盾构隧道工程事故案例分析和风险控制

盾构隧道工程事故案例分析和风险控制1、最近的隧道工程事故实例1.1、南宁地铁隧道工程坍塌事故南宁地铁1号线土建7标动物园站-鲁班路站区间位于大学东路城市主干道下，采用盾构法施工。区间线路主要穿越强透水圆砾地层。2014年10月7日，由广东华隧建设股份有限公司承建的南宁地铁1号线7标，在鲁班路站至动物园站区间左线隧道二号联络通道加固区，工人进入盾构端部的土压舱进行换刀作业；21:57，盾构土压舱发生土体坍塌事故，事故造成1人死亡、2人失踪。事故发生地点位于地下20米处，通往人员被困的土舱只有一个通道，目前有一道闸门关闭着，如果贸然打开闸门，泥水势必会冲进隧道，危及抢险救援人员的生命安全，而且还会形成大量的地下泥水流失，极易诱发再次的坍塌，导致路面塌陷及周边的房屋受损等次生灾害。南宁地铁11日9时35分接到事故情况报告，即赶赴现场组织抢险救援。公安部门11日下午对现场人员询问调查，事故造成1人死亡、2人失踪。已对相关责任人进行控制。同时，迅速组织武警水电一总队11日16时30分左右采用生命探测仪探测，判断塌方体内已无生命迹象。目前，“两专一特”抢险队伍（两个专业救援队伍和特种注浆队伍）已做好充分准备，待专家确定方案后立即开展搜救抢险工作。公安部门已对施工单位相关责任人进行控制，将依法依规严肃处理。事故发生后，已全面加强地面、井下监测工作，及时观察地面沉降和结构变化情况。已邀请专家讨论抢险修复方案，拟采用冻结法加固盾构端部土体，再开仓搜救和修复。事故原因分析：盾构加固区不密实，未能有效止水，导致开仓后高水压引起泥砂冲人土仓，把作业工人埋葬。1.2、杭州地铁4号线施工致富春路塌陷2014年04月24日下午1点，富春路与市民街交叉口路面发生塌陷。原因为盾构施工造成水土流失。面积30平方米。在盾构隧道掘进前会对土层进行冰冻。塌陷是因为盾构进洞时产生的热量将冰冻的土层部分融化，水土流失导致。1.3、青岛地铁路面施工发生塌陷2011.7.17早晨，青岛京口路和重庆中路交口处，地面出现了大面积的塌陷。事发后，周边各种机械设备在紧张作业，施工人员也在快速向塌陷坑内填水泥沙石。周边路段已经被围挡或警戒线封闭，警车、消防车在现场待命。地铁指挥部、地铁公司领导在现场指挥抢险。1.4、天津地铁2号线隧道淹水事故2011年5月6日,天津地铁2号线天津东站-建国道区间隧道右线盾构掘进施工中,因施工不当,螺旋输送机发生喷涌,导致右线隧道沉降变形渗漏水,并用向左线隧道也发生沉降变形渗漏水;为防止事故扩大,2隧道采用封堵灌水,使隧道稳定;隧道最大埋深26m,盾构穿越地层为粉砂,有承压水,隧道在五经路地道下穿越,切削了水泥土维护墙;右线隧道最大沉降103cm,左线隧道最大沉降30cm.隧道现状分区图部位Ⅰ区（坝内严重受损区域）Ⅱ区（坝内轻微受损或未受损区域）Ⅲ区（坝外区域）五经路地道外五经路地道下左线190环-214环215环-223环224环-241环1环-189环右线180环-203环204环-206环及盾构主机16环-179环1环-15环合计61环，70.8m182环，218.4m204环1998年广州地铁一号线8.8km隧道采用3台盾构掘进施工因盾构对风化岩石地层施工的不适应性，在陈家祠～西门口区间遇到白垩系三水组、强度为20～44MPa的砾砂岩时，在80m范围内，先行刀较快的磨耗，导致51%的刮刀被损坏。同时土压盾构更容易结泥饼，扭矩配置太低掘进速度低刀具磨耗严重地表沉降大出现泥饼现象导致三栋3～4层楼房倒塌广州地铁1号线盾构施工广州地铁二号线采用6台复合型土压盾构施工刀具配置不合理，刀具凸出刀盘面板层次不协调，装备扭矩不足。导致盾构掘进速度慢，刀盘经常形成泥饼等。广州地铁2号线工程广州地铁三号线在上软下硬地层掘进异常困难，导致地表房屋大量损坏，最大裂缝宽达12cm。防洪堤坍塌防洪堤坍塌房屋开裂地表下沉广州地铁三号线工程广州地铁三号线某刀盘局部解体事件设计和制造风险－结构、功能、刀具、开口率等。某刀盘刚度不足，中心部位凹陷广州地铁四号线刀盘刀具磨损严重，500m的过江段施工，带压换刀12次，月均进度仅72.3m修复刀盘刀盘磨损严重开挖横通道广州地铁4号线工程施工中遇到上软下硬和孤石侵入隧道等地质突变，导致刀盘面板被磨穿；滚刀严重的弦磨和损坏；所有切刀刮刀损坏。深圳地铁一号线2.1高雄捷运橘线LUO04隧道时间：1993年5月29日22：30地点：大勇路大仁路路口工况：上行盾构进洞施工影响情况：洞圈渗漏造成地面沉陷，影响范围约40~50m，深度约1.5m，且临近房屋出现倾斜。2.盾构施工事故和风险控制2.2台北地铁某通风竖井涌水、涌砂事故1981年4月，台北地铁某通风竖井发生涌水、涌砂事故。该通风竖井为内径23.6m之圆形断面结构，井深35m，井壁为1.2m厚的连续墙，连续墙深度为64.5m，竖井与盾构隧道间采用柔性连接。事故经过：当天上午，正在施工洞口防水层时，隧道扩挖处右侧仰拱部出现大量涌水，施工人员立即设法止水，但水流量及水压甚大而无法遏制，竖井周围土壤随涌水不断流入井内，并沿已施工完毕的隧道线倒灌至邻近的接收井，造成土壤流失及地层下陷。据调查，影响范围为通风井南侧57～75m之间，六栋房屋受损，临近管线破坏，路面产生裂缝。而工程本体已完成的上行隧道有23环遭挤压、变形，通风竖井、已完成线上下行隧道及邻近的接收井遭水土淹埋。7号线工程12B标段,即浦江南浦站～浦江耀华站～长清路站～耀华路站区间隧道工程。浦江南浦站～浦江耀华站上行线全长1739.358m，计1449环下行线全长1732.725m，计1436环盾构需穿越中间风井（1）工程情况工程背景黄浦江中间风井2.37号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故该风井进出洞全断面均在砂质粉土内，⑦层灰绿色砂质粉土中的承压水与⑤2层中的微承压水有水力联系。（2）风井地质情况①1杂填土①3冲填土②3灰色粘质粉土④灰色淤泥质粘土⑤2灰色砂质粉土⑤3灰色粉质粘土（3）盾构施工情况中间风井浦江南浦站侧浦江耀华站侧工程采用两台盾构机同向推进施工，先后进入中间风井，再出洞向浦江耀华站推进。风井周边建筑物较少，采用气压沉箱法进行施工，过江煤气井距离风井出洞处约32m，距离煤气管约46m平面尺寸25.24m×15.6m地面标高为+6.0m隧道中心标高-14.8隧道中心埋深20.8ｍ（4）中间风井情况（5）气压沉箱（6）中间风井施工效果中间风井分为五个隔舱，四个隔舱填水增加自重，抵抗沉井阻力。气压舱内有遥控挖机，挖土后，通过气压维持开挖面稳定，同时进行上部结构施工。在浇注底板时仍维持0.25MPa的气压，直至底板养护结束。出土遥控挖臂挖土，气压维持土体稳定。水仓挡墙盾构进洞加固方案确定根据中间风井的实际情况，针对性的采取进洞地基处理措施。主要采取注浆+冻结的加固方案。①注浆加固考虑风井气压沉井后周边土体扰动且沉降较大，因此先实施地面注浆措施。盾构中心线槽壁地面注浆地面注浆布孔示意图单侧进洞区域注浆施工6天，累计注浆量多达40m3。盾构进洞加固方案确定②冻结加固风井处盾构进洞地基处理主要依靠冻结法。冻结法分垂直冻结和水平冻结，其中垂直冻结为主，加固洞圈外土体；水平冻结为辅，辅助封闭洞圈底部土体。垂直冰冻3.1m12.7mA.积极冻结达到34天。B.检测冻结区厚度大于3.1ｍ，冻土平均温度低于-10℃。C.10个样洞情况良好，无渗漏情况，满足进洞要求。积极冻结施工洞门样洞及混凝土表面冻结效果③加固效果盾构进洞事故1月4日15：15，盾构鼻尖距风井外井壁30cm，洞门混凝土剩余300mm。洞门中心大量高压气体喷出，持续约3、4分钟后，变为泥水涌出。下行盾构切口距离井壁30cm上行盾构切口距离井壁66m中间风井盾构进洞相对位置洞门喷涌（录像）①事故现象盾构进洞事故①事故现象洞圈喷涌后地面迅速沉降。盾构姿态及隧道高程发生变化。洞门喷涌后地面沉降盾构进洞事故②应急抢险措施A.拟焊接钢板堵漏，但洞门为素混凝土，无法封堵牢固；B.压注双液浆、聚胺脂，效果并不明显；C.随着渗漏加剧，洞门混凝土板块发生开裂迹象。洞门封堵洞门渗漏盾构进洞事故通过隧道内监测，盾构也发生下沉，同时考虑防止隧道上部土体继续流失，在地面也实施注浆。F.盾构机内和地面注浆。地面注浆盾尾内注浆7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故②应急抢险措施抢险29小时盾构变化曲线事故发生盾构沉降采取措施后短暂稳定险情反复盾构突沉加强措施后盾构稳定事发后6小时事发后11小时事发后18小时事发后29小时盾构进洞事故7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故②应急抢险措施盾构进洞事故③事故原因分析A.由于该风井下沉后期对周边土体扰动较大，土体扰动后再冻结的加固效果存在一定问题。B.风井气压沉箱封底时，在下部仍有压缩气体未完全排出，造成冻结时存在局部薄弱区域。C.沉箱法风井刃脚插入土体深度较浅，承压水渗流路径较短以及刃脚附近存在残留砂垫层，渗透系数大，因此形成渗漏通道后，水流补给极快。7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案①施工措施A.地面注浆，进一步加固扰动地层。B.设置降水井，在冻结到达效果后盾构进洞时开启，降低地下水位，减少洞圈渗漏的可能性。平面位置降水井地面沉陷区示意中间风井注浆区域7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案C.事故盾构采取液氮冻结加固，另一盾构维持盐水冻结。通过冻结加固洞圈外土体，为洞门凿除提供条件。事故盾构液氮冻结范围27.3m1.1m2.1m12.4m①施工措施7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案②施工流程主要采用措施：7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故（1）抢险时井内的回水回土；（2）原盐水冻结管拔除；（3）液氮冻结管打设；（4）液氮冻结施工；（5）液氮冻结达到要求后第一次排土排水；（6）洞门凿除；（7）第二次回水回土；（8）液氮冻结管拔除；（9）盾构推进进洞；（10）洞圈环管冻结；（11）环管液氮冻结达到要求后第二次排土排水；（12）排土至洞圈时，同步封堵洞圈。封堵后，进洞施工完成。盾构进洞恢复方案③加固措施效果A.液氮积极冻结10天后，到达设计要求。B.盐水冻结35天后，到达设计要求。C.降水井单井及群井降水试验，达到设想效果。液氮冻结施工土仓胸板冻霜7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案④井内排土抽水泵抽水抓斗排土在到达加固效果后，开始实施井内首次排水排土。7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案⑤洞门处理井内首次排水排土后，洞门情况良好，加固效果到达预期效果。洞门凿除加固效果7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案⑥井内二次回土及洞圈冻结洞圈液氮冻结管回水回土示意图7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故盾构进洞恢复方案⑦盾构进洞排土后盾构机暴露状况两台盾构耗时118天后顺利进洞。18天后首台盾构从风井出洞。7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故风井出洞段事故在距离盾构离开后171天，上行线隧道出洞洞门的左下角突发漏水现象。在发现漏水现象后，立即在隧道内压注聚氨脂，并按相关流程进行上报，并按应急预案启动抢险措施。洞圈渗漏示意图由于周边水土流失隧道产生变形并局部破损①事故现象7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故风井出洞段事故②应急措施A.出洞段增加槽钢拉条，架设隧道支撑。隧道内钢支撑7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故风井出洞段事故②应急措施B.在隧道内压注聚氨酯进行封堵。C.地面打孔在隧道两侧压注聚氨脂。隧道内压注聚胺脂地面压注聚胺脂7号线工程12B标段中间风井盾构进出洞风险事故风井出洞段事故③抢险效果险情发生后立即展开抢险工作，在耗时9个小时后，洞圈渗漏点及隧道沉降等情况得到控制，沉降变化区域稳定。随后及时施工隧道井接头，彻底排除风险。井接头施工7号