[分享]城市地铁盾构施工事故事件案例

发表于2019-10-20     999人浏览     1人跟帖     总热度:694  

案例四:
南昌地铁 1 号线一期工程土建二标盾构机刀头磨破盾壳事件
一、事件情况简述
  2014 年 4 月 2 日,南昌轨道交通珠~长区间下行线盾构机刀盘进入长江路站南端头土体加固区域,发现盾构机参数异常,无法顺利通过加固体,事件未造成人员伤亡及财产损失但影响总体工期要求。
二、工程概况及水文地质情况
  南昌轨道交通 1 号线一期工程土建二标包含一站(长江路站)两区间(珠江路站~长江路站区间、长江路站~蛟桥站区间)。
  珠(珠江路站)~长(长江路站)区间隧道工程位于南昌市红谷滩区。上行线全长为 694.327m;下行线长链 5.884m,全长为700.211m。区间呈“V”型坡,最大坡度为 8‰,最小平曲线半径为 800m,期间设置一联络通道及泵站。场地较为平整,地貌形态单一,属赣江冲积平原地貌,地面标高19.28~20.59m。区间隧道盾构从珠江路站北端始发,沿丰和北大道向北前行至长江路站南端接收。
城市地铁盾构施工事故事件案例_2
2.1 水文地质条件
2.1.1 地质条件:
  本标段区间地质条件较为复杂。珠~长区间隧道穿越部位地层主要有②3-2 细砂、②4 中砂、②5 粗砂、②6 砾砂、②7 圆砾局部夹带泥质粉砂岩等地层。
城市地铁盾构施工事故事件案例_3
2.1.2 水文条件:
  场地地表水主要为赣江,目前地表水位高程约为 15.50~19.60 米之间。拟建场地浅层地下水属上层滞水,孔隙性渗水,微承压水,孔隙水主要赋存于表层填土及②砂土、砂砾、圆砾中,微承压水主要赋存于泥岩中。
2.2 盾构选型
  盾构机刀盘配置: 
 (1)针对区间的砂性土地层的流动性较差,采取对刀盘的开口率进行调整,拆除刀盘正面 18 把单刃盘形滚刀及刀盘中心 4 把双刃盘形滚刀,将开口率调整为 38%; 
 (2)由于增加开口率,拆除了部分滚刀,为了补足原来的滚刀的作用,在面板上增加贝壳刀,高度等同于原盘形滚刀高出刀盘面的高度 175mm,以补充拆除盘形滚刀的先行开挖功能,已达到降低正面刮刀的磨损程度;
 (3)针对砂性土的松软特性,将刀盘周边的单刃盘形滚刀,更换为同尺寸的球齿盘形滚刀,防止普通盘式滚刀在软土层时,达不到启动扭矩,造成刀具的偏磨,且球齿滚刀的球齿为硬质合金钢,从而又加强了对滚刀盘体的耐磨性;
 (4)制作半鱼尾刀,安装在原中心双刃盘形滚刀的位置,以增加先行开挖能力,减少刀盘中央结泥饼的机率。我部根据招标文件要求,经过专家论证选用:复合式土压平衡盾构海瑞克 S555。
  刀盘配置为:球齿盘形滚刀 9 把;仿形刀 1 把,刀盘中心半鱼尾刀 1把,正面刮刀 46 把,边刮刀 28 把,贝壳刀 23 把。详见下图。
城市地铁盾构施工事故事件案例_4
三、事件经过及应急处置
3.1 事件经过
  珠~长区间下行线自中间竖井始发推进至长江路站施工结束,盾构机2013 年 9 月 26 日下井安装,2013 年 10 月 16 日完成与原隧道管片对接,2013 年 11 月 24 日开始始发掘进施工,2014 年 4 月 2 日,盾构机刀盘进入长江路站南端头土体加固区域,发现盾构机参数异常,无法顺利通过加固体。经过分析,盾构机刀盘磨损严重,需要进行修复刀盘和刀具,因此,采用地面挖孔开仓换刀的方式进行处理。
3.2 应急处置
3.2.1 开仓方案的选择
  由于盾构机刀盘周边磨损可能比较严重,而在土仓内不利于进行周边刀具焊接,且盾构机正面刮刀在土仓内不能焊接,因此本次不能进行在土仓内进行换刀。
  由于盾构机切口已进入加固区 80cm,刀盘 75cm,为确保盾构机能够顺利完成接收,我部决定采用地面挖孔进行换刀,挖孔护壁采用直径 1.7m 厚 度 10mm 的钢护筒。计划在加固区内切口位置向盾构主体移 10cm 为钢护筒中心,钢护筒 1.6m 位于加固区内,10cm 位于原状土内,计划采用反循环钻机钻孔(孔直径 1.8m,深度 10m);采用直径 1.7m,壁厚 10mm 的钢护筒下至盾构机刀盘顶部,深度约 10.0m 处。预留约 10cm 左右采用人工挖至刀盘处,对刀盘周边进行增加刀具,增大刀盘开挖直径施工。先进行挖孔,待检查刀盘后进行刀具配置进行换刀施工。
  挖孔位置平面布置图、剖面图详见下图。
城市地铁盾构施工事故事件案例_5
城市地铁盾构施工事故事件案例_6
  待挖孔到位后,先检查刀盘磨损情况,根据刀盘实际磨损情况,确定刀盘修复方案。
3.2.2 维修方案的确定
  检查刀盘,根据刀盘现状,发现刀盘磨损严重,主要存在以下几点问题:
  1)刀盘半径方向磨损深度约 30cm; 
  2)周边 9 把滚刀刀箱及滚刀磨损见底;
  3)周边 36 刮刀全部损失;
  4)正面刮刀磨损严重。磨损情况详见下图。
城市地铁盾构施工事故事件案例_7
城市地铁盾构施工事故事件案例_8
城市地铁盾构施工事故事件案例_9
  根据刀盘及刀具的磨损情况,制定以下几点修复方案:
 (1)向前焊接刀具,将刀盘周边宽度扩为320mm左右,外扩长度120mm; 
 (2)向径向焊接刀具,将刀盘直径扩为 6250mm,外扩长度 300mm; 
 (3)制作 300*300*530mm 的刀箱 8 只,如下图所示,接在刀盘的辐条及幅板上,并 进行可靠焊接,保证足够的强度;
 (4)按照刀具的切削轨迹,补足各轨迹上缺失的正面刮刀及周边刮刀;
 (5)在刀盘的环板上增设嵌入式的周边刀,以保证盾构刀盘的开挖直径;
 (6)在补足的正面刮刀或周边刮刀前,安装贝壳刀,已补充原来滚刀的先行破碎功能,  从而降低刮刀的磨损量;
 (7)刀盘修复示意图详见下图:
城市地铁盾构施工事故事件案例_10
  刀盘修复完成后盾构成功穿越加固区。盾构施工完成后刀盘详图见下图。
城市地铁盾构施工事故事件案例_11
四、原因分析
4.1 掘进情况分析
  由于地面单次沉降必须控制在 3mm 之内,累计沉降控制在 21mm 之内,盾构施工过程中,掘进参数根据地面沉降监测报表分析调整。珠~长区间地面沉降情况在可控范围内,掘进参数控制并无异常。
4.2 刀盘磨损情况分析
4.2.1 刀盘磨损情况
  珠~长区间下行线盾构机在正常施工过程中,在施工 321 环后开始陆续有刀具磨损后脱落,脱落主要为布置在刀盘周边滚刀、超挖刀、耐磨层。
  由于施工情况正常,刀盘配置经过专家评审,我部初步考虑可能存在部分掘进地层与地质报告不符,掘进位置存在中风化泥质粉砂岩,形成典型上软下硬地层。盾构推进底部切削岩层,造成刀盘周边磨损严重。
城市地铁盾构施工事故事件案例_12
4.2.2 刀盘开仓位置选择
  盾构机刀盘脱落时,珠~长区间剩余 258 环,而且没有适合开仓换刀位置。由于刀盘脱落刀具主要为周边刀具,采取常规开仓换刀不可行,必须采取地面挖孔换刀,因此开仓位置必须进行加固处理。而且刀盘脱落后,掘进参数并未出现异常,地面沉降也未达到报警值。
  考虑到开仓换刀的经济性和合理性,以及对工期的影响,没有立即采取开仓换刀措施,初步决定接收后换刀。
4.3 渣土改良情况分析
  在盾构掘进施工过程中,根据不同地段土质情况,采取三种配置溶液对渣土改良。
 (1)膨润土溶液配制:
  ○1 钠基膨润土原料配制标准:
城市地铁盾构施工事故事件案例_13
  ○2 配比:膨润土:水=1:5~8(质量比),发酵膨化时间约 24h。 
 (2)泡沫剂溶液配制:
  ○1 泡沫剂种类繁多,主要分为普通型、发散型、聚合型。我标段主要采用普通型,采用康达克和明洁两种品牌。
  ○2 配比:泡沫剂原液:水=1:100~200(质量比)。
(3)高分子聚合物配置:
  ○1 主要采用巴斯夫、合东双品牌的高分子聚合物。
  ○2 配比:高分子聚合物:水=3:800(质量比)。根据出土情况分析,渣土改良情况良好。
4.4 组织措施分析
  本工程实施项目经理负责制。项目经理确定每一个管理岗位的工作内容,并制定相应的质量管理制度和岗位职责,以及相应的奖惩制度,全面实施项目质量管理。项目经理部配备一位专职质量工程师,全面负责本工程质量管理,同时还配备技术员、质量员、施工员、安全员、合同员、设备员、材料员、计量员、材料员和取样员等服务于整个项目的实施。
城市地铁盾构施工事故事件案例_14
五、事件防范措施
  目前,南昌轨道交通珠~长区间下行线盾构施工作业已经顺利完成。通过此次盾构机在复杂地层中把盾构机刀盘磨损严重的事件,我们需在以后的盾构施工中汲取本次事件的教训,为避免类似事件的发生,需要做好以下几点防范措施:
  1、认真分析勘察报告,对可能存在地质突变及距离强风化岩层较近距离处,进行重点分析,必要时进行钻孔取芯检查。只有准确了解地质条件,才能对盾构机的选型和盾构机的刀盘、刀具布置等有较准确的判别;
  2、盾构机开仓位置必须选择合理,既要考虑安全,又要兼顾经济合理,因此我部将盾构机开仓位置设置在盾构加固区;
  3、盾构在施工中,出现参数异常情况,需要及时进行分析,确保防微杜渐,做好防范措施;
城市地铁盾构施工事故事件案例_15
  4、在盾构机出现事件后,需要采取合适的方法进行处置,必要时组织专家论证,确保施工的安全、质量,以及后期的盾构正常施工。
案例五:
武汉轨道交通 3 号线 19 标盾构区间天然气爆炸事故
一、事故情况简述
  2015 年 1 月 1 日 23 点左右,武汉市轨道交通 3 号线 19 标市民之家站~宏图大道站盾构区间工程,左线盾构推进至 1122 环时,盾构机上固定气体检测仪发出有害气体报警信号。当班技术主管使用便携式气体检测仪检查确认有害气体超标后,带班领导立即组织隧道内的全部人员撤离。之后,带班领导和盾构机司机再次进入隧道进行隐患排查。1 月 2 日凌晨 2 点 40分,隧道内发生爆炸,事故造成 2 人死亡。
二、工程概况及水文地质情况
  1、工程概况
  武汉市轨道交通三号线土建工程第十九标段工程范围为后湖大道站~市民之家站~宏图大道站区间。市民之家站~宏图大道站盾构区间,左线、右线线间距 10~14m,平曲线最小半径 370m;该区间左线设计 1197 环,右线设计 1189 环,工程造价 3.09 亿元。其中左线长度为 1793.7m,区间最大埋深 20m,最小埋深 5.2m。市民之家站西端头井为该区间盾构机始发井,宏图大道站南端头井为盾构机接收井。
  工程于 2013 年 3 月正式施工,采用 Φ6250 土压力平衡式盾构机掘进。截至 2015 年 1 月 2 日凌晨,盾构左线施工至 1122 环 (距市民之家站始发井 1683 米),右线至 819 环。
城市地铁盾构施工事故事件案例_16
城市地铁盾构施工事故事件案例_17
  2、水文地质
  根据地质调查与钻孔揭露,场区内第四系地层广泛分布,厚达 42~63m, 基岩未出露、第四系更新统和全新统底层,从地面至下依次为杂填土、素填土、淤泥、粘土、淤泥质土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、砾卵石夹砂、泥质粉砂砾岩、泥岩。盾构区间主要在淤泥质土、粘土、粉质粘土层中穿越,发生爆炸处盾构机主要处于淤泥质土层中。
  在勘探深度范围内拟建场地地下水类型以上层滞水和孔隙承压水为主。上层滞水主要赋存于杂填中,接受大气降水及周边湖塘渗透补给,无统一自由水面,水位及水量随大气降水及湖塘储水量的大小而波动;孔隙承压水主要赋存于砂土水量丰富,与长江有一定的水力联系,水位变化幅度受长江水位涨落有一定影响。
三、事故经过及应急处置
  1、事故经过
  2015 年 1 月 1 日晚 23 点左右,武汉市轨道交通 3 号线 19 标市民之家站~宏图大道站盾构区间左线盾构推进至 1122 环时(距市民之家站始发井1683 米),盾构机上的固定气体检测仪发生有害气体报警,当班值班技术主管使用盾构机操作室内的便携式气体检测仪进行检查确认有害气体超标,带班领导立即组织隧道内施工人员疏散、撤离,至 23 点 45 分,作业人员全部撤离至地面,并拉闸断电。
  23 点 50 分,带班领导和安全主管携带便携式有害气体检测仪进入隧道进行监测确认,发现螺旋机出土口处甲烷浓度严重超标后,两人于 2 日凌晨1 点 10 分回到经理部。之后,带班领导与盾构机司机再次进入隧道内进行隐患排查。
  1 月 2 日凌晨 2 点 40 分,隧道内突然发生爆炸。经清点,项目部经理助理张××、盾构司机王××2 人失联。
城市地铁盾构施工事故事件案例_18
  2、事故应急处置
  爆炸事故发生后,项目经理部立即向武汉市安监局、建设单位和公司领导报告,同时安排人员佩戴防毒面具及气体检测仪进入隧道探查爆炸情况,搜寻失联人员。但由于爆炸后产生的大量有毒有害气体聚集在隧道内无法排除,搜救人员行走至 500 多环处便无法前行,立即折返报告。
  施工单位主要领导接到事故报告后立即向集团公司报告并带领公司相关领导、人员立即赶赴现场;集团公司接到报告后,分管生产副总经理立即带领局相关部门人员于 2 日下午赶到事故现场,与武汉市应急救援领导小组研究排险搜救工作,指挥城轨分公司开展现场救援工作。
  武汉市领导、市应急办、安监局、住建委等相关部门高度关注事态进展,市政府事故抢险领导小组进驻现场指挥。两次召开现场专家会议,研究排除隧道内有毒有害气体、防止救援期间再次发生爆炸事故和中毒事故、加快搜寻失联人员的处置措施。 
城市地铁盾构施工事故事件案例_19
  在武汉市的领导下,施工单位按照专家论证通过的排除有毒有害气体的应急救援方案,聘请了黄石矿山救援队参与搜救,经过连续 78 小时不间断搜救,1 月 5 日 6 点,在盾构区间 1085 环附近发现 2 名遇难者遗体并运出隧道送往殡仪馆。公司成立了 2 个善后工作组分别接待两名逝者的亲属,事故善后工作也得到快速、平稳解决。
  3 月 15 日,事故现场经清理后恢复施工,4 月 5 日左线隧道正式贯通。
四、事故原因分析
(一)事故直接原因
  1.在设计图和竣工图中左线隧道顶部的管道标注为废弃迁改的天然气管道且标高是在安全范围之内。但实际埋深与其相差较大,比设计图和竣工图中的标注埋得更深,侵入地铁隧道设计限界,被正常施工的盾构机刀片切割,管道内的天然气泄漏进入隧道引发爆炸。
城市地铁盾构施工事故事件案例_20
  2. 施工人员对危险气体认识不足,现场应急处置不当。带班领导带领盾构机司机在没有采取安全措施的情况下,冒险再次进入隧道对危害气体做进一步隐患排查时,突遇爆炸导致人员死亡。
 (二)事故间接原因
  1.天然气公司选用的天然气管道施工单位,在天然气管道施工过程中,质量控制不严格,未考虑拉拔管施工工艺在管道中段可能存在的下扰超深因素,提供的竣工图中与该地铁隧道相交部位的天然气管道埋深与实际不符,实际标高过深。
  2.天然气管道产权单位对该天然气管道的实际位置不掌控,为建设单位提供的天然气管道图纸与实际管道位置不符,导致地铁隧道设计与天然气管道局部相互干涉。
  3.地铁隧道设计单位依据建设单位提供的地下管线资料进行设计时,未能考虑到天然气管道局部实际埋深可能存在比提供的管线资料要深的不利因素,导致设计的市民之家站至宏图大道站区间隧道外轮廓线与天然气管道之间安全间距不足,相互干涉。
  4.盾构法施工经理部施工前未与天然气管道产权单位办理相关安全配合协议,未在现场复核管线情况,在盾构机穿越天然气管道前未报请天然气管道产权单位派员到现场监控。施工前未对管线进行认真调查,未采用竣工图核对管线标高,未在盾构与天然气管线相交点附近挖探沟探明天然气管线实际埋深。
  5.经理部危险源辨识和安全教育培训不到位,人员应急处置能力不足。在穿越天然气管道前,未对可能存在的风险进行有效辨识,未针对天然气管道破损做专项安全技术交底和应急预案,致使当发现有害气体超标报警后,在未向建设单位和政府应急管理部门报告的情况下,冒险再次进入隧道排查险情。
五、事故防范措施
  (一)加强与天然气管道施工单位、天然气管道产权单位及其它地下隐蔽管线、建筑物施工和产权单位的沟通,要求其及时、准确进行管线交底,提供与地铁相关的地下隐蔽管线、建筑物的位置、标高、走向等详细信息。
  (二)加强与建设单位、设计单位的沟通,建议其充分考虑地下管线、建筑物等障碍物对地铁施工的影响和相关资料的不确定性,合理选择安全间距。
  (三)明确安全职责,全员参与管理。建立“党政同责、一岗双责、岗岗有责、齐抓共管”的安全责任体系,谁踩“红线”谁就要承担后果和责任,落实各岗位安全责任,自觉规范施工行为。
  (四)加强地下管线、建筑物等的调查和保护工作。
   1.加强项目的组织领导。城轨分公司委派一名公司副总经理到事故项目兼任项目经理,强化现场管理。项目经理部成立地下管线、建筑物调查保护领导小组,对工程范围内的地下管线(天然气管、供水管、通讯光缆等)、建筑物等进行调查,必要时通过现场挖探坑、探沟,探明地下管线的位置、埋深、走向、结构形式,管线位置,编制书面调查报告,并制定管线保护措施,完善施工方案,明确施工人员、保护人员的岗位职责,加强施工过程安全管理。
   2.学习贯彻国家和工程所在地行业主管部门的有关规定,细化项目管线调查程序,加强与业主、管线或地下建筑物产权单位的沟通联系,及时签订配合施工安全协议书,穿越或临近既有管线施工前,报请产权单位派员到现场监督、配合。
   3.加强项目管理人员及作业人员的安全教育培训工作。重点对有限 空、间、的相关规定进行培训,要求管理人员及作业人员必
须严格执行有限空间作业 “先通风、再检测、后作业”制度,遇到突发事故及时采取有效措施避免事故扩大。
  (五)真正落实风险源辨识评价制度,对新动工的工序必须由项目经理组织生产部门全体人员、经验丰富的(监理、外协队伍等)相关人员,必要时邀请专家,召开风险源辨识评价会,对影响施工安全的风险进行全面分析,保证重大风险源不被遗漏。
  (六)严格执行技术交底和安全技术交底制度,做到所有从事施工 作业的人员 ,都能掌握工序的作业标准、操作要求、存在的危险点和应对措施,提高人员的安全意识。严禁违反设计和施工方案、交底书要求随意施工的行为发生。
  (七)加强应急逃生知识和应急救援知识培训。按照《企业安全生产应急九条规定》等有关规定要求,针对项目重大风险源编制有针对性和可操作的应急预案,做好应急物资、装备、队伍等各项应急准备,适时组织培训和演练,使管理人员、施工人员熟知工程施工和本岗位危险源的管控状况,掌握事故发生的处置方法,切实提高员工应急逃生能力和应急救援处置能力,严禁事故发生后违章指挥、冒险施救。
  (八)严肃责任追究。事故发生后,为教育相关人员提高安全生产意识,切实加强安全生产管理,局对城轨分公司主要领导、分管领导和项目直管领导分别进行了问责和一定的经济处罚,责令城轨分公司给予项目经理、书记撤职处分,对公司机关、项目经理部其他负有责任的相关人员做出了处理。 
案例六:
深圳地铁 11 号线 11303 标盾构脱困事件
一、事故情况简述
  深圳地铁 11 号线 BT 项目 11303 标宝安站~碧海站盾构区间,左线采用“中铁 100 号”土压平衡盾构机施工,盾构自 2013 年 7 月 20日始发,至 11 月 5 日推至 430 环,参数出现异常,并出现喷涌和沉降超限情况,分析判断可能为刀具出现较大磨损所致。
  为探明原因,讨论分析决定开仓检查刀具,为保证盾构开仓时掌子面稳定,地面采取混凝土连续墙+注浆加固措施。在注浆加固过程中,由于距离较近双液浆窜入刀盘周围,导致刀盘被困无法转动。后经多次专家讨论分析制定脱困方案,于 2014 年 2 月 7 日盾构机成功脱困。
二、工程概况及水文地质情况
2.1 工程概况
  深圳地铁 11 号线 BT 项目 11303 标宝安站~碧海站盾构区间起止里程为 YCK21+380.2~YCK24+437.8,区间全长为 3057.6 双延米,采用土压平衡盾构法施工。区间盾构施工自碧海站始发,往小里程方向掘进,经中间风井过站后,掘进至宝安站接收井吊出。
城市地铁盾构施工事故事件案例_21
2.2 水文地质情况 
  1)水文情况:
  区间地表水系发育,隶属珠江三角洲海口水系。工程沿线地下水位埋深约 3m,且地下水与附近海水连通,水位受潮汐影响较大,地下水盐分含量高。
  2)地质情况:
  区间隧道埋深 10~18m,盾构被困段隧道埋深 15m,穿越地层为全断面粗砂④10、砾砂④11 地层,属强透水性地层,渗透系数分别为 8m/d、10m/d,含水率 20%~26%。
  区间主要地层分布如下:上覆地层:人工填土、填块石,淤泥、淤泥质粘土,含有机质砂层,粉质粘土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂层。穿越地层:主要为粘土、砾砂、含有机质砂、淤泥质粘土层;
城市地铁盾构施工事故事件案例_22
三、事故经过及应急情况处理
3.1 被困前掘进情况
  左线采用“中铁 100 号”土压平衡盾构机施工,左线自 2013 年 7 月 20 日始发,月掘进进度为 220m。至 390 环进入全断面砂层地层,440 环进入 5#联络通道加固范围。
  左线掘进 390 环前,盾构穿越主要地层为粘土层及砂层,掘进速度 40~60mm/min,推力 800~1200t,扭矩 900~1200kN•m,各项参数均控制正常。进入 390 环全断面砂层后,盾构出现载头现象,且平均速度有所下降,为 30~45mm/min,平均推力增大至 1200~1600t,扭矩 1200~2500kN•m,且波动较大,在掘进第 409、410 环时出现超挖及喷涌现象,并导致地面沉降超限(-50mm)。
  推进到 430 环,推力逐步增大至 1600t,扭矩达 2500~4000kN• m,速度在 8~30mm/min 区间波动。进入 5#联络通道加固区后,推力1700t,速度仅为 4mm,初步判断刀具出现较大磨损,可能是边缘刮刀及滚刀磨损,导致开挖半径变小,或者是正面刀具被包裹糊住产生偏磨,经讨论分析,决定在 5#联络通道位置开仓检查刀具。
3.2 开仓前加固
3.2.1 第一次加固方案
  由于受征拆及地下雨水管影响,围挡宽度不足,原 5#联络通道加固范围仅与隧道边线同宽,同时,该段为全断面砂层,地下水压高,透水性强,旋喷加固效果较差。为此,我部在刀盘前方贴近加固区位置施作一道 800mm 厚素混墙,宽度 9m,右侧再采用后退式注浆进行补强。加固平面图如下: 
城市地铁盾构施工事故事件案例_23
  刀盘切入素混墙约 350mm 后进行降压,现场实际操作过程中发现, 土压自 1.2bar 降至 0.6bar 后,约 5 分钟后又迅速升至 1.2bar,仓内无法维持在欠压状态,初步判断可能为后方水前窜至土仓,或刀盘切口环周围涌水所致。
3.2.2 第二次加固方案
  第一次加固方案实施后,经多次尝试仍未能达到开仓条件,在咨询广州、深圳盾构施工有关专家、上报南方公司后,决定在刀盘前方再施作 3 面素混墙,待盾构推入素混墙后进行开仓。
  即在第一面素混墙基础上,前方再施作 3 面素混墙,形成矩形框,框内砂层土体采用后退式注浆(双液浆)进行加固,纵向加固范围为隧道底 2m、隧道顶 3m。
  由于盾构周围为砾砂层,停机注浆期间为防止盾构被困采取了以下措施:
  1、盾体周围注入高浓度膨润土溶液,防止砂层抱死盾体;
  2、盾尾管片及盾体径向孔注入聚氨酯,形成止水环箍;
  3、土仓内注入膨润土保压,并间歇注入膨润土进行置换;
  4、每十分钟转动一次刀盘,防止刀盘被困。
3.2.3 注浆导致刀盘被困
  11 月 5 日下午 5 点半,土仓压力迅速上升至 4bar,遂立即通知地面停止注浆,并通知左线作业队往土仓内注入膨润土进行出渣置换,至下午 6 点刀盘已经无法转动,最高扭矩达 5000kN·m。
  11 月 5 日晚,螺旋机出土后,中部、上部显示土压较大,底部压力为零,初步判断仓内浆液已经凝结。期间多次尝试启动刀盘,仍无法转动,最终决定开仓检查。
  注浆布孔情况如下: 
城市地铁盾构施工事故事件案例_24
3.3 开仓及换刀情况
  观察土仓压力稳定后,启动开仓事宜,仓门打开后,发现土仓内满仓均为水泥浆与膨润土的混合凝结块,于是清理土仓内结块,累计清出渣块约 12m³。土仓内水泥块清除后,观察掌子面稳定无渗漏水情况,大部分滚刀均发生较大磨损。经分析判断,现状具备敞开式换刀条件,于是决定先更换刀具,再处理刀盘脱困。整个换刀过程较为顺利,累计更换滚刀 26 把,其中正面滚刀 20 把,边缘滚刀 6 把。
城市地铁盾构施工事故事件案例_25
四、注浆抱死刀盘原因分析
  1) 素混墙施工时可能发生塌孔鼓包现象,导致刀盘实际切入素混墙深度大于理论的 35cm。
  2) 注浆时,浆液从素混墙接口或者底部窜入到刀盘间空隙内,完全填充密实,导致刀盘与素混墙固结成整体。
  3)刀盘未切入素混墙部分,如切口环位置,被水泥浆包裹,导致刀盘束缚力增大被困。
  4)刀盘在加固区原地长时间旋转,加固体内及切削素混墙产生的浆块被磨成粉末,发生二次水化后在刀盘周围重新聚集,造成对刀盘的束缚。
  5)素混凝土墙接口位置没有采用型钢接口形成封闭,素混凝土墙不能入岩,导致注浆过程中浆液从接口及素混凝土墙底部窜到刀盘位置。
  6)项目部注浆前召开了专项会议,专家也对注浆存在的风险作出预判,项目部针对填仓风险采取了膨润土置换及刀盘定时转动措施,只是在土仓压力快升高时带来的风险预见性不足,出土泄压置换响应不够迅速。
城市地铁盾构施工事故事件案例_26
五、盾构脱困的处理措施
  刀盘被困期间,多次通过伸缩推进油缸、加压后退、正反转刀盘等方式尝试脱困均无效,最高刀盘扭矩达 7000kNm。随后地面采用高压水切割、深孔钻松动、旋挖钻等辅助措施均无明显效果,最终通过地面帷幕加固,降水后人工进仓清理脱困,过程如下:
5.1 措施一:
仓内高压水切割
  由于刀盘已切入素混墙约 35cm,水泥浆窜入后将刀盘与掌子面间空隙填充,刀具嵌入素混墙内被卡住。因此,刀具更换完毕后,采用 500bar 高压水枪对掌子面进行切割剥离,确保刀盘正面与掌子面分离,减小刀盘转动时的阻力。
  完成刀盘正面的清理后,自上而下开始切割切口环位置,由于切口环处缝隙较小(约 3cm),有效切割范围十分有限,且存在较大安全风险,在切割上部及中部位置时,出现涌水,尝试用棉絮堵水,没有成功,且水量加大,为安全起见,立即退出土仓关闭仓门。
城市地铁盾构施工事故事件案例_27
5.2 措施二:
地面潜孔钻破除
  完成仓内清理后,基本可判断切口环周围已经被水泥浆包裹,于是采用潜孔钻对切口环上方及两侧浆块进行凿除松动,地面精确测量放出盾构机位置后,沿切口环横向按 30cm 间隔钻孔,标高至盾构机顶部,钻孔时盾构人仓内安排专人进行值守,判断钻孔位置和是否碰到盾体。由于盾构埋深达 15m,地下存在填石、地基处理桩等,且切口环距离素混墙较近(素混墙可能有鼓包),虽然地面进行了精准的测量放线及垂直度控制,但钻孔钻入盾构位置时仍发生较大偏差,鉴于此,增加潜孔钻至三排,基本对前盾及刀盘范围进行处理。多次启动刀盘时仍旧无法转动,分析原因可能为:钻孔偏孔,导致有效的破除不足。 
城市地铁盾构施工事故事件案例_28
5.3 措施三:
地面高压水切割
  在对切口环周围范围进行潜孔钻清理后,再使用旋喷机喷射高压水对包裹刀盘的浆块进行清理,水压约 20Mpa,沿盾体两侧至相应隧道底标高。实际钻孔过程中出现类似潜孔钻的偏孔情况,最终完成两侧切割后刀盘仍旧无法转动,分析原因可能为:有效切割范围有限。
5.4 措施四:
旋挖钻处理
  通过旋挖钻破除素混墙,以达到脱困目的。实施过程中顶部及两侧墙体已基本清除,同时,在刀盘前方旋挖形成一道临空槽。但刀盘正面及底部素混墙无法清除,尝试加大推力推进整体脱困,推力达3200t、刀盘扭矩 7000kN.m,未能脱困。
城市地铁盾构施工事故事件案例_29
5.5 措施五:
人工挖仓脱困方案
  由于地面处理措施均未取得明显脱困效果,现阶段加大推力强行推进的情况下,极可能对盾构刀盘主轴承造成较大损伤,为此,在综合考虑设备性能及区间后续施工组织安排,计划采用地面加固然后人工进仓处理的脱困方案。
5.5.1 总体方案说明
  结合刀盘前方已有 3 面素混墙的现状,在盾构两侧及盾尾后管片位置施工一圈止水帷幕墙,然后将帷幕墙内刀盘周围土体进行加固,并辅助降水井降水,最后通过人工进仓清出刀盘,达到脱困目的。同时,综合考虑后续右线进入此段的换刀施工,以及 5#联络通道矿山法暗挖施工,本次搅拌桩帷幕施工范围进行了扩大。
城市地铁盾构施工事故事件案例_30
5.5.2 施工顺序
  场地清理→刀盘前方槽段清理→水下砂浆灌注换填→三轴搅拌帷幕施工→洞内止水环施工→降水井施工→开仓人工清理→刀盘正面清理→刀盘周边清理→盾体脱困→恢复掘进。
5.5.3 施工方法
  1)砂浆换填
  由于前阶段旋挖钻破除素混墙及临空槽施工,在刀盘前方、上方及两侧已形成空槽,通过清理该部分空槽,然后采用 M10 砂浆水下灌注进行换填。砂浆灌注前土仓内需注入高浓度膨润土,防止砂浆进入土仓,灌注过程中根据土压及时补充膨润土并转动、收缩螺旋机,防止砂浆窜入土仓致使螺旋机被卡。
  2)三轴搅拌
  桩围幕墙施工围幕墙采用单排φ850mm 三轴搅拌桩施工,底部深度 23-25m,入 风化岩层约 1m,平面范围覆盖右线隧道,形成完整封闭,便于后续右线换刀及联络通道施工风险控制。局部接头位置采用旋喷桩进行加强封闭。
城市地铁盾构施工事故事件案例_31
  3) 洞内及地面
  注浆为加强管片底部止水效果,在帷幕对应位置,即第 435~439 环采用φ40 钢花管径向注浆,通过打开吊装孔进行注浆,钢花管插入全风化层 50cm。钢花管注浆前先进行二次注浆,形成止水环。同时,从地面对管片与两侧帷幕桩之间采用后退式注浆进行补强。 
  为降低围幕内水位,减小水压,确保开仓过程中不发生涌水,围幕内设置 3 口φ600mm 降水井,帷幕外 5 口φ600 降水井辅助降水。
城市地铁盾构施工事故事件案例_32
4) 降水井施工
  为降低围幕内水位,减小水压,确保开仓过程中不发生涌水,围幕内设置 3 口φ600mm 降水井,帷幕外 5 口φ600 降水井辅助降水。
  5)人工进仓
  处理待地面帷幕加固及降水施工完成后,监测水位变化、降土压观察仓内压力变化情况,判断仓内稳定后开始开仓作业。先清理土仓内渣土,然后采用风镐、电镐等轻型设备凿除刀盘前方素混墙,凿除顺序自上而下,碎渣通过螺旋机运出。待刀盘前方凿出 0.8~1m 空间后,自上而下凿除刀盘侧面水泥浆,直至露出切口环。
城市地铁盾构施工事故事件案例_33
  6)实际清仓情况描述
  开仓后,先冲洗刀盘,将刀盘开口、刀箱内的渣土稀泥清除,然后用方木和模板铺设平台,创造有利的作业条件。凿除时,先从最上部刀盘开口处用风镐将素混墙凿除,进深 1m,然后往两侧扩孔,直至人能进入到刀盘前方,凿除过程中注意观察刀盘前掌子面的稳定情况。开始凿除时由于空间小,不便于作业,加上素混墙强度达 25~30Mpa,凿除进度很慢,前三天连续施工仅完成 11 点到 1 点钟范围的凿除。继续扩大工作面后,可两人同时在刀盘前作业,进度有明显加快。清理出的砼渣弃入土仓,利用螺旋机外运。 
城市地铁盾构施工事故事件案例_34
  自上而下清除约 2m 高时,对正面掌子面进行支撑加固,防止发生坍塌,支撑体系主要采用方木和模板,模板与土体见空隙用小模板垫实。正面素混墙清除后随即清理侧面至切口环位置,直至解除所有刀盘束缚。
  清除刀盘 3~9 点以上范围后,尝试转动刀盘利用自身扭矩脱困,扭矩达 7000kN·M 仍无效,于是继续往下清理。2 月 7 日清理剩余底部 1.1m 时,再次尝试转动刀盘,扭矩 6000kN·M 时刀盘顺利脱困。
城市地铁盾构施工事故事件案例_35
城市地铁盾构施工事故事件案例_36
  清理过程中,刀盘与素混墙间水泥浆块较多且有一定强度,素混墙墙体砼强度达 25~30MPa,风镐凿除较为困难,而刀盘切口环位置并无太多浆块,铁镐即可松动。总体判断本次刀盘被困主要是因为双液浆将刀盘与素混墙间空隙填充密实,固结成整体,尤其刀盘边缘处被固结卡死后对刀盘转动造成过大反力。
  7) 盾体脱困根据前阶段地面注浆情况及试推时推力达 3000t 的情况,加上停机时间长达 3 个月判断,盾体可能被困。
  盾体脱困主要措施如下:
 (1)铰接及盾尾保护:本次脱困主要考虑采用设备自身千斤顶脱困,脱困推力可能达到正常掘进的 2~3 倍,脱困时强制推进可能对铰接油缸及盾尾密封造成损伤,因此,脱困推进前,应将盾尾与中盾用钢板进行焊接,形成刚性连接,钢板焊接时注意避开管路。 
  (2)管片保护:当大推力推进时,由于应力集中千斤顶易对后方管片造成破损,因此,需在管片与千斤顶之间安装一道钢环,钢环由 30mm 钢板制作,尺寸与管片截面相同,同时对盾尾附近 5 环管片的螺栓全面进行复紧,测量盾尾间隙,与脱困推进时盾尾进行对比,观察盾尾与管片关系变化趋势。
  (3)盾体润滑:通过从盾尾注入高浓度膨润土对盾体周围进行润滑,同时通过超前注浆孔、盾体上预留径向孔注入润滑油,对盾体形成包裹、润滑,减小地面处理、旋喷注浆等对盾构的影响。
  实际盾体脱困情况描述:
  完成脱困准备工作后,开始加大推力推进,刀盘转速 0.8r/min, 当推力增加至 1300t 时显示速度为 1mm/min,后续逐步按每次 200t阶梯式增大推力,至 2200t 时,速度可达 3~6mm/min,判断盾体已经脱困。整体评价本次停机期间盾体并未明显被困,前期加固阶段对盾体的保护措施效果比较明显,地面注浆未对盾体造成明显包裹。
六、注浆抱死盾构的预防措施
6.1 盾构附近注浆参数的控制
  本次注浆加固在工法选择时结合场地条件和设备资源组织,主要考虑后退式注浆及双管旋喷注浆两种,工法比选过程中综合评价区间其他工点双管旋喷在富水砂层的加固效果不理想,最终选择后退式注浆。
  后退式注浆属静压注浆,即钻杆到达设计深度后开始自下往上提杆,边提杆边注浆,每次提升高度 40~50cm,注浆量根据注浆压力及计量浆液体积的方式控制。注浆压力根据深度宜控制在 0.3~0.5Mpa,水灰比 1.2~1.5,双液浆初凝时间宜控制在 25~45s 范围。注浆采用“多孔、少量、速凝”的原则。注浆期间应当观察土仓压力的变化,间歇性转动刀盘,注浆距离越近,转动频率相应提高,若土仓压力出现明显上涨,应持续转动刀盘并尽快置换土仓内膨润土。
6.2 注浆期间盾构的保护措施
  盾构机周围注浆时,由于超挖在盾体周围形成空隙,同时周边土体被扰动形成新的裂隙,容易成为浆液流动的通道。为此,注浆前应采取措施对盾体进行保护。
  1)在盾体周围注入高浓度膨润土,填充盾体与土体间的空隙,在其周围形成一道保护泥膜,可减小因长时间停机或注浆窜浆造成盾体被困的风险。膨润土宜选择膨化性较好的钠基膨润土,使用前进行充分发酵。
  2)在盾尾后的管片及盾体径向孔注入聚氨酯、油脂、丙凝等材料,能形成环向止水环,防止浆液的前后窜流。聚氨酯、丙凝注入时应根据其材料的吸水凝固时间进行控制,间歇性注入,防止出现聚集不均匀现象,从而达不到止水、止浆效果。
  3)土仓内采用膨润土保压,并通过转动刀盘进行搅拌,减小土仓底部沉渣现象。注浆期间土仓压力宜高出理论压力值 0.3~0.5bar,并间歇性进行补充膨润土保压,避免出现欠压现象。发现压力上涨时加快刀盘转动频率,并及时排渣观察是否出现窜浆,若发生窜浆,应立即停止注浆,并补充新鲜膨润土进行置换,洞内保持水平运输、膨润土注入设备正常。
6.3 化学浆液的选择与使用
  与水泥浆相比,化学浆具有固结快、吸水性强、强度低等特点。如磷酸-水玻璃双液浆是一种对砂层有较好固结止水效果的工法,且浆液渗透能力强,固结速度快,整体稳定性较好,通过注浆加固形成一道有效的帷幕止水固结带,固结体强度低,不会对盾构造成较大束缚。
  浆液参数控制:浆液配制以磷酸、水玻璃为主要制浆原料,40Be’水玻璃、85%磷酸;注浆前先将水玻璃与水 1:1 稀释成水玻璃溶液,磷酸与水 1:10 稀释成磷酸溶液,然后两种溶液以 1:1 的比例进行土体加固注浆。采用“分级升压法”进行注浆压力控制,即压力由低到高逐渐提高,间歇式注入,最终达到设计压力。
  通过现场试验,按照上述配合比该磷酸-水玻璃化学浆能对富水砾砂层快速进行胶结,可作为短期注浆止水的工法选择。
6.4 换刀点的提前加固与工法选择
  本次注浆导致刀盘被困,部分原因是因为仓促施工所致。原 5#联络通道加固区范围由于地下管线、地质、交通疏解等因素,未达到设计要求的范围,以致盾构到达后效果不佳需再进行补强。同时,在注浆工法选择上,应结合地质特征多考虑三轴搅拌桩、三管旋喷、袖阀管注浆、化学浆等控制性较好的加固工法。
6.5 加强地质补勘
  地铁工程中详勘钻孔间距一般在 30~50m,局部范围难以精确反映实际地层情况,因此,在盾构换刀、联络通道等特殊位置需进行补勘,准确掌握地层的特性,以便结合地层制定更合理的预处理措施。地层加固处理后应及时进行取芯检查,效果未达预期的情况下及时进行加强。
扫码加入筑龙学社  ·  路桥市政微信群 为您优选精品资料,扫码免费领取
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2019-10-21   |  只看该作者      

2

想获得更多路桥市政干货,赶快扫码加入QQ群吧!

城市地铁盾构施工事故事件案例_1


你僾硪麽

  | 路桥市政

3 关注

35 粉丝

0 发帖

0 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
入群
扫码入群
马上领取免费资料包
2/20