体抗剪强度
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三、事件经过及应急处置
  盾构掘进过程中,项目部安排专人进行地面巡视及监测,在盾构掘进至 652 环位置,地面巡视人员在绿化带路沿石部位发现裂缝,项目部及时与政府部门及地铁公司做了沟通,立即组织人员对绿化带停机位置进行围挡封闭,绿化带植被进行清除,探明地下管线并采取保护措施,地面塌陷后及时回灌混凝土稳定周边环境,并迅速联系专家研究解决方案。
3.1进仓检查情况
  653 环停机后,完成准备工作后带压进仓,检查情况如下:
3.1.1 刀具磨损情况滚刀磨损情况:
  1-14#滚刀部分脱落或磨损严重,15#-18#正面滚刀偏磨,21#-30#正面滚刀正常磨损 20mm 左右。
  切刀磨损情况:检查共计 40 把,部分切刀磨损量在 2/3 左右,12 把切刀磨损量在 1/3 左右,15 把切刀完好。
  边缘刮刀磨损情况:共计检查 16 把,其中 4 把边缘刮刀合金部分磨损 2/3 左右,12 把边缘刮刀合金部分少量磨损。
3.1.2 刀盘检查情况
  刀盘磨损范围以 1-3#双联滚刀为中心,2.65m 直径的圆形区域。
  刀盘磨损宽度示意图 :
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3.2竖井方案确定及开挖
  根据三次专家会议精神,确定了先采取地表袖阀管和树根桩注浆加固土体稳定地层,然后在盾构机切口处开挖小竖井对刀盘进行修复的方案。
3.2.1 袖阀管注浆加固
  注浆范围为盾体左右两侧各 1.0m,刀盘前方 3.0m,刀盘后方 2.0m;布孔间距不大于 1.5m(二次加密布孔后间距 1.0 米左右),布孔深度为刀盘上方 0.5m-1.5m,刀盘前方入岩 0.3 米,分两次共计注水泥浆86m3,水玻璃 13m3。
  注浆范围及布置见下图。
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3.2.2 树根桩注浆加固
  为防止竖井开挖过程中前方土体失稳,根据专家会意见,在刀盘右前方打设两排树根桩。树根桩桩径φ150mm,桩间距 200mm,桩深入岩层 50cm,注入水泥-水玻璃双液浆。共打设树根桩 19 根,每根桩注入浆液约为 1t 水泥量。
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3.2.3 竖井开挖
  施工竖井平面为矩形,净空尺寸为1650mm×1800mm,竖井采用矿山法施工,刀盘上部为封闭矩形结构,刀盘范围为敞口“U”结构。为确保竖井开挖及刀盘修复施工安全,在竖井周边布设三根人工挖孔桩(一根 900mm、两根 800mm)。
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3.3 刀盘修复
  在确定盾构机刀盘磨损后,在实施地表加固及竖井开挖期间,联系厂家(中铁工程装备公司)双方确定了刀盘修复流程如下:
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  刀盘修复时间为 2014 年 10 月 13 日-11 月 3 日。刀盘修复工作实行领导值班制度,注重修复过程中的安全检查及防护工作,尤其时刻观察掌子面的变化情况。
3.3.1 刀梁定位和焊接
  由于旧刀梁变形区域较多,使用高温矫正后对接,对于变形量较大处,采取焊后对突起处刨除;焊缝采用多层多道焊;焊前预热,焊后保温。
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3.3.2 滚刀刀箱定位
  焊接新刀箱主要参照未磨损刀箱定位。
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3.3.3 检测
  刀盘修复完成后,双方委外对刀盘焊接部位进行超声波探伤按《GB11345-89》B 级执行,符合Ⅱ级要求。刀具安装结束后,刀具高低满足设计要求。 
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四、事件原因分析
  根据掘进参数、历次开仓检查结果及竖井揭示地质情况判断,事件原因分析如下:
  1、鼓~鸡区间地质复杂多变,软硬不均,且地层中含水量及其变化较大,在掘进过程中容易出现喷涌现象,区间详勘报告中岩层强度远低于实际岩石强度,在强度高的石英砂岩和粉质粘土的复合地层掘进容易导致刀盘磨损。
  2、该复合地层段详勘报告中纵断面与横断面严重不符,且线路位于南京市北京东路下方,为城市主干道,来往车流量大,无补充勘察条件,勘察资料不能准确反映该复合地层长度、土岩分界面、岩石强度、地下水等关键地质情况。
  3、项目部在该区间施工前根据地勘资料制定了相应地层条件下的刀具配置,并同时规定了相应的换刀里程,但在该里程换刀过程中,刀盘顶部塌陷(顶部坍塌高度约 2.0 米),如继续带压进仓危险性较高,地面无加固条件,为了保证人员安全,停止换刀继续掘进,导致部分刀具未更换完成。
  4、650 环部分刀具更换完成,在中心刀具未检查到位情况下恢复掘进,651 及 652 环掘进速度异常,项目部对该参数异常情况认识不足,未及时停机研究对策解决问题。
五、事件防范措施
  1、探明工程地质情况设计选线时应尽量避开软硬不均地层,使隧道位于均质地层中,以减少盾构施工的风险。施工前必须掌握工程地质及水文地质情况,为科学选择掘进参数提供依据,减少施工的盲目性。盾构施工前期进行多次补充地质勘查工作,能够摸清软硬不均地层地段的工程地质及水文地质情况,为施工预案的制定提供了可靠的依据。
  2、掘进模式选择由于软硬不均地层是一种特殊的地质,既有软岩地层的不稳定性,又具有硬岩的强度。为确保地表及地面建(构)筑物的稳定,必须采用土压平衡掘进模式。
  3、掘进参数选择
  3.1 刀盘转速的选择
  在软硬不均地层中掘进,局部岩石硬度较高,硬岩处刀盘的滚刀受力较大,而软岩部分只需对掌子面进行切削即可破坏土层,但局部硬岩对刀具即刀盘的损伤较大,应适当降低刀盘转速,使刀具受到的瞬时冲击小于安全荷载 25Tc,刀盘的转速要控制在 1.0r/min 左右。
  3.2 土仓压力的选择
  土压力的设定需要考虑多方面的因素,需要综合考虑,在设定土压力时,要考虑:
  ①土层土压力、地下水压力;
  ②由于施工当中存在着不可预见的因素,因此需要考虑一定的预备压力;
  ③能维持开挖面土体稳定,不致因土压设定偏低引起沉降或土压偏高引起地表隆起;
  ④为了降低掘进扭矩、推力,提高掘进速度,降低土压力对刀具的磨损,尽量采取设定较低的土压力。本工程主要以静止土压力为计算依据,并取值偏大的静止土压力(计算值的 120%)作为土舱压力控制值较合适。预备压力一般按 10~20KPa 考虑设置。
  3.3 调整千斤顶的推力
  盾构掘进在该区段由于盾构表面与地层间的摩擦不均匀,开挖面上的土压力以及切口环切削欠挖地层所引起的阻力不均衡,会引起一定的方向偏差,易影响盾构机在推进时发生方向偏差。为了防止盾构机抬头,掘进过程中适当加大顶部千斤顶的顶推力。
  3.4 螺旋输送机转速的选择
  在软硬不均的地层中,土压的保持是非常重要的,由于软岩部分非常容易坍塌,而硬岩部分因硬度较高不易切削,为保护刀具需要降低掘进速度,但是掘进速度过低对软岩部分的稳定非常不利,因此要保证掌子面的稳定性,需要保持较高的土压。要求螺旋输送机的出碴量小,转速一般保持在 3-8rpm/m 之间。
  4、刀具管理
  盾构长距离通过软硬不均地段,盾构机刀具磨损严重,换刀频率增加,影响掘进速度。刀具破损主要是由刀具的质量、围岩坚硬程度和人工操作三种因素所造成。为保证盾构顺利安全通过硬岩地段,施工过程中需采取有针对性的技术措施。
  4.1 加强刀具的管理
  隧道穿越软硬不均地层时,刀具磨损较大。因此,在掘进过程中,根据岩层的特点及软硬不均地层的分布,合理配置刀具,加强刀具管理,提前储备好充足的刀具以备更换。对于更换下来的刀具进行维修,达到规范要求即可重新利用,从而提高了刀具的使用寿命,对于降低生产成本、节约检修更换时间,起到积极的作用。
  4.2 刀具更换标准
  正常磨损情况下刀具更换标准一般为:当周边刀刀圈磨损掉 10mm、面刀和中心双刃刀刀圈磨损掉 25mm 时就需要更换。此时刀圈的刀刃变宽,其冲击压碎和切削岩石的能力降低,盾构掘进时的推力和扭距就会增大,而加大了盾构液压系统和电机系统的负荷,而且切削下来的岩石也会磨损刀盘面,降低刀盘的使用寿命。
  而如果在小于上述更换标准的情况之下频繁地进行刀具更换,则降低了刀具的利用效率,也将浪费许多宝贵的掘进施工时间。另外在非正常磨损的情况之下,如发生刀圈的刀刃破损严重、转动轴承坏掉、刀具润滑油脂泄露等情况,刀具就需要及时进行更换,因为这样会加重相邻刀具挤压切削岩石的负荷,不仅影响正常掘进,而且还会影响到与其相邻刀具的正常使用,会造成刀具连锁性大量破损。
  4.3 建立定期和不定期刀具检查制度
  建立严格的刀具管理制度,制定定期和不定期刀具检查制度,是盾构机在软硬不均段掘进中必要的保障,能够及早发现破损刀具,及时更换,有利于掘进效率的提高和盾构施工安全顺利地进行。
  定期刀具检查制度:制定每掘进完成一定距离后,进行刀具的磨损常规检查,本项目根据地层情况指定每掘进 12 环进行刀具定期检查,通过检查对照后,决定是否更换。
  停机检查时,尽量避开地表有建(构)筑物地段。在通过软硬不均地层以及地面有建(构)筑物通过前,加密对刀具检查,对磨损较大的刀具进行更换。刀具更换完成后,试运转后检查刀具的安装是否良好,若刀具安装不牢固,要重新复紧刀具螺栓。当盾构机处在软硬不均地层,尽量避免在土仓上部地层差的地段换刀。
  必须在这样的地段频繁更换刀具时,根据在当前地层中刀具的磨损情况与线路前方的地质情况,准确定出更换刀具时的位置,提前对该位置地层进行加固处理,加固体达到强度要求后,再采取压气作业进行刀具更换,确保当盾构机到此位置时,安全顺利地更换刀具。
  不定期刀具检查制度:现场施工人员(盾构主司机、值班土木工程师等)通过掘进过程中推力、扭矩等参数异常以及刀盘发出的响声、出碴情况判断刀盘的运转和磨损情况。当推进艰难时,开仓对刀具进行检查,对刀具磨损进行评估。
  5、 软硬不均地层掘进注意事项
  5.1 在条件允许下,经常、有计划地进入土仓了解工作面,了解工作面软硬不均程度和检查刀具状态,以确定掘进推力的大小,避免刀具超载工作受损。
  5.2 软硬不均地层掘进时必须加强碴土改良,采取向土仓内加入泥浆或膨润土的方式,对砂层或其它软弱地层起泥模作用,土仓内高压空气不易逸出,可以有效防止软弱地层坍塌。
  5.3 控制出土量,尤其是上部为软土时更为关键,防止坍塌。
  5.4 针对防“泥饼”问题:盾构机必须配置泡沫注入系统,向刀盘前面、土舱和螺旋输送机注入泡沫,改善渣土流塑性,利于渣土进入土舱。
案例八:
武汉地铁 3 号线 7 标自来水管爆裂导致盾构被淹事故
一、事件情况简述
  2014 年 12 月 24 日凌晨 4:40,解放大道与宗关站施工围挡交界处¢1000 自来水主管突然爆裂,大量高压水喷涌而出,从不同方向涌入车站主体基坑和已掘进的右线隧道内(左线未始发)。盾构机自12 月 24 日被淹至 2015 年 3 月 11 日恢复掘进,历经 3 个半月,经济损失约 3000 万元。
二、工程概况及水文地质情况
  武汉地铁三号线七标施工任务是自王家湾至宗关站地铁区间,自王家湾车站起始沿龙阳大道两侧,过玫瑰街和琴台大道,穿越汉江到达宗关站。本区间长约 2323m,其中王家湾~中间风井采用矿山法施工,中间风井~汉江采用矿山法施做初期支护,盾构空推拼装管片的方法,宗关站~汉江区间采用泥水平衡盾构法施工,盾构始发井布设于宗关站,中间风井兼做盾构吊出井。
城市地铁盾构施工事故事件案例_16
  宗关站位于汉口解放大道和二环线交叉口东南,为地下三层车站,2 台盾构机自宗关站南端头始发穿越汉江。始发井隧顶埋深 16.2m。
城市地铁盾构施工事故事件案例_17
  1、右线盾构掘进完成 103 环,正在停机进行负环拆除。盾构停机位于全断面 4-1 粉细砂层,隧顶埋深 19.45m。盾构机停机位置周边建筑物较多。
城市地铁盾构施工事故事件案例_18
  2、左线盾构完成了组装调试,正在进行洞门凿除准备始发,洞门凿除完成了连续墙内侧钢筋割除,中间混凝土完成顶部 4m 凿除。
三、事件经过及应急处理
  事件经过:2014 年 12 月 24 日凌晨 4:40,宗关站北端头外解放大道与车站施工围挡交界处¢1000 自来水主管突然发生爆裂,大量高压水喷涌而出,从不同方向涌入车站主体基坑和已经掘进的右线隧道内(左线尚未始发)。事件应急处理:项目部施工人员发现险情后迅速启动了应急预案。
  1、开启 2 台 37Kw 应急防洪泵进行抽排;
  2、组织人员抢险,但因水压水量过大,且进入基坑内通道较多,无法进行封堵;
  3、迅速通知水务集团至现场进行处理;
  4、对右线停机位置周边建筑物加密了监测频率,并准备进行周边人员疏散;
  5、调集多台水泵至工地进行抽排基坑内积水。5:00,因车站基坑内积水过深淹没配电柜等导致停电。至 5:10,水务集团主供水管道阀关闭,涌水停止,初步估算车站内积水深 4m 约 20000m3。
城市地铁盾构施工事故事件案例_19
城市地铁盾构施工事故事件案例_20
城市地铁盾构施工事故事件案例_21
城市地铁盾构施工事故事件案例_22
四、原因分析
(一)事故直接原因:
  本项目盾构借助其他单位施工的地铁车站始发,始发期间车站主体结构已全部完成,施工期间自来水管线由于地处地铁车站围挡以外,盾构始发施工期间基本不受管线干扰。险情发生后,相关水务部门对内对外均实行了全面的封锁,其抢险工作也不允许其他单位介入,因此无法获取管线爆裂的任何资料及信息。通过侧面了解,此次事故的原因估计为管线老化形成的局部爆裂进而发生连锁反应。
(二)事故管理原因:
 (1)项目进场后进行了施工现场及周边管线调查,但对供水管道发生爆裂的可能性估计不足,对自来水厂应急反应速度预估过于乐观。
 (2)由于盾构始发端所处宗关站由其他单位组织施工,区间隧道盾构机借助本站始发,造成场地工作面重叠,车站基坑防洪安全场地调查不足,防洪措施不具备针对性。
 (3)应急防洪水泵虽已安装并能正常使用,但对主供水管道的泄水量估计不足,最终导致涌水进入隧道淹没盾构机。
五、事故后续处理及防范措施
(一)事故后续处理
  1、集中力量抽排车站内积水
  2、右线盾构
  ①将右线隧道内积水抽排完成后,开始进行设备检测,根据设备不同受损程度进行解体、修理恢复。
  ②优先恢复保压系统,在保压系统恢复前,采用泥浆管加压及内燃空压机各项保压措施,保证掌子面与地面建筑稳定安全。
  3、左线盾构
  ①洞门凿除已完成连续墙内侧钢筋割除和中部顶部 4m 高混凝土凿除,存在安全隐患,已对洞门进行挂网喷浆,完成后停止降水,以减小对环境的影响;
  ②抽水完成后,检查设备,更换损坏部件(主要为部分电器系统和导向系统);
  ③进行调试,准备始发。 
  4、常规设备恢复
 (1)积水排完后,首先对外循环水泵、防洪泵及配件箱进行烘烤,烘烤完成后进行检测并恢复使用,以方便冲洗及施工用电。
 (2)尽快恢复两条线的电瓶机车,恢复水平运输,方便作业。
  5、S509 盾构机恢复
 (1)首先接外部电源,恢复盾构机照明,以方便工作。
 (2)用清水对被水淹没的位置冲洗,把残留的淤泥等污渍冲洗干净。
 (3)将主控室及所有的动力柜、配件箱内清理干净,外接白炽灯放入主控室及动力柜、配电箱内,以提高温度,保持干燥。
 (4)检查盾构机上所有被水淹没位置的元器件损坏情况,同时查找有无积水,若有积水,将积水清理干净。
 (5)拆除被水淹没的所有电机及泵头,吊出后在地面上清洗、烘烤。
 (6)拆除被水淹没的所有电气元件,清洗后放入集装箱内烘烤。
 (7)保压系统拆除后清洗,然后返厂维修。
 (8)元器件清洗烘烤完成后,能进行检测的在现场进行检测,需要委外检测的委外进行检测,电机烘烤完成后进行检测。确定损坏的进行采购更换。
 (9)所有元器件清洗烘烤完成,盾构机上清洁工作完成,配件箱内烘烤完成后,将拆除的元器件原位安装,安装完成后,按照调试程序,通电进行调试。
  6、S508 盾构机恢复
 (1)隧道内积水抽排完毕后,首先接外部电源,恢复盾构机照明,以方便工作。关闭盾构机上所有气路、水路、液压阀门,恢复外循环水,对盾构机进行冲洗,包括配件箱内所有被水淹没的区域。
 (2)将主控室及所有的动力柜、配件箱内清理干净,外接白炽灯放入主控室及动力柜、配电箱内,以提高温度,保持干燥。
 (3)检查盾构机上所有被水淹没位置的元器件损坏情况,同时查找有无积水,若有积水,将积水清理干净。
 (4)打开液压泵泵头回油管路,查看留出的液压油中有无污水,若有污水做好标记,此泵头需拆除后委外拆解清洗并做检测。
 (5)拆除被水淹没的所有电机及泵头,吊出后在地面上清洗、烘烤。
 (6)拆除被水淹没的所有电气元件,清洗后放入集装箱内烘烤。
 (7)保压系统拆除后清洗,然后返厂维修。
 (8)元器件清洗烘烤完成后,能进行检测的在现场进行检测,需要委外检测的委外进行检测,电机烘烤完成后进行检测,变压器烘烤完成后委外进行检测。确定损坏的进行采购更换。
 (9)所有元器件清洗烘烤完成,盾构机上清洁工作完成,配件箱内烘烤完成后,将拆除的元器件原位安装,安装完成后,按照调试程序,通电进行调试。
(二)预防及防范措施
  1、联合城市管网相关单位调查施工现场周边主要管线情况,掌握自来水管道、天然气管道、有毒气体管道、城市污水排放主要管道、城市电缆及军用电缆埋深情况,制定盾构机穿越管线管道保护方案措施,盾构机穿越管线管道时相关产权单位安排人员现场值班; 
  2、根据地铁公司要求后期盾构隧道施工在洞门处增加设备防淹门卡,在雨季和突发大水时使用钢板门或沙袋及时对隧道口进行封堵,防止积水进入隧道内;
  3、加强日常应急物资准备管理工作,确保应急突发事故能及时到位;
  4、项目进场后,如遇周边自来水厂、重大厂矿等供输水量大的企业,需在项目施工阶段的防洪设备进行升级、并加修防洪结构。
案例九:
武汉地铁 4 号线二期盾构接收涌水涌砂导致地面沉降事件
一、事故情况简述
  2014 年 6 月 7 日 3:50,盾构推进第 1991 环,19:00 盾构推进1200mm(掘进速度 1-3mm/min),21:00 洞门右下角位置出现涌水。第二次险情:7 月 1 日 16:30 分,左线盾构机中盾吊出后,发现洞门底部有少量水涌出,17 时底部涌水量变大,涌水通道约 20cm。左线隧道左侧附件的人民医院两层楼出现沉降、开裂,至 7 月 2 日凌晨,最大沉降 102.9mm,人民医院建筑物开裂,裂缝最大 50mm。第三次险情:7 月 5 日晚完成设备桥移除后,准备进行内支撑架设,7 月 6 日凌晨 1987、1988 环管片拱部突然发生错位,1987 环管片纵向缝裂开、增大,并有小股水流出。
  2014 年 7 月 3 日 17:15 分第 1998 环掘进完成,刀盘整体穿过洞门(刀盘出结构面 1500mm,盾构前体出结构面 500mm),刀盘正下方6 点钟位置发生涌漏并携带大量泥沙;20:25 分发生第二次涌漏;23:40分左右洞门下方漏水点再次又从靠近车站站台侧的底板下涌出。(第一、二次涌漏泥水总量约 180m3 左右,沉积泥砂约 60m3;第三次涌出泥水总量约 150m3 左右,沉积泥砂约 50m3) 
二 工程概况及水文地质情况
  武汉轨道交通四号线二期工程区间及车站土建施工第二标段为武汉市轨道交通四号线重要组成部分,是武汉市重要的过江通道,位于武汉长江一桥和白沙洲大桥之间,区间隧道江北起点为拦江路站,越江区间和三条联络通道。
城市地铁盾构施工事故事件案例_23
  1、拦江路站概况拦江路站位于汉阳区拦江路和腰路堤路交叉口,布置于腰路堤路下方。车站长 268.5 米,标准段宽度为 18.5 米,平均开挖深度为 16.4米,附属结构包括 4 个出入口、2 组风亭和 1 个消防疏散口。
  车站为地下两层双跨结构,岛式站台。采用明挖顺作法施工,地质情况主要以粘土、粉土粉砂互层为主,围护结构南侧采用地下连续墙,北侧采用钻孔灌注桩,设置一道混凝土支撑和三道钢支撑,地下连续墙外侧设置高压旋喷桩+袖阀管注浆进行房屋加固,钻孔桩围护外侧设置高压旋喷桩止水帷幕,基底采用三轴搅拌桩进行抽条和裙边加固,附属结构围护采用钻孔灌注桩+高压旋喷桩。
  2、盾构区间区间采用两台泥水加压平衡盾构,自拦江路站始发,穿越长江,到达复兴路站。左线长 2993.859 米,右线长 3003.39 米,最小曲线半径 500 米,最大纵坡 28‰。盾构穿越地层主要是粉土和粉砂层。管片采用通用楔形环,楔形量 40mm,由 6 块组成,环宽 1500mm,管片外径 6200mm,管片内径 5500mm,管片厚度 350mm。
城市地铁盾构施工事故事件案例_24
三 事件经过及应急处置
(一)左线险情经过
  1.第一次险情
  2014 年 6 月 7 日 3:50,盾构推进第 1991 环,19:00 盾构推进1200mm(掘进速度 1-3mm/min),刀盘推至洞门口,21:00 洞门右下角位置出现涌水;21:50 分第 1991 环推进完成,在掘进过程中因接收姿态较差导致洞门帘幕橡胶板拉断;险情处理后继续推进第 1992环,推进过程正常;6 月 8 日 1:35 分推进第 1993 环,2:30 分第1993 环推进 1400mm,右下角再次涌水,盾构停止推进。
  2.第二次险情
  2014 年 7 月 1 日 16:30 分,左线盾构机中盾吊出后,发现洞门底部有少量水涌出,17 时底部涌水量变大,涌水通道约 20cm。左线隧道左侧附件的人民医院两层楼出现沉降、开裂,至 7 月 2 日凌晨,最大沉降 102.9mm,人民医院建筑物开裂,裂缝最大 50mm。(沉降最大位置为人民医院放射中心)
  3.第三次险情
  2014 年 7 月 5 日晚完成设备桥移除后,准备进行内支撑架设,7 月 6 日凌晨 1987、1988 环管片拱部突然发生错位,1987 环管片纵向缝裂开、增大,并有小股水流出。
(二)右线险情经过
  2014 年 7 月 1 日下午右线洞门凿除工作基本完毕,盾构准备恢复掘进。
  2014 年 7 月 3 日 17:15 分第 1998 环掘进完成,刀盘整体穿过洞门(刀盘出结构面 1500mm,盾构前体出结构面 500mm),刀盘正下方6 点钟位置发生涌漏并携带大量泥沙;20:25 分发生第二次涌漏;23:40分左右洞门下方漏水点再次又从靠近车站站台侧的底板下涌出。(第一、二次涌漏泥水总量约 180m3 左右,沉积泥砂约 60m3;第三次涌出泥水总量约 150m3 左右,沉积泥砂约 50m3)
(三)造成的损失
  左线第二次险情发生后,左线隧道左侧人民医院两层楼建筑发生沉降、开裂,至 7 月 2 日凌晨,最大沉降 102.9mm,人民医院建筑物开裂,裂缝最大 50mm,(沉降最大位置为人民医院放射中心)。
  根据 7 月 7 日专家会意见,险情处置及后续施工方案采用以施工降水为主导的抢险应急方案。7 月 25 日降水井施工完毕,开始降水,至 8 月 26 日,复兴路接收井周边 200m 左右范围内均出现地表沉降,最大沉降值达 85mm,周边近 200 户民房、商店及医院房屋出现不同程度的沉降、开裂。
(四)左线应急处置
  1.第一次险情
  应急处置6 月 7 日 21 时洞门右下角位置出现涌水后,盾构快速继续掘进1991 环,同时迅速开启降水井进行降水头,21:15 分不再漏水。
  6 月 8 日 2:30 分 1993 环推进 1400mm,右下角再次涌水后,停止盾构推进。2:30-7:00 时对盾尾 1990 环进行压注聚氨酯,共注聚氨酯 18 桶(180L),洞门渗漏停止,降水井停止抽水;中盾压注聚氨酯 180L,同时对帘幕橡胶脱落位置用棉纱+钢板+堵漏王进行临时封闭。
  6 月 9 日:继续盾尾注浆,1991 环压注 120L,中盾注浆孔压注80L,双液浆 1990 环压注 4m³,1989 环压注 2m³。
  6 月 10 日:1989 环压注聚氨酯 170L,1987-1988 环注双液浆 7方。
  6 月 11 日召开盾构接收专家会,会议明确盾构接收采用既有方案优化后进行。
  6 月 12 日:对洞门冷冻体顶部增设一水平探孔 C5;中盾位置继续压注聚氨酯 320L,1986、1987 注双液浆 6m³;6 月 13 日掘进1994-1996 环,空推 2 环,盾尾拖出洞门;推进过程中每完成一环掘进后,对盾尾后第一环压注聚氨酯后再推进下一环。
  6 月 14 日-15 日:洞门采用棉纱+堵漏王+钢板进行临时封闭。
  6 月 16 日:完成冻结管路割除。
  6 月 17 日-6 月 30 日:持续进行洞门处 1981-1995 环管片壁后融沉注浆。
  2.第二次险情应急处置
  7 月 1 日下午 16:30 分:发生险情后采用堵漏王对底部渗水进行封堵,同时用注聚氨酯泵打针孔注聚氨酯。下午 17 时,底部涌水量变大,涌水通道约 20cm,无法进行封堵。随后采用水泥、沙袋反压,上部采用混凝土回填。同时采用双液注浆机对隧道内 1992 环底部两个注浆孔压注聚氨酯注浆 4000Kg,封堵涌水通道,21 时涌水止住;地面上采用引孔垂直注浆,压注双液浆,截至 21 时双液浆压注 210m³;对隧道内渗水重大的 1987、1986 环进行了注聚氨酯止水,第 1987环压注聚氨酯 700kg,1986 环压注聚氨酯 900kg。渗漏水基本堵住。
  7 月 4 日:业主组织召开了盾构接收险情处置及后续处理方案专家咨询会,会议要求项目部 7 月 7 日组织召开全国及本地针对险情处置及后续施工的专家会。
  3.第三次险情应急处置
  7 月 5 日:完成地表管线探测。(专家会前提前完成工作)
  7 月 6 日凌晨:发生险情后采用搭设枕木垛对 1986-1989 环进行加固,在加固过程中,再未出现险情恶化等现象;经 6 日上午地表监测,地面没有沉降变化。
  7 月 6 日下午:恢复洞内变形段的临时钢拱架+内支撑和注浆加固施工,至 7 月 12 日隧道内临时钢支撑安装完毕。
  7 月 7 日:项目部组织召开了全国性的盾构到达接收险情处置及后续处理方案专家会,会议明确采用以下方案:以施工降水为主导,维持冷冻为辅、液氮应急的方案。在洞内注浆完成后再进行洗井、降水,待降水和洞门加固达到预期效果、险情得到彻底排除和确认结构稳定后,再逐步清理完洞内和盾构井内的反压物,恢复现场后续施工。
  7 月 7 日:完成地表地质雷达监测。
  7 月 7~9 日:完成静力触探,并对医院房屋基础下空洞进行砂浆回填。
  7 月 11 日:完成隧道内管片应力片安装。
  7 月 12 日:完成地质补勘工作。
  7 月 14 日:完成地表注浆、洞内注浆工作。
  7 月 22 日:完成 21 口降水井施工。
  7 月 24 日:完成降水井管路连接及抽水试验。
  7 月 25 日:开始对周边持续降水。
  7 月 28 日:完成左线洞门前反压物清理。
  7 月 31 日:完成左线洞门结构施工。左线洞门涌水涌砂险情解除。
(五)右线险情应急处置
  6 月 11 日:针对 6 月 9 日涌水涌砂项目组织召开专家会,根据专家会意见,右线接收增补 4 口深降水井。
  6 月 21 日:完成增补 4 口深降水井。6 月 26 日:组织召开右线水平冻结盾构接收专家评价会,并完成右线盾构接收节点验评工作,各方同意验收。
  6 月 25 日-27 日:在盾构机抵拢连续墙后,对盾尾后三环进行了聚氨酯封闭、盾尾后 4-10 环进行了双液浆封闭,通过降低土仓液位及洞门探孔确认无渗水情况下恢复掘进。
  7 月 1 日:下午右线洞门凿除工作基本完毕,盾构准备恢复掘进,左线洞门再次发生涌水涌砂险情。
  7 月 1 日-7 月 3 日:左线抢险期间,右线洞门未出现渗漏水。
  7 月 2 日:地铁公司召开专题会,根据会议精神和总体计划安排,右线盾构尽快出洞,消除风险。
  7 月 3 日:下午 3 时右线盾构机开始推进,3:40 分掘进完成 1997环所剩 0.37m(刀盘处于接收井洞门地下连续墙已凿除位置,距离复兴路站结构边界 500mm)。16:17 分盾构机开始掘进 1998 环,掘进过程中刀盘 5 点钟位置出现小股地下水流出。至 17:15 分 1998 环掘进完成,刀盘整体穿过洞门(刀盘出结构面 1500mm,盾构前体出结构面 500mm),刀盘正下方 6 点钟位置发生涌漏并携带大量泥沙。随后在隧道内 1996 环 6 点钟位置采用聚氨酯进行盾壳与冻结体之间的间隙进行封堵,至晚上 20:20 分刀盘底部涌漏情况得到控制。20:25 分又发生第二次涌漏,继续对隧道内 1996 环 6 点钟及 1994 环 8 点钟位置压注聚氨酯,至 20:40 分封堵控制完毕。23:40 分洞门下方漏水点带三次从靠近车站站台侧的底板下涌出,随即加大洞内聚氨酯封堵注浆,车站底板涌水处采用袋装水泥、米石回填反压(填方总量约 100m3),洞内持续注浆。
  7 月 4 日:凌晨 4:40 分此处涌漏封堵住。
  7 月 5 日中午:右线洞门涌漏已全部得到控制,再未出现重大的反复现象,洞内管片稳定,未出现变形、漏水情况。
  7 月 6 日-7 月 10 日:对管片 1994-1996 环进行了补注聚氨酯,共 5t。双液浆注浆 21m3,单液浆注 50m3。 
四 原因分析
(一)直接原因
  隧道底部范围 4-2 粉细砂层中的承压富水(水头差 16~17m),地下水水位高、隧顶覆土松散、自稳能力差。并且在盾构掘进扰动影响下,通过管片外注浆层因冻结体融沉产生的空隙或渗水通道在薄弱面处产生突发涌水、涌砂(盾构标称∅6520mm、管片外径∅6200mm、洞门直径∅6800mm、管片外注浆层 160mm、300mm)。后期处置过程中,由于采用降水方案(24 口降水井)和相继发生多次重大规模的涌水涌砂(左线 9 次、右线 3 次)作用,加剧并扩大了地表、建筑物不同程度的沉降、开裂。是造成本次事件的直接原因。
(二)间接原因
  1.从设计图分析,复兴路站接收端采用三重管旋喷桩加洞门水平冷冻加固,该方案不适合泥水盾构到达施工,盾构出洞安全保险系数较低,是造成此次事件发生的间接原因之一。
  2.洞内测量未按要求进行二等精度控制操作,实际是按三等精度操作,同时也未发现地面控制桩点发生位移,而且也未按照测量要求及时组织隧道贯通前的联测,加之长距离测量的误差累积,导致盾构出洞偏向掘进方向右下侧 15cm,致使盾构出洞时帘幕橡胶板破坏,密封止水系统失效。帘幕橡胶板损坏和盾构接收姿态差是造成此次事故发生的间接原因之二。
  3.经公司设备部和监理单位批准的左线盾构吊装方案,明确规定需使用 400T 汽车吊,由于受场地限制,项目在实际吊装过程中未按既定方案执行,选择了 260T 履带吊。在 7 月 1 日中盾吊装过程中履带吊 1 个滑轮出现了问题,造成履带吊长时间载荷,后增加 1 台 400T汽车吊,加剧了对地层的扰动。擅自变更吊装方案,采用未经批准和未进行理论验算的吊装方案是造成此次事故发生的间接原因之三。
  4.根据 6 月 26 日右线水平冻结盾构接收条件专家评审意见“盾尾注浆完成后,破除洞门最后一层混凝土前,应通过洞门底部探孔检查帷幕密封效果。”但在实施过程中,首先未及时注浆,且项目未按专家意见通过洞门底部探孔进行检查帷幕密封效果,而是盾构机直接出洞。未认真落实专家意见和擅自简化工作内容是造成此次事故发生的间接原因之四。
  5.项目部未组织对《盾构机到达应急预案》进行演练,且应急物资准备不足,发生险情时抢险组织不到位,指挥混乱。未开展应急演练对次事件应急处置程度也有一定影响。
五 事故防范措施
  1.隧道贯通前必须进行洞内外联测,不能简化测量复测程序,同时按照地铁测量规范规定的测量精度等级要求进行测量,不得擅自更改测量精度。技术负责人应在过程中进行检查、把关和复核,并履行技术管理职责,确保现场施工测量准确无误。
  2.无论在何种环境条件下,必须严格按照手续齐备的设备吊装方案进行作业,遇有条件变化时需要变更的应执行变更审批手续,确保设备吊装安全,顺利,实现既定的管理目标。
  3.强化技术指导和管理的有效性,施工方案和技术交底须保证可操作性、全面性、正确性、科学性、经济性,同时应在施工前及时下发和培训到位,且严格按照方案执行并对施工效果检查。
  4.由于盾构机出洞安全风险高,应急预案应组织演练到位,一方面可检验预案的可操作性和实用性,另一方面可发现不足、完善预案,锻炼应急队伍和提高应急处置能力,理顺各相关单位和人员的工作关系,完善应急机制。
  5.项目管理领导层,尤其项目第一责任人,应对盾构机出洞安全予以高度重视,狠抓过程监督和贯彻落实,充分进行方案比较及做足预控措施。一旦发生险情,应做出快速应急反应,采取有效措施进行积极控制,防止限期进一步扩大。
  6.在接收方案比选阶段,尽可能的变更此类“水平冻结+注浆”的接收方案,此类接收方式不可控的风险过高。且险情发生后,效果 比较好的补充措施可选范围小。方案变更方向为水下接收或钢套筒接收,且此两种方案经济性与可操作性均优于“水平冻结+注浆”接收方案。
附相关抢险照片:
城市地铁盾构施工事故事件案例_25
城市地铁盾构施工事故事件案例_26
城市地铁盾构施工事故事件案例_27
城市地铁盾构施工事故事件案例_28
城市地铁盾构施工事故事件案例_29
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 发表于2019-10-22   |  只看该作者       筑龙币+10

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