泥水盾构下穿西湾海域风险分析及预控措施

泥水盾构下穿西湾海域风险分析及预控措施

向玲

深圳市市政工程质量安全监督总站

摘要：以城际铁路深圳机场至固戍工作井区间为例，盾构下穿西湾海域，分析了盾构掘进过程中该区间可能存在的主要工程风险，并结合目前国内隧道施工管理经验及技术水平，提出盾构掘进风险控制措施。

关键词：西湾海域   风险分析   预控措施

引言

盾构隧道施工具有一定的复杂性和不确定性，跨海隧道工程风险点和施工难度更大，盾构掘进过程中会遇到各种突发情况，需要对施工过程中风险加以预判，对主要施工风险进行分析，并分析其预控措施，否则就会发生不可预计的事故，造成不可挽回的损失。

一 工程概况

城际铁路深圳机场至固戍工作井区间里程为DK0+000～DK4+461，左线长4459.2m，右线长4479.2m，其中海域段3.16km，区间隧道为标准双洞单线圆形断面，盾构法施工，线问距10 16m，区间覆土厚度 10. 6m~53. 4m，

右线于里程YDK1+234. 000开始下穿西湾海域，于里程 YDK4+265. 000结束下穿，下穿总长度为3031Km。盾构机最浅拱顶埋深(至海平面)为 27. 7m，盾构机最深拱顶埋深(至海平面)为49. 1m。左线于里程DK1+226. 000开始下穿西湾海域，于里程 DK4+250. 000结束下穿，下穿总长度为3024Km。盾构机最浅拱顶埋深(至海平面)为 27. 4m，盾构机最深拱顶埋深(至海平面)为49. 0m。采用2台泥水平衡盾构机施工。

西湾海城常年水平面标高为3.0m,海水深度在5. 0m~6. 5m之间，百年一遇最高水位3.106m。

二 盾构掘进风险分析

根据施工过程中风险事件发生的概率和产生的后果等，存在以下的主要风险：

1 高水压、大埋深掘进

盾构机下穿西湾海域盾构机拱顶最大埋深达49. 1M，人员进仓压力达5. 0BAR，水土压力最大达4. 5BAR，主轴承密封压力达6BAR，盾尾密封承压达8BAR。

2 盾尾密封失效

管片拼装质量差、同步注浆质量差、海水压力大贯穿盾尾密封、盾尾间隙小影响盾尾刷会导致盾尾密封失效，油脂质量差、注入量不足导致盾尾刷损坏，盾尾密封刷损坏会导致涌水涌沙。

3 铰接密封失效

密封压力调节不当、油脂注入量不足、铰接油缸形成差大铰接密封损坏，导致涌水涌沙。

4 掌子面与海水连通

岩层裂隙发育、补勘孔封堵效果不佳、开挖仓压力不足、海水压力大流入开挖仓导致海水涌入开挖仓。

5 盾构长距离硬岩掘进

盾构掘进过程中因设备震动导致导向系统测量误差，硬岩地层导致盾构管片上浮，硬岩地层掘进对刀具磨损、消耗量机大，硬岩地层石英含量较高对泥水设备容易造成异常磨损。

6 频繁进仓作业

盾构机连续长距离掘会造成机械故障、刀具磨损，需要多次进仓检查、维修保养及刀具更换，开仓作业环境较为复杂、危险性较高，易发生涌水涌沙、掌子面坍塌等工程事故；尤其是带压进仓作业，危险系数更高。

7 盾构下穿深中通道

深圳机场-固戍工作井区间平面上于里程 DK1+732~DK1+937YDK1+727 ~YDK1+936下穿人工

岛，于里程DK1+766~DK1+796、YDK1+775~ YDK1+795处侧穿机场互通立交桥 8#、9#、 10#桥桩(桥桩均为1. 6M端承桩)；于里程DK1+813 DK1+859、YDK1+813~YDK1+859 处下穿深中通道U型槽段，于里程DK1+875 DK1 +895、YDKI 4875^ YDK1+895处侧穿机场互通立交桥41#、40#、39#桥桩(桥桩均为1. 6M端承桩)。

三  盾构掘进风险控制措施

1 防止盾尾涌水、涌沙控制措施

(1)盾构始发时对盾构刷的保护，始发前在盾尾刷钢丝内涂抹WR90油脂，每根钢丝上要沾满油脂。

(2)管片拼装前应清除盾体内渣土，严格控制野浆配备。

(3)掘进过程中设定合理的气垫仓压力。

(4)采用合理的油脂注入压力值，制定合理补注计划，加强盾尾注脂系统的保养日常化。

(5)盾构机姿态调整过程减少纠偏量，关注PPS数据。

2 防止结泥饼、滞排控制措施

(1)区间使用泥水盾构配备中心冲洗泵以及刀盘冲洗管路。

(2)刀盘开口33%左右，将掘进速度控制在20m/min以下，合理控制进排浆流量差，每环掘进完成后需洗仓待分离设备无砂土筛除后停止环流；掘进过程中若P2.1 泵进口压力增大、出口压力较小时及时停止推进进行洗仓，避免渣土在舱内堆积。

(3)及时进行泥浆比重调整，区间使用泥浆性能比重1.1-1.14g/ml，粘度25-30s；确保携渣顺畅，避免滞排。

(4)左右线均安装中继泵，满足泥浆循环需求，减少渣上滞排形成泥饼的可能性。

(5)设备具备采石箱可避免泥浆管路内集渣，泥浆管直径300m保障管路内不集查，增加了中继泵泵保障抽排能力。

3 上软下硬地层掘进控制措施

(1)掘进过程中不断观察出土情况，并结合推力、扭矩、速度、泥水压力，判断硬岩的比例，及时调整掘进参数。

(2)在岩层和土层同时存在的地段，应以硬岩的强度来进行刀具配置；掘进时采用泥水平衡掘进模式，根据隧道顶部地质情况选择合适开挖仓，适当降低士压有利于提高刀具的寿命。

(3)盾构机在上软下硬地层中掘进时，盾构姿态容易向上抬，为了保持正确的掘进线路，应该合理控制上下千斤顶的推进油压；此时边缘滚刀承受最大的破岩压力，应合理选用刀具。

(4)在上软下硬地段应该采用低转速，以减少滚刀与岩土分界面的冲击。

(5)下部是硬岩，掘进速度受硬岩制约而变慢，容易多出土，应该以盾构机进尺来控制出土量，防止超挖，同时保证盾尾回填注浆。

4 全断面硬岩控制措施

(1)根据岩石的强度，选择匹配的硬岩刀具和耐磨刀具，据进时，通过提高刀盘转速，减少贯入度，来保证掘进速度。

(2)盾构机掘进过程中，增大泥浆比重及进出流量，使刀盘前方形成较良好的泥膜， 降低刀具和土体的摩擦力，减小扭矩，降低刀盘和土体温度，减小刀具的偏磨。

(3)在掘进过程中，根据滚动角的大小，及时通过调整刀盘转向(左转或右转) 来防止盾体产生扭转。

(4)提前探明地层详细分布，在无裂隙水、断裂带的情况下，使盾构保持欠压掘进，可以有效降低刀具的磨损，进而减少开仓频次。

(5)全断面硬岩掘进时，低贯入度(≯10rmp)的形式进行掘进。

四  结论

本文针对泥水盾构盾构穿越西湾海域，从大埋深掘进、盾尾密封失效、掌子面与海水连通、盾构长距离硬岩掘进、频繁进仓作业、下穿深中通道等方面进行风险性分析，提出防止盾尾涌水涌沙控制措施、防止结泥饼滞排控制措施、上软下硬地层掘进控制措施、全断面硬岩控制措施，确保盾构下穿西湾海域的安全可靠。

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