上海地铁建设十大主要风险管控分析

上海地铁建设十大主要风险管控分析一、不良地质中盾构施工风险1、盾构处在承压水砂层中l、由于正面压力设定不够高l、缺少必要的砂土改良措施以及盾尾密封失效l、而引起正面及盾尾涌砂涌水导致盾构突沉、隧道损坏；2、在盾构上部为硬粘土、下部为承压水砂层时l、由于硬粘土过硬很难顶进l、而承压水砂层则因受压不足不能疏干而发生液化流失导致盾构突沉；另因过硬粘土卡住密封舱搅拌棒使粘土与砂土不能拌合排出l、致使盾构下部砂土液化由螺旋器流出l、导致盾构底部脱空下沉；3、超越沼气层或其他原因形成的含气层时（如气压法施工的隧道或工作井附近）l、如未探明其范围和压力、未事先进行必要的释放、未采取防备毒气和燃爆的措施l、开挖面喷出的气体及其携带的泥沙可能引起盾构姿态突变、隧道突沉以及毒气燃爆的灾害；4、对沿线穿越地层中的透镜体、洞穴或桩基、废旧构筑物等障碍物.未事先查明并做预处理或备有应急措施l、可能引起盾构推进突沉偏移l、盾尾注浆流失l、致使地面沉陷过大l、盾构无法推进.二、盾构进出洞风险1、盾构在工作井出洞或进洞时l、需要凿除预留洞口处钢筋混凝土挡土墙l、而后由盾构刀盘切削洞口加固土体进入洞圈密封装置l、此过程中洞口土体及加固土体暴露时间较长l、且受前期工作井施工方法及其施工扰动影响l、容易因加固土体或洞圈密封装置的缺陷而发生洞口水土流失或坍方.如遇饱和含水砂性土层或沼气以及其他原因形成的含气层（如气压法施工的隧道或工作井附近）l、更易发生向井内的大量涌沙涌水而导致盾构出洞磕头或盾构进洞突沉l、甚至在盾构进洞突沉中拖带盾尾后一段隧道严重变形或坍垮l、造成极严重的工程事故l、并严重破坏周边环境.由于盾构进出洞事故概率较高l、其后果可能极为严重l、因此对关系到盾构进出洞风险的每个细节必须严格仔细的采取可靠的风险控制措施.三、盾构穿越江河水底的风险当盾构推进挤压导致前方土体隆起过多l、或盾构处于饱和含水砂层中发生涌水突沉引起上方江底沉陷l、产生涌水裂隙l、致使大量河水由盾尾或开挖的缺陷处涌入而淹没隧道.四、旁通道施工风险1、旁通道冻结施工中l、隧道钻冻结孔防喷措施不当引发泥水喷涌；2、旁通道冻结壁由于冻结管断裂、渗漏而未能使冷冻圈全部交圈导致透水失稳；3、临时支护强度、刚度不够或拆模过早l、引起旁通道及连接隧道严重变形或坍塌；4、旁通道冻结体冻胀融沉引起隧道变形过大而危害隧道安全.五、盾构穿越重要构筑物的风险运营地铁隧道、越江公路隧道及立交桥、高速铁路等重要构筑物的变形要求极其严格.在盾构的穿越施工过程中稍有不慎l、易对高灵敏度软土产生相对较大的扰动l、从而引起较大的地层损失率l、导致被穿越的重要交通设施产生过大不均匀的变形l、严重威胁城市交通命脉的运营安全l、对社会产生较严重的后果.六、盾构穿越对沉降敏感的居民建筑物的风险一般居民建筑物为短桩或浅基础l、对沉降极为敏感l、且事关人民生活及生命财产安全.盾构在其邻近或下方穿越时l、盾构上方荷载变化较大且不均匀l、且盾构正面压力及推进姿态难以掌控l、此时既要避免正面压力及同步注浆压力不足引起沉陷l、又要防止正面压力及注浆压力过高导致地层扰动过大或地面冒浆.同时还应注意到盾构隧道渗漏及自身长期沉降可能导致的地面沉降加剧的影响.七、盾构穿越重要管道的风险上水、煤气、原水箱涵等管道为城市重要生命线l、数量众多l、且其走向、埋深、年代、管材、接头形成等变化较多l、其允许变形较小且具有较大不确定性l、盾构穿越这些重要地下管道可能引起其沉降弯曲而泄漏或燃爆l、影响管道的安全使用.八、盾构穿越邻近桩基的风险盾构穿越邻近桩基l、引起桩身水平或垂直位移超过一定限度而影响桩基承载安全l、引起上方建筑物沉降、开裂甚至失稳.九、盾构穿越地下障碍物的风险由于预处理措施不当或盾构切削刀具事先配备不足l、在盾构穿越地下障碍物时l、推进受阻、姿态频动而致前方土体反复、过大扰动导致地层坍陷；刀盘前方清障时引起开挖面失稳和坍塌；推力猛增或刀盘转速较快而致刀盘刀具卡死、损坏甚至盾构机瘫痪而无法正常推进.十、恶劣气候条件的风险台风、强暴雨等恶劣天气导致的雷击、邻近河水暴涨、井口灌水、材料运输及供电中断等l、风险.一般风险控制要求1）施工前仔细调研工程地质和水文地质条件l、明确不良地质区段里程l、进行风险分析和评估l、针对性地制定和实施风险控制措施；2）对于承压水等特殊环境条件下的盾构进出洞、旁通道施工、复杂环境地质条件下盾构穿越江河及盾构穿越重要建筑设施等高风险工程项目l、应针对工程风险编制专项施工组织设计并落实监控措施l、且须经专家评审；3）必须安装隧道原唱监控系统l、明确该施工项目监控等级要求及监控指标.切实执行监测反馈、信息化施工l、做好盾构同步注浆、正面压力、盾构姿态等盾构施工参数的优化控制l、将盾构施工引起的地层损失率及相关的地层沉降值控制在允许范围；4）将盾构设备故障视为灾害性事故的主要风险源之一l、特别注意对盾构设备故障风险的控制.严格按《地铁隧道工程盾构施工技术规程》（STB/DQ-010001-2007）的规定l、在出洞前对盾构设备进行全面检验l、在推进施工中每日进行检查保养.检验中应该注意：(1)检验盾尾密封系统（包括刚板刷、钢丝刷、盾尾油脂泵、油脂压注管路及油脂）抵抗盾构最大水土压力和注浆压力的密封性能l、对盾尾密封刷质量、盾尾油脂填充效果、随盾构推进的盾尾油脂压注以及衬砌环外周盾尾间隙的控制等关系到盾构施工安危的细节l、应做出具体规定和严密检查.当盾构穿越承压水砂层时应做专门的盾尾密封检查；(2)检验盾构注浆系统中的注浆泵、管路、阀件及清洗管路等l、确保其性能稳定l、并备有准确的流量计、压力计；(3)检验盾构顶进系统中的千斤顶和液压件l、防止压力泄漏.5）盾构注浆控制（1）盾构注浆应作为保证工程和环境安全最重要的控制措施之一.同步注浆的流量、压力、注浆点位等注浆施工参数l、应按l、《地铁隧道工程盾构施工技术规程》（STB/DQ-010001-2007）中规定的标准和测定要求而定l、不同地层和埋深条件下各区段的每环管片注浆量和注浆压力l、均应做明确规定l、并如实记录；在任何条件下每环盾尾注浆填充率不得少于140%（双圆盾构不得少于180%）；并应通过每日检测盾尾前方隧道轴线上方的地面沉降数据l、随时检查注浆和注浆效果；（2）一般应按《地铁隧道工程盾构施工技术规程》（STB/DQ-010001-2007）中同步注浆采用可硬性浆液的有关规定.在特殊情况下l、为达到特级和一级的监控要求l、经报批l、同步注浆亦可采用配比合格的惰性浆液（稠度为9-10）及工艺l、但在管片环脱出盾尾5-10环后l、需及时以0.6水灰比的水泥浆进行每环不少于0.5m3的壁后补浆.盾构推进300m后l、及时对注浆施工质量进行抽检l、在隧道拱底范围没10环取一压浆孔l、拧开后探查壁后注浆是否结硬；（3）为控制建筑物和地铁隧道沉降而对隧道周侧土地进行加固注浆时l、须在计划预留的注浆孔中进行多点、少量、多次、均匀的分层双液注浆l、加固范围及强度指标按设计要求确定.凡此类注浆应由专业队伍实施l、并严密制订和实施合理的注浆工艺和注浆施工参数；（4）在掘进施工中l、要确保注浆系统和压住盾尾油脂系统的正常运转和准确计量l、严防注浆管堵塞及盾尾漏浆l、在复杂地质环境条件下施工时尤应加倍注意.6）盾构正面压力的控制盾构正面压力及其固有波动大小是维持正面稳定及盾构机对前方土体扰动控制的关键参数l、对施工期及施工后变形影响较大l、对保证达到监控要求至关重要.应注意以下几点：（1）穿越前对对管理土压进行正确估计l、并必须通过模拟推进试验的方法最终确定正面土压及其在穿越工程中的调整方案l、将管理土压维持在实际静止土压力附近.（2）确认盾构设备能力达到的压力波动范围及其影响l、分析判断是否满足控制要求.（3）在一级以上监控中应详细分析被保护对象荷载及其刚度可能对盾构正面土压力的影响.7）盾构姿态的控制盾构姿态控制应做到勤纠患纠l、保持轴线平差、高差在最小范围l、以减少地层损失及对地层的扰动.在一级监控条件下l、应尽快预先调整好盾构姿态l、以直线平推姿态进入监控保护区l、并始终维持稳定l、尽量做好无纠偏动作.即使纠偏也应在多环内分小步均匀进行l、在水平和垂直方向的单次纠偏量宜小于2'0".8）施工、监测队伍资质控制施工队伍必须具备与监控等级条件相适应的施工资质l、监测队伍必须具备与监控要求相适应的测量等级资质及监控设备条件.现场须配备足够的人力与设备l、确保监控数据的准确与及时送达.9）应急预案制订与准备总承包单位应统一协调l、与设计、盾构、注浆、监测等施工单位和材料供应商共同制定具有针对性的应急预案.在工程施工的全过程中l、现场应按预定计划备有应急所需的抢险设备和物质l、并在方便、快速取用的部位放置.其中高质量盾尾油脂、聚氨酯、水玻璃堵漏用水泥等为盾构施工必备应急物质.要特别注意台风、强暴雨天气下的雨水、河水倒灌及运输中断等风险l、及时收集局部天气预报信息l、提前备足防洪排涝设备和物质.高风险项目的控制要求一、盾构进出洞风险控制盾构进出洞应视为高风险工序l、对其中各个环节应严格把关l、做好洞口地基加固风险控制、洞口土体流失风险控制、盾构基座变形风险控制、盾构后靠变形风险控制、盾构轴线偏离及盾构姿态突变风险控制等五大风险点控制.1、洞口地基加固风险根据地质和环境特点l、合理选择盾构进出洞地基加固方法l、并在工作井结构完成后l、严格按相应的规范要求进行地基地基加固.洞口地基加固要求采用合理的顺序及施工参数l、严防加固的挤压效应损坏工作井结构及临近建筑.原则上要求盾构进出洞口的止水加固体部分应在工作井完成后、盾构进出洞前进行施工.若受条件限制而需在工作井基坑开挖前进行洞口地基加固的l、则加固体与工作井井壁间的50cm间隙须在井内结构完成后进行高压旋喷密实填充l、并确保龄期.盾构进出洞之前l、应对洞口加固体进行斜孔钻芯取样检测l、进一步确认洞口加固体范围、强度、水密性与均匀性达到要求.2、洞口土体流失风险控制1）洞圈密封橡胶带须安装准确牢固；2）盾构推进中注意观察、防止刀盘周边损伤橡胶带；3）洞圈扇形钢板要及时调整l、提高密封圈的密封性；4）盾构进洞时及时调整密封钢板位置l、并及时将洞口封好；5）盾构进洞时正面压力及时下调l、防止顶坏洞口装置以致土体坍入井内；6）洞圈止水达到要求：在承压水或透水砂性地层中l、洞圈止水装置应设2道以上l、且安装牢固并足以抵抗地层最高水压和注浆压力；双圆盾构隧道还应加强对海鸥块凹槽部位洞圈的防水措施；洞圈中应预留注浆管；7）在盾尾脱离加固区以及切口进入洞圈前应采用高质量油脂及时填满盾尾钢丝刷直至少量挤出为止l、一般高质量油脂注入量不得少于20-30kg/环；8）在承压水或饱和含水砂性地层中l、洞圈止水装置在盾构进出洞后原则上不应拆除l、而应采用外包钢筋混凝土结构措施予以永久保留；9）备好注浆堵漏及承压水井点的施工条件l、以应洞口涌水时急用.3、盾构基座变形风险控制1）检验盾构基座框架结构的强度和刚度l、防止基座变形而导致在盾构出洞时盾构姿态偏斜而影响洞圈止水效果l、在盾构进洞时拉坏管片而发生漏水；2）盾构基座要足以抵抗盾构出洞时过加固区的反向推力；3）盾构基座的地面与井底面之间垫平垫实l、确保接触面积满足基座安放稳定的要求；4）对多次使用的盾构基座及时保养维修l、确保其应有的强度和刚度.4、盾构后靠变形风险控制1)效验盾构后靠支撑体系中的各个构件和节点的强度和刚度l、尤应注意检验受压构件的稳定性l、防止后靠支撑体系失稳而引起盾构推进偏斜l、损坏管片及洞圈密封装置2)尽快安放上部的后靠支撑构件l、完善整个后靠支撑体系l、以便开启盾构上部千斤顶l、实行千斤顶合理编组l、使后靠支撑受力均匀；3)用混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处缝隙时l、要填充密实l、并养护至足够强度；4)第一环负环应确保基面平整正圆.负环管片必须采用经验收合格的管片l、确保负环拼装的高质量.5、盾构轴线偏离及盾构姿态突变风险控制1）盾构出洞前检查后靠支撑体系l、确保其牢固；出洞时正确选用千斤顶编组l、防止盾构上浮；2）盾构出洞时l、井内范围的管片拼装应尽量利用盾壳与管片间隙作隧道轴线纠偏l、改善隧道轴线；3）盾构进洞前一段管片环上半圈用槽钢相互连接l、增加隧道刚度l、及时复紧管片拼装螺栓l、提高抗变形能力；4）盾构进洞前调整整个盾构姿态l、使盾构底标高略高于基座标高l、但盾构下落到基座的距离不超过盾尾与管片的建筑间隙.二、盾构穿越硬粘土与承压水砂性土交接地层的风险控制1、按4.4.1要求对盾尾密封进行专项检查l、必须确保其密封性能指标达到抵抗盾构底部最最高水土压力及注浆压力的要求；2、盾构机应具备加泥浆/泡沫功能l、螺旋出土器应设有防喷装置.膨润土泥浆或泡沫剂、聚氨酯、海绵板、双快水泥等物质及设备应预备充足l、并必须能够在规定时限内达到抢险位置；3、加大盾构断面内砂性土对应部位千斤顶压力l、以平衡承压水压力l、并往泥舱中注入润滑泥浆（膨润土、碱水、泥浆等）l、采用搅拌棒使粘土块与砂土混合l、防止流沙.必要是适当伸出仿形刀超挖硬粘土部分并相应减少出土量以减少土体损失l、避免盾构刀盘及顶进系统超负荷运转和姿态失控l、而导致盾构偏转、刀盘卡死及盾构突沉等风险；4、按4.5要求确保同步注浆施工质量l、砂性地层中盾尾空隙最小填充率为180%；5、为预防盾构及后方隧道突沉l、应分别对盾构姿态及盾构后方15环管片隧道变形进行密切观察和跟踪检测l、及时反馈调整盾构姿态、推进速度以及进行必要的补充注浆；6、一旦发现盾尾有泥沙漏涌迹象l、应立即停止推进并进行封堵.一般可采用在管片外弧面敷设满足硬度要求的海绵板进行封堵l、必要时可进行壁后补浆l、万分紧急时采用聚氨酯进行封堵.三、盾构近距离穿越运营地铁隧道的风险控制1、盾构上方或下方穿越运营的地铁隧道l、要绝对保证地铁的正常安全运行和地铁隧道结构防水构造的安全.按特级监控等级确定盾构穿越施工引起的地铁隧道变形≤5mm；2、地铁隧道边缘前后各6环为穿越段l、在盾构推进至穿越段10-40环处设盾构穿越前的试验段l、试验段一般20-30环；3、试验段上沿盾构推进轴线上每隔5环布置深层沉降监测点l、每3环布置地表沉降监测点l、要准确推算出监测点里程及其距地铁隧道的距离；深层沉降点埋深同地铁隧道底点的埋深l、地表沉降点要设置在原状土上；4、试验段上深层隆沉量δd 的控制值为5mml、地表沉降量的控制值【δg】则按盾构中心埋深及盾构施工地层损失率为1‰推算设定.根据地层沉降监测数据l、按盾构通过l、盾构前方地面隆起δg<1/3【δg】l、盾尾后地表沉降δg<【δg】调整优化盾构推进速度、螺旋机转速、注浆量、注浆压力等参数以作为盾构穿越阶段的施工参数之基础依据；5、盾构穿越段推进时再按地铁隧道中电子水平尺所反映的隧道纵向变形曲线l、调整正面压力l、微调注浆量、注浆压力、推进速度、螺旋出土量等参数l、使最大隧道变形不超过警戒值（3mm）；6、穿越后应根据4.5之规定进行补浆和双液注浆加固l、确保沉降稳定；7、盾构上方穿越地铁隧道时l、除按上述要求做好穿越前试验段及穿越施工的严密监控之外l、还应根据计算确定穿越段隧道的压重大小与范围l、以抑制隧道的回单变形.四、盾构穿越沉降敏感类地面建筑的风险控制1、对沉降敏感的重要建筑l、应在其安全性评估的基础上按一级以上监控等级（含一级）对房屋进行监控l、穿越前必须设置试验段l、优化盾构施工参数；2、当盾构与房屋基础之间为流塑、高灵敏度地层时l、盾构正面压力应控制在使自然地面微量隆起且不超过2mm的程度l、同步注浆压力应维持在垂直覆土压力附近.既要防止注浆压力不足引起沉陷l、又要防止注浆压力过大导致地面冒浆；3、为弥补盾构同步注浆不足及长期沉降对房屋安全的影响l、应按4.5的要求对盾构穿越房屋基础过程中及通过后3个月内分别进行壁后跟踪补浆和双液分层注浆加固.其中l、双液分层注浆加固应根据盾构与房屋的相对位置关系及地层分布特点谨慎选择注浆孔点位、打管长度、拔管速度、注浆流量等关键施工参数l、由有经验的专业单位实施.。