盾构隧道工程事故案例分析1

盾构法隧道工程事故案例分析及风险控制

上海市土木工程学会

傅德明

盾构法隧道已经发展到十分先进和安全的技术,但是由于地质水文条件的复杂性,或由于施工操作的错误,还存在许多风险,近年来,我国的盾构隧道工程也出现一些工程故事,因此, 隧道工程的安全和风险控制十分重要.

1、盾构法隧道工程事故分析和风险控制

1.1 南京地铁盾构进洞事故

事故描述：

1.工程概况

南京某区间隧道为单圆盾构施工，采用1台土压平衡式盾构从区间右线始发，到站后吊出转运至始发站，从该站左线二次始发，到站后吊出、解体，完成区间盾构施工。

该区间属长江低漫滩地貌，地势较为平坦，场地地层呈二元结构，上部主要以淤泥质粉质粘土为主，下部以粉土和粉细砂为主，赋存于粘性土中的地下水类型为空隙潜水，赋存于砂性土中的地下水具一定的承压性，深部承压含水层中的地下水与长江及外秦淮河有一定的水力联系。到达端盾构穿越地层主要为中密、局部稍密粉土，上部局部为流塑状淤泥质粉质粘土，端头井6m采用高压旋喷桩配合三轴搅拌桩加固土体。

2. 事故经过

在盾构进洞即将到站时，盾构刀盘顶上地连墙外侧，人工开始破除钢筋，操作人员转动刀盘，方便割除钢筋，下部保护层破碎，刀盘下部突然出现较大的漏水漏砂点，并且迅速发展、扩大，瞬时涌水涌砂量约为260m3/h，十分钟后盾尾急剧沉降，隧道内局部管片角部及螺栓部位产生裂缝，洞内作业人员迅速调集方木及木楔，

对车架与管片紧邻部位进行加固，控制管片进一步变形。仅不到一小时，到达段地表产生陷坑，随之继续沉陷。所幸无人员伤亡，抢险小组决定采取封堵洞门方案。3．处理措施

抢险小组利用应急抽水泵排除积水，同时确定采取封闭两端洞门的方案，在该车站端头外层钢筋侧放置竹胶板，采用编织袋装砂土及袋装水泥封堵，迅速调集吊车及注浆设备进场，采用钢板封堵洞门；始发站洞内积极抢险，利用方木对车架与管片进行支顶，在无法控制抢险的情况下安全撤出作业人员，在洞内进行袋装水泥挡墙施工，共用水泥90t，码砌过程中有局部渗水，为确保挡墙稳固，决定在始发站洞口堵封，之后开始拆除洞口钢轨。

第二天，盾构到达车站端头继续洞门钢板封堵，并及时浇筑混凝土34m3,在钢板背面架设工字钢作为斜支撑；根据地表沉降情况，调集设备进行地表注浆加固。始发站洞口施工袋装水泥挡墙，利用管片小车用龙门吊吊运到井下，人工码砌并开始加工钢筋网片及模板。

第三天，接收车站端头2根型钢支撑已全部架好，继续向已封堵好的钢环内浇灌混凝土。但钢环下部又出现漏水、漏砂现象，现场组织人员用袋装水泥、棉被堵漏，并增加水泵抽水，晚上安装2根钢支撑，井下立模浇筑右线盾构井2m高范围内混凝土。

之后几天，始发站水泥挡墙施工完成，安装钢筋网片及模板，纵横向设置型钢支撑。端头井两侧继续钻孔并注双液浆，右线端头浇筑混凝土，地表沉陷处土方回填，端头井左侧立模。后向洞内注水，注水速度为51m3/h，并用聚氨酯堵漏。

事故发生10日后，接收车站端头部位继续浇筑混凝土，险情得到有效控制。

1.2广州地铁泥水盾构越江施工塌方处理

广州地铁3号线沥～大区间隧道工程（地质剖面图见图1）采用2台泥水加压平衡盾构机施工，盾构直径φ6260mm。盾构自南向北推进，穿越宽312m的三枝香水道，江底隧道覆土厚度为7.4m -8.6m。河水深度在涨潮时为6.5m，在退潮时为4.7m。大部分掘进的断面为上软下硬地层，岩石（中风化岩层）的抗压强度为7.0～8.3MPa。

左线盾构机于2004年9月5日凌晨1:20刚刚进入江面时（切口741环，以下环号皆为切口环）发生塌方事故，范围约8m×8m，同时造成河堤下陷。立即采用以下措施：

1、对塌陷区回填C20水下混凝土130m3；

2、采取堆筑沙包、安装钢支顶等措施进行江堤加固防止块石塌落。

3、24h值班对塌方区进行地表观测；

4、由于左右线中心距16m，对右线靠近左线侧采取隧道内补充注浆和隧道内位移监测；

9月6日20：353，待回填砼初凝后，重新启动盾构。

9月13日凌晨，掘进至744环，有发生第二次江底塌方，范围11m×5m，停机。

随即对塌方处进行粘土回填，多次累计150m3。9月14日～9月19日，掘进745～755时，为防止压力波动，停止反复正逆洗疏通管路，采取逆洗掘进通过塌方区。

整个事故处理至9月21日基本结束。

塌方原因分析：

739环开始频繁堵管，739环在反复停机疏通环流系统中掘进了3天，严重堵塞和反复正逆洗循环扰动了薄弱的江底覆土，使隧道上部的淤泥层进入盾构泥水舱，由此引起江底塌方漏斗，并影响堤岸的抛石塌落进入泥水舱。

1.3上海地铁某区间隧道盾构磕头事故

事故描述：

1.工程概况

根据对事故段地质进行补勘得到的报告，盾构下部约三分之一处于⑤1a和⑤2层砂性土体中。⑤1a层具有松散、微承压水和承载力低等特性，在动水压力差的作用下易产生渗流液化，流砂和突涌等不良地质情况，⑤1a不良地质对盾构施工及该段隧道后期运营有较大影响。

2.事故经过

盾构掘进至下行线632环(切口在638环)时由于地质突变，盾构机叩头出现整体下沉；掘进至650环（切口在656环）时盾构掘进姿态恢复可控；到670环与新设计线路拟合，盾构恢复正常掘进。

由于盾构下沉，隧道轴线较设计线路偏低。经线路取中调整后，形成615～645环隧道偏高，最高点634环+330㎜；646～670环偏低，最低点656环-216㎜。部分管片破损较大；635环～648环隧道上方为6层无桩基老建筑物，施工处理中房屋沉降较大。

事故段施工示意图

3.处理措施

发现险情后，施工单位采取了如下措施：

1、管片下调及房屋保护

对超高设计线路段(626～638环)管片采用下部泄压取土，上部注浆的措施使隧道整体下调1～3㎝；同时，根据地表建筑物监测数据对隧道邻接块吊装孔进行注浆，确保建筑物安全。

2、管片上调及地层加固

隧道低于设计线路段（651～663环）对管片底部注浆，上部泄压放浆取土的措施使隧道整体上浮2～4㎝，线路上调与地层加固一并进行。

3、对于⑤1a和⑤2层地质较差段(635～670环)通过分层注浆加固隧道下卧层，改良土体，提高承载力及防止地层振动液化。加固范围：隧道下部120°范围；加固地层厚度为隧道外3m。注浆孔布置：拱底块吊装孔（SD）及在拱底块吊装孔两侧相隔24°加钻4个注浆孔，即每环5个注浆孔。加固范围3米，分三层注浆加固；注浆芯管采用花钢管，长度分别为L=3.5m、2.5m、2m。

4、管片堵漏止水，管片渗漏水部位主要以注水泥浆或丙烯酸盐浆液为主，压力保持0.2～0.5Mpa之间，注浆量控制在0.5～1.5m3之间。根据初次注浆封堵效果，对堵漏效果不明显及掘进过程中管片背部破损的部位在管片环缝间采用聚氨脂浆液进行封堵。

5、破损管片修补

管片破损面较大部分出现露筋的部位，根据设计批复方案进行修复。隧道管片破损严重，又处于受拉应力作用区，采用粘贴碳纤维布进行补强加固。

本段管片堵漏和修补工作结束后，进行管片防水嵌缝施工，为加强本段管片的防水能力，630～660环采用全环嵌缝方式施工。

抢险措施施工示意图

1.4 拆除封门后出现涌土、流砂，洞口土体流失

工程概况：

该风井结构为地上一层，地下五层钢筋混凝土结构，风井地下部分为24.2m×15.6m矩形基坑，深约31.7m。

风井围护采用厚1.2m、深49.7m的地下连续墙。隧道采用内径为5.5m，外径为6.2m，衬砌厚度为0.35m，钢筋混凝土管片宽为1.2m的。风井盾构进、出洞处采用高压旋喷加固，q u≥0.5～0.8MPa；地下墙外侧采用高压旋喷桩加固，从地面至坑底以下3m，q u≥1.0MPa；均满足设计要求。

事故经过及处理措施：

（1）2006年5月某日凌晨，施工单位在盾构已经安全进、出风井一个多月的情况下，拆除上行线进洞防水装置，过程中发现上行线进洞处下方局部渗漏水。抢险人员随即采取隧道内压水泥袋或黄砂袋压重、堵漏、注双液浆、注聚氨脂、隧道内支撑和加密对隧道和地面沉降监测等措施，第一次险情得到控制，未对社会及周边交通造成影响，也无人员伤亡。根据这次险情对隧道的影响，工地抢险指挥部布

置下一步抢险工作任务，分别采取地面注浆、打降水井措施。

地面注浆加固

（2）数日后，左右风井上行线出洞口发生漏水漏砂现象（第二次发生险情），现场抢险人员再次抢险，用水泥封堵上行线出洞口漏水点，抢险队伍立即赶到风井现场，对隧道内进行聚氨脂注浆，堵漏成功。之后继续采取地面注浆和降水井措施，对因流砂所造成的地下空隙进行填充。

（3）三天后的下午，风井上行线进洞口附近再次发生漏水流砂现象，抢险人员立即采取隧道内注聚氨脂，到晚上再次堵漏成功。

3.事故原因

通过对施工及险情发生过程的调查和初步分析得出，加固体与基坑围护体之间、加固体与隧道管片之间存在有渗水通道，在洞口止水装置拆除过程中，流砂在高承压水作用下，从渗水通道处涌出（突涌），造成险情。

总结：

在本次事故期间，地面共打孔46个，地面共注双液浆约99.7吨，隧道内注双液浆约48.15吨，地面和隧道内共注聚氨酯17吨，根据大致估算，发生险情流砂流失量约260～300 m3，地面和隧道内总注浆量近300 m3，流失量和注浆量基本持平。

由于措施及时、有力，抢险取得成功。整个抢险过程未发生任何人员伤亡，对周围环境等也没有造成大的影响。险情造成盾构进、出洞段管片变形和破损，管片的变形和破损尚在可修复范围内。

1.5 台北地铁某通风竖井涌水、涌砂事故

1981年4月，台北地铁某标段通风竖井发生涌水、涌砂事故。

工程概况：

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，且水平钢筋完全连接，使连续墙形成一完整管状，因此，内部无需施做内支撑。竖井与盾构隧道间采用柔性连接。

事故经过

当天上午，施工人员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。

处理措施：

事故发生后，首先通知警察局和消防队疏散附近居民，封闭现场，切断水电。为使通风井内外水压平衡，降低泥沙继续涌入速度，先进行竖井内灌水，然后回填土方，并压实、注浆。进行工程本体及其余受损管线、建筑物、路面的修复工作。事故原因：

①地下水是造成此次事故的主要原因，事故发生前，没有很好的进行处理。

②事故发生前，监控、量测资料没有反映出任何征兆，因此，在隧道内发生极小量渗水并未引起施工人员的重视。

预防措施：

①施工全过程均应小心谨慎，现场内出现任何迹象或征兆均应保守处理。

②应妥善处理地下水，注浆止水需在妥善的保护下进行，以免破坏本身结构。

1.6上海某隧道漏水事故

事故经过：

上海某上行隧道内在检查时发现封堵墙处管片上方有局部渗水情况。渗漏位置为管片上部封顶块与邻接块的环缝（圆环“11点钟～1点钟”范围），见下图所示。

隧道渗漏点示意图新增漏水点位置示意图

进过多方努力，两处漏水点均被有效封堵。新的漏水点又出现在封堵墙左上方位置，漏水点处Φ1.5寸流量的水流进入上行线隧道内，且漏水趋势愈发严重。

处理措施：

(1) 在发现渗漏情况有逐渐变大的趋势后，立即进行管片壁后聚氨酯堵漏，共用去聚氨酯10桶，管片环缝漏水得到控制。对于新出的漏水点，有关各方紧急商定采取抢险措施：一、针对上行线封堵墙正面左上方漏水点，压注聚氨酯进行堵漏。

二、在隧道上方地面，即江中围堰平台上，对封堵墙后面的隧道内部及周边进行填充注浆。通过以上措施，渗漏得到控制。同时，在上行线隧道内安排人员值班，进行即时监测汇报动态变化情况。

(2)为了保证渗水情况能更好的控制，随后开始进行地面注浆工作。充填注浆孔位布置为：在上行隧道内布置一孔，隧道两侧各布置一孔。隧道内孔位注浆以注浆量和注浆压力双重控制，初定注浆量（连接段土体5%充填率）为10m3左右，注浆压力0.3～0.4MPa。隧道两侧注浆以压力控制为主，为0.3～0.4MPa。浆液为单液水泥浆，水灰比0.6。

(3)之后又通过隧道内及两侧孔位注浆，隧道内渗水情况进一步减小，渗漏由不间断

1.7 广州地铁盾构施工引起地面沉陷事故

工程概况：

2006年1月某日上午，广州市地铁线某区间盾构施工路面发生沉陷，沉陷区域直径约6米，深度为60厘米，地面是该线地铁单位的一个项目经理部。

事故经过：

发生下陷的路面位于该项目部西侧围墙根下，水泥路面从四周朝路心凹陷，中心处下沉半米多深，路面的围墙受牵引后，墙壁出现大量裂痕。

事故因地下水流失引起。警方封锁了周边道路，为减少对交通的影响，施工单位在现场启动应急预案。

事故原因：

据专家分析，该地段为地质条件极复杂的断裂带，且上部为回填沙土层，沉陷处地下水丰富。因施工中机器扰动了地层，地下水流失而引起路面局部沉陷。

1.8 上海地铁双圆盾构隧道施工沉降过大

工程概况：

该区间隧道选用1台Φ6520mm×W11200mm（外径×宽度）辐条式双圆盾构施工。盾构总掘进长度为1458.048m，总推进环数为1215环。隧道管片采用预制钢筋混凝土衬砌管片，采取错缝拼装。管片外形尺寸Φ6300mm×W10900mm （外径×宽度）、内部尺寸Φ5700mm×W10300 mm（内径×宽度）,厚度300 mm，宽度1200 mm。1环管片由8块圆形管片、两块大小不同的海鸥形管片和1块柱形管片组成，共计11块。