1.隧道工程盾构法施工工艺与流程

盾构隧道施工工艺与流程：始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进→负环拆除及其他调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理、准备验收。其中，盾构掘进流程如下：准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→停止掘进→安装管片→回填注浆→准备下一环掘进。

2.隧道工程盾构法施工风险辨识

（1）盾构设备风险辨识。

盾构法适宜在松软含水地层或城市地下管线密布、施工条件较差的地段采用。根据以往施工经验，盾构施工宜采用土压平衡式或泥水平衡加压式盾构，该种盾构对不同地层有较强的适应能力，在维持开挖面稳定、开挖土体的排出及环境保护方面较其他类型盾构机有较强的优势。

但由于盾构推进的施工环境具有多变性、复杂性，且对盾构操作和维护人员的技术要求较高，盾构的选择、改装及维修过程中存在着较大风险。在隧道盾构、隧道施工过程中，盾构装置不当造成的风险有刀盘装置选择不当风险、推进系统可靠性风险、开挖土仓可靠性风险、盾尾密封装置可靠性风险、盾构同步压浆系统可靠性风险。盾构改制不当造成的风险有改制操作失误导致机械损坏，改制方案不对导致费用增高和工期延误，吊装、运输和人为损坏。盾构检修失误造成的风险有检修工作失误导致机械损坏，检修未发现重大问题，出发后出现事故。

（2）盾构进出洞施工风险辨识。

盾构进出洞阶段的风险主要包括盾构机械的吊装和拼装风险（设备损坏、人员伤亡、拼装失误或失败、工期延误）、盾构出发风险（工作面漏浆、盾构姿态控制失误无法出洞、反力座或承台损坏、盾构出现抬头事故、盾构出洞引起基坑塌方、盾构出现磕头事故、辅助设施损坏、洞口密封失效漏水、盾构无法正常推进、盾构机上浮）、盾构到达风险（冻结失效导致满水、盾构进洞引起基坑塌方、洞口密封失效漏水、辅助设施损坏、盾构姿态控制失误无法进洞）及临时工程和设备风险（人员坠落或打击伤害、其他设备或设施损坏、脚手架掉落或倒场、拆除临时墙时伤人）。

（3）盾构推进风险辨识。

盾构推进风险主要包括障碍物及不良地质风险（地下障碍物、高承压水或涌水、暗浜或孔洞、有害气体或缺氧、全断面流砂、覆土层浅、地质钻孔回填不密实）、盾构施工设备故障风险（开挖器械故障、出土系统故障、顶进系统故障、注浆系统故障）和盾构推进操作失误风险（开挖和顶进控制失误、轴线控制不当、注浆控制不当、密封防水失效）。

（4）管片拼装风险辨识。

管片拼装阶段的风险主要包括管片设计与制作风险（设计失误；生产强度不够，管片质量存在问题；生产进度慢，施工受阻；防水、抗渗不满足要求；螺栓强度或制作误差大；钢模制作、吊装伤人）、管片运输风险（管片垂直吊运伤人、电动平车运输损坏、现场堆放损坏）和管片拼装风险（整圆器失效、管片破损、管片就位不准、结构损坏）三部分。

（5）联络通道施工风险辨识。

水平冻结技术就是在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及集水井外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻土帷幕，然后根据新奥法的基本原理，在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖构筑施工。

联络通道施工风险：冷冻管施工风险（结构受损、喷水喷沙、盐水漏失、冷冻壁缺陷），冷冻施工风险（冷冻机故障，冻圈强度、厚度受影响，盐水漏失，结构受损，冷冻监控不当），通道开挖、构筑施工风险（开口变形过大，冷冻壁裂缝坍塌，冷冻壁不稳定，冷冻壁强度、厚度受影响，冷冻壁裂缝破坏，衬砌结构裂缝，应急措施不当），解冻施工风险（长期不均匀变形、注浆控制不当）。

客观风险：冷冻设备风险（冷冻机可靠性低、冷冻管破坏、冷冻管接头渗漏、设备仪表失灵）、水文地质风险（冻结范围存在障碍物、地下水流速异常、流砂地层、气囊、承压水）、其他风险（突然断电、冷冻液断货或备料不足、冷冻液质量有问题、温度表失灵、其他不可预见风险）。

3.隧道工程盾构法施工风险分析

（1）盾构设备风险分析。

①盾构装置不当风险分析。影响盾构施工的因素很多，主要有地层条件、地下水的含量及水压、隧道长度和线形、后续设备与盾构机的配套能力、工作环境、覆盖层厚度及辅助工法等。盾构机的选择要保证开挖面的稳定性，要具有良好的掘进性能，要结合衬砌的类型防止渗漏和坍塌，还要与配套系统保持紧密的配合关系。因此，盾构装置的选型是一个系统问题，需要综合考虑多种因素。

②刀盘装置选择不当风险分析。长距离施工常常导致大刀盘和刀头磨损严重，影响正常推进。刀具失效的类型主要有均匀磨损、非均匀磨损、刀圈断裂、刀圈脱落、轴承损坏等。

③推进系统可靠性风险分析。盾构施工中起支撑作用的推进系统主要由盾构千斤顶和液压设备组成，并利用千斤顶上下左右活塞杆伸出长度的不同达到纠偏目的。液压系统故障频发势必会造成盾构的经常性停机。盾构停机后，如果补救措施不力还会造成盾构偏离隧道设计轴线，同时对隧道经过区域的地表变形控制产生不利影响。

④开挖土仓可靠性风险分析。土体一经盾构机开挖，其原有的应力即被释放，并将产生向应力释放面的变形。此时，为控制地基沉降，保持开挖面稳定，必须向开挖面施加一个相当于释放应力大小的力。土压平衡式盾构是通过调整排土量或开挖量来直接控制土仓内的压力，并使其与开挖面地层水、土压力相平衡。一旦土仓内的土压力大于地层水土压力，地表将隆起；而当土仓内的土压力小于地层水土压力时，地表将沉陷。因此，只有土仓内的土压力与地层水土压力相平衡，才能保持开挖面的稳定。

⑤盾尾密封装置可靠性风险分析。盾构掘进过程中，管片是静止不动的，盾体是连续移动的，因此盾尾和已装管片间存在相对滑动，为了防止外部污水和泥沙等进入盾构内，必须对盾尾和管片间进行密封处理。盾尾密封系统不可靠或长时间磨损，会导致周边水土流失，盾构机内涌水或沉陷；铰接（转向）密封装置如果失效，也会导致盾构机内漏水、漏砂。

⑥盾构同步压浆系统可靠性风险分析。同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，使浆液在盾尾空隙瞬间及时填充，从而使周围岩体及时获得支撑，可有效地防止岩体坍塌，控制地表沉降。注浆工艺必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。同步注浆压力如果没有得到很好的控制，会导致排出泥浆中砂石成分对泥浆泵及排送管路的磨损，致使刀盘切削的土体无法正常排出或者堵塞注浆管，使注浆无法正常进行。

⑦盾构改制不当风险分析。盾构在推进过程中，地层条件复杂，可能会对刀盘及其他盾构设备进行改装，以适应复杂多变的地层状况。在盾构改制过程中，如果设计和施工不当，就会对盾构设备造成损坏，并可能耽误工期。

⑧盾构检修失误风险分析。检修人员工作责任心不强，在检修过程中损害盾构设备或未检查出事故隐患，会导致盾构出现事故。

（2）进出洞施工风险分析。

①盾构机械的吊装和拼装风险分析。由于采用盾构施工，机械只能分块吊装后在工作井内拼装。由于拼装时间较长，过程中可能遭遇暴雨或特大暴雨等灾害性天气，未做好工作井的排水工作会引发事故。引发此类事故的原因还可能是现场管理混乱、未按图纸要求安装、设备吊装过程中指挥不当、施工人员安全意识淡薄等。

②盾构出发风险分析。在凿开工作面时，可能由于冻结失效引起工作面漏浆、泥水进洞。盾构机械在工作面可能由于土压力过大而无法正常推进，甚至可能由于逆向推力过大导致盾构后退，引发事故。在盾构机械推进一定距离以后，开挖土体量大于上覆土体量时盾构隧道可能上浮。引发此类事故的原因还可能是临时挡土墙拆除不当、地层加固不当、止水帷幕失效、垫圈密封失效、反力装置施工质量差、盾构姿态控制不当和轴线控制不当等。

③盾构到达风险分析。盾构到达发生风险的主要原因是临时挡土墙拆除不当、地层加固不当、止水帷幕失效、盾构到达时推力和掘进速度不当、盾构姿态控制不当和轴线控制不当等。

④临时工程和设备风险分析。风险大多源于现场管理混乱、施工工序不当、施工人员安全意识淡薄等。

（3）盾构推进风险分析。

①地下障碍物及不良地质风险分析。a.地下障碍物；b.高承压水或涌水，致使工作面发生涌水、失稳等工程事故；c.有害气体（如沼气）或缺氧；d.覆土层浅；e.地质钻孔回填不密实。

②盾构施工设备故障风险分析。a.开挖器械故障；b.出土系统故障；c.顶进系统故障；d.注浆系统故障。

③盾构推进操作失误风险分析。a.开挖和顶进控制失误；b.轴线控制不当；c.注浆控制不当；d.密封防水失误。

（4）管片拼装风险分析。

①管片设计与制作风险：可能的事故原因有设计失误、生产材料质量有问题、螺栓等制作误差过大。

②管片运输风险：可能的事故原因有堆放、运输不当，未足够重视安全运输，运输设备出现故障。

③管片拼装风险：可能的事故原因有盾构整圆器失效使管片组装不准确、吊起的管片掉落或其他原因造成管片损伤、管片就位不准、螺栓穿入过程中施工不当导致螺栓锈蚀。

（5）联络通道施工风险分析。

①冷冻管施工风险及可能的事故原因：a.结构受损（钢筋凿断、混凝土开裂）；b.喷水、喷沙；c.盐水漏失；d.冷冻壁缺陷（厚度、强度不够）。

②冷冻施工风险及可能的事故原因：a.冷量损失；b.冷冻圈厚度与强度受影响；c.盐水漏失；d.隧道结构受损。

③通道开挖、构筑施工风险及可能的事故原因：a.开口环变形过大；b.洞壁裂缝坍塌；c.洞壁不稳定；d.冷冻壁强度、厚度受影响；e.冻壁裂缝破坏；f.衬砌结构裂缝。

④解冻施工风险及可能的事故原因：a.长期不均匀变形、融冻影响；b.出现注浆问题。

4.隧道工程盾构法施工风险控制措施(www.daowen.com)

（1）盾构设备风险控制措施。

①为保证盾构机推进不出现无法现场维修更换的机械故障，就要求盾构机主要部件原材料性能优良、无损伤。大轴承在长时间挤压力和扭转力矩负荷的作用下，应基本不变形、无磨损。其中，液压推进系统应具有如下性质：a.不可压缩性；b.有足够的黏性；c.物理化学性能稳定；d.可防锈、防腐蚀；e.润滑性能良好；f.密封性好；g.可将水、灰尘等不溶性不纯物分离；h.千斤顶重量轻，耐压性能好，易于维护更换。

②配置钨合金的盘刀和滚刀，防止在砂砾等复杂地质条件下工作刀具快速磨损；刀头在刀盘上应采用螺栓固定，易于在常压或局部气压下更换磨损刀头。

③工作面水土压力传感器及超前地震波探测系统的元件要可靠，能经受振动、潮湿、污染等恶劣条件而不损伤其性能。

④应及时更换过滤器滤芯，保持推进液压泵低压油路畅通，并定期检修推进液压泵。

（2）进出洞施工风险控制措施。

①严格按《地下防水工程质量验收规范》（GB 50208—2011）的要求施工。

②加强工作井的降水、排水。

③在洞口及一定进洞范围内进行冻结加固，保证冻结质量。

④推进前需设置可靠的临时支座来承受盾构千斤顶的推力。

⑤盾构机要有可靠的轴线定位系统，如激光导向、陀螺仪定位系统。

（3）盾构推进风险控制措施。

①采用先进的勘测仪器和试验设备，减少勘测误差和错误。

②科学规范地施工，并定期对施工设备进行检查维修。

③及时清除盾构开挖前方障碍物，清除土块或石块，防止堵塞管道。

④定时检查设备，对有问题的设备及时维修或更换。

⑤及时监视顶进时管片的性能，压力过大或者出现明显偏压时停止顶进并予以纠正。

⑥在盾构隧道施工时选取合适的方法进行超前探测。

⑦合理地分配千斤顶的工作状态。

⑧浆液配比、和易性、流动性要适当。

⑨至少设四排密封刷，建议每2 km换一次密封刷。

盾构机有可靠的轴线定位。

正确地计算并选择合理的土压力，随时补偿正面压力的变化。

（4）管片拼装风险控制措施。

①拼装机卡具牢固地夹紧管片，管片预埋起吊螺栓有足够的安全系数。

②对管片拼装质量加以控制，避免碰撞。

③设置柔性缓冲材料，防止挤压破损。

④设置整圆器，要求每环拼装后及时校正。

⑤对盾构推进的轴线加以严格控制，避免管片就位不准。

⑥螺栓穿进到位，及时紧固螺栓，不能遗漏防水密封垫圈。

（5）联络通道施工风险控制措施。

①管片开孔时孔位应避开钢筋，防止开孔过程中外部水土涌入。

②为防止冻结过程中隧道横向断面变形，冻结前可在隧道内安装预应力隧道支架。

③布置测温孔以掌握冻土帷幕的形成过程和状况。

④布置卸压孔以减少冻结过程中土体冻胀对地表及隧道的影响。

⑤钢管片拆除前检查联络通道土体冻结的帷幕厚度是否达到设计要求、土体强度是否达到要求等。

⑥冻土开挖后要及时对冻结壁进行支护。

⑦联络通道主体结构施工完毕后，土体解冻时应注意地表和管线沉降、隧道收敛、隧道位移等，及时对地层进行补偿注浆。

⑧由于冻土抗拉强度低，设计中应尽量降低冻土帷幕所承受的拉应力。

⑨由于冻土温度很低，建议初期支护混凝土和二衬混凝土施工采取防冻措施，提高混凝土施工质量。

冻结过程应特别注意冻结质量“均匀性”的控制。

在旁通道两侧设置防护门，一旦出现管涌，及时用沙袋等进行封堵。如封堵无效，则须封闭防护门，并对内注水或注浆充填，避免更大事故的发生。

加强施工管理，严格按照冻结法的程序进行施工。