国内盾构隧道工程事故案例分析概要

第一篇：国内盾构隧道工程事故案例分析概要

国内TBM、盾构隧道工程事故案例分析

在盾体支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。但在施工过程中人机交错的特征十分明显，特别是在衬砌、运输、拼装、机械安装等环节工艺复杂，较易出现起重伤害、电瓶车伤人、机械伤害、高处坠落等多种事故，且在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大。

一、盾构进出洞阶段发生的安全事故

盾构进出洞都存在相当大的危险性。整个施工作业环境处于一个整体的动态之中，蕴藏着土体坍塌、起重伤害、高处坠落、物体打击等多种事故发生的可能。

南京地铁盾构进洞事故

1、工程概况

南京某区问隧道为单圆盾构施工，采用I 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，隧道内同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。

二、盾构作业阶段发生的安全事故

盾构作业阶段人机交错的特征十分明显，起重伤害、电瓶车伤人、机械伤害、高处坠落等多种事故发生的可能，始终贯穿着施工的全过程。

1、管片堆场事故

事故经过：涂料工朱××在管片堆场两管片堆放点的缝隙中，进行施工作业，龙门吊吊运司机在没有起重挂钩工指挥的情况下，吊运管片。在吊运过程中，未发现朱××在管片的侧方，由于管片是斜向起吊，在起吊中管片晃动，使朱××头部和另一块挤压，脑部严重受伤，送医院抢救无效，死亡。

事故原因：

1、管片堆放未按规定的距离留出开档，间隙距离不够，堆放太高，使龙门吊司机看不见缝隙中的施工人员。

2、吊运时无起重指挥工，吊运时钢丝绳斜吊。

3、涂料工朱××自我保护意识差，未能选择正确站位。

2、垂直运输事故

事故经过：上海地铁二号线静安寺工地1997年10月25日晚21时许，施工单位所属盾构推进四队，第三小队正值夜班。

夜班共11名人员在小队长倪汉熹的带领下，9名人员（电瓶车司机、盾构司机、拼装工、测量工、挂钩工）在井下进行盾构推进施工，2名人员（龙门吊司机吴立名、挂钩工王德民）在地面作业。在吊运4块砼管片作业后，龙门吊司机吴立名发现吊运龙门吊5吨副钩有一侧倾斜现象，此时井下正要推进出土，于是停用副钩。改用15吨主钩吊运4箱积土，直至23时50分许，吊运428环推进出碴斗，在吊运到第6箱时，15吨主钩穿插吊运管片一块，以保证第428环的成环拼装作业。

到26日凌晨1时左右仍用龙门吊15吨主钩吊运2块管片，到2时左右，第429环2箱出碴斗运至井底下，龙门吊作业人员随即用15吨主钩吊运碴斗。2时55分时，15吨主钩准备吊运第6箱出碴斗，当主钩下放至距井底4米时，龙门吊司机吴立名突然发现悬在空中的龙门吊5吨副钩向下坠落（坠落高度约17米），当即他向下大叫，但为时已晚，5吨副钩已坠落击中井下电瓶车司机沈艺兼挂钩工沈艺头部及身体，当即死亡。

事故原因：

直接原因：起重设备有缺陷

1、龙门吊副钩无防钢丝绳跳槽及跳槽后的机械保险保护装置

2、龙门吊副钩动滑轮，轮缘破损后堆焊高度不够

3、龙门吊平衡轮锈蚀卡阻不起作用

以上三条是造成龙门吊副钩动滑轮钢丝绳跳槽，下坠的直接原因。

间接原因：

1、龙门吊在验收检测过程中，尚未检验出动滑轮缺损的焊补和间隙过等设备上的缺陷。

2、龙门吊使用时，对5吨副钩倾斜的设备缺陷，未及时认

真采取有效的整改措施。

3、水平运输事故 事故经过：

上海地铁二号线陆家嘴--东昌路区间隧道1998年3月19日晚，宝建405市政工程队，对东昌路车辆段进行正常的清理施工。至21时许，由于要清理车辆段轨道下的污泥，电瓶车司机（带班人）蔡建华把电瓶车前的拌浆车和电瓶车车后的二节平板车连接后，拖拉出车辆段。在启动电瓶车时，未打铃警示，车辆慢行至4米时，突然听见人员叫喊，电瓶车司机蔡建华立即刹车，下车后，发现在电瓶车左侧的民工方正飞已倒在轨道与砼结构墙夹墙的地上。事故发生后，事故单位立即将伤员送往医院救护

事故原因：

1、电瓶车司机（带班人）蔡建华，在启动车辆前，未打铃，叫喊、警示，未注意周围人员变动，站位情况是，是发生这起事

故的主要原因。

2、结构框梁上堆放电瓶箱，导致机车轨道和框梁之间的距离减小，也是发生事故的主要原因之一。

3、方正飞是新进单位的民工，虽然经过安全教育，不熟悉隧道环境，自我保护意识差。不能正确站位，站立在夹缝死角未能避让，是事故发生的主要原因。

4、台车段交叉施工事故

事故经过：

上海地铁延伸段延长路～广中路区间隧道台车段2002年3月15日中午11时许。在隧道内台车段，中煤公司机修工钱抑山工作完毕后，在盾构操纵室门口饮水。此时，8T电瓶车运输两块管片行驶至车架内，用双轨梁吊运装卸一块管片后，退出双轨梁的下方，钱抑山以为电瓶车已经驶出台车段，故伸头向车架中

间张望，谁知道电瓶车又返回原处，在此过程中，电瓶车上的探头架子，擦碰到了头部，造成钱的耳朵受到伤害，送医院进行救治。

事故原因：

1、原来电瓶车探头的架子未能及时拆除，电瓶车在车架中间距离两边不足5cm，是事故发生的主要原因

2、机修工钱抑山在未能知晓电瓶车动态的情况下，向车架中间张望是事故发生的主要原因

3、电瓶车在退出车架，再次驶入车架的过程中，未能启动警示铃是事故发生的又一重要原因。

5、盾构换刀引起的爆炸事故 事故经过

2008年04月15日傍晚6时15分，广州地铁六号线东湖站至黄花岗站施工现场发生事故，造成2死5伤。前日傍晚6时10分，中铁隧道集团有限公司广州市轨道交通六号线东黄盾构区间，在盾构机开仓作业时，遇不明气体导致伤亡事故，现场作业工人18人已全部撤离至地面。现场距地面约23米深，作业面进尺2 千米。现证实有2人已死亡.5 人受伤。事故等级定为较大事故。

事故原因

事故发生时，因盾构机掘进速度下降，工人判断是刀盘室内的刀片磨钝了，决定打开刀盘室的仓门检查一下。盾构机因此停

了了下来，两名工程师和两名工人走上前。一般的操作程序是，工人上前打开仓门，并用水管朝刀片上喷水，这样可以将刀片上的泥浆冲干净，也顺便给在掘进过程中发热的刀片降温。接下来，作为技术人员的工程师就要手捋照明灯查看并统计刀片的磨损程度。仓门打开了，一工人拿起水管朝刀片上冲水，另一工人举着灯，把手伸进刀盘室内。按照规定，应该举着防爆灯查看刀片，这种低电压的灯即使坏了也只是灭掠，而不会冒出火花。但工地就只剩下了最后一个防爆灯，而且要碰一碰才能亮。用了几个月后，这个灯也坏了。于是举着一根日光灯的灯管伸进了刀盘室。爆炸几乎就在此时发生了。当时有18人在作业。一声爆炸后，眼前一片尘土。

类似的事故此前也发生过，但未酿成这么严重的后果。据工人介绍，两个多月前，刀盘空被打开换刀片，前天置换了空气没换完，第二天再次将刀盘室内的空气置换出来，但抽风设备只停了中午顿饭的工夫，一名工人下去换刀片时点了根烟，里面的瓦斯就燃烧起来，冲出的火焰将该工人的眉毛都烧焦了。

调查结果

16日，事故调查组委托广州穗监质量安全检测中心对事故现场的余气成分及浓度进行检测。经过从16日中午至17日凌晨间的4次检测，结果显示，盾构机土仓内甲烷、一氧化碳等有害气体严重超标。据此专家初步判断，由于盾构机土仓内聚集了大量甲烷等有害气体，在开仓过程中发生爆燃。

6、地铁隧道施工火灾 事故经过

2009年l月8日11点15 分左右，上海曹杨路地铁II 号线的在建工地发生火灾，现场浓烟滚滚。消防部门出动数十辆消防车赶到现场。事故造成周边部分交通路段拥格。事故现场附近的地铁3 号线并没有受到火灾影响，仍照常运营。当天下午l时左右，现场火势完全得到控制。该事故己造成l人死亡.6 人受伤。

事故原因

事故发生时，现场正在进行盾构进洞注浆施工后的清理工作，起火原因可能是电器设备线路发生短路引发的。事故发生前几天，施工隧道内曾发生漏水，火灾原因可能是由施工隧道内注浆材料聚氨酶引起的。

7、盾构开仓换刀坍塌事故 事故经过

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时57分，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。己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，判断塌方体内已无生命迹象。

事故原因

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。

三、盾构施工对周边环境的影响

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: 发生下陷的路而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，路面的围堵受牵引后，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而局部沉陷。

第二篇：工程事故案例分析[范文]

新世界酒店倒塌事故

事故发生

1986年3月15日，位于新加坡实龙岗路305号的新世界酒店在一分钟内变成一片废墟，事故造成33人死亡、104人受伤，17人获救。新世界酒店处在一座六层高的名为联益大厦（Lian Yak Building）的楼房里，联益大厦的一楼是一家银行和一个10车位的停车场，二楼是一家夜总会，三楼至六楼是拥有67间房的新世界酒店（Hotel New World）。

对于此次事故，新加坡政府于1986年3月22日成立事故调查委员会，查找事故发生的原因，并在此基础上提出预防类似事故的建议。调查委员的报告显示，15年前大楼的设计规划时就已经种下祸根。该次调查也改变了一系列的法律、规范。

事故种子

1966年戴利东、黄鸿林和罗亚秋三人作为信托人替联益地产私人有限公司买下这块1179㎡的土地。黄是联益地产的董事经理，其余二人是联益地产的董事。买下地皮后雇建筑师派斯坦纳（F.J.Pestana）向主管当局递交发展规划申请，经申请者两次撤回申请修改后，主管当局于1967年3月20日批准了申请。批文规定：（1）地下室为21车位停车场；(2)一楼为两个商店店铺和10车位停车场；（3）二楼为餐馆；（4）3楼到6楼为每层16房间的餐馆；（5）平屋顶，上建一电机房。

派斯坦纳的一个制图员名叫梁瑞龙，尽管自1953年就在派斯坦纳的公司做制图员，梁实际上并未经历过正规训练，仅上过理工学院的制图课程，并且还没有完成。就是这个连制图员资格都不具备的人后来成为了联益大厦实际的建筑师。当时，派斯坦纳因公司效益不佳转到了马来西亚的柔佛新山，梁离开派斯坦纳的公司做制图的散工，大概就在这时候梁与黄认识了，黄让梁给他帮忙。同时，黄雇佣了莱克西马南接替派斯坦纳作为大楼的设计，莱克西马南是位1956年注册的土木工程师，此后由梁做的规划和设计由莱克西马南签字盖章，进行修改设计上报市政当局审批。

同建筑设计一样，联益大厦的结构设计也是由一位没有专业资格的制图员实际进行的。向崇兴（人名）是莱克西马南的制图员，尽管上交的文件上是莱克西马南签字，实际的钢筋混凝土设计计算书和图纸全是由向做的。而相关调查显示，设计计算书有漏算、错算等大量错误，且许多地方与设计图纸不符。

1968年11月，因为遭人投诉与无资格人员共享职业服务收费，莱克西马南被剥夺了职业资格，因此，他再也不能用自己的名义向市政当局递交专业设计文件。黄因此找到了建筑师易宏坤9人名）替代莱克西马南。黄、易和梁约定由黄和梁分享建筑设计费，而梁负责制作、修改设计图纸和工地检查。

大楼施工由Hong Eng Construction Company承担，公司的唯一所有人是洪阿盛（音译人名），他是黄的姻亲。而洪作证时透露黄不过出借了他的名字而已，公司实际所有人是黄自己。整个施工过程中莱克西马南和易都没有对工程进行监督，工地上也没有管理。向或莱克西马南仅在结构上有问题时到工地上去一下，多数时候是向自己去的，莱克西马南只去过一两次。工地上基本是由梁和黄实际监管的。鉴于黄本人也于此次事故中遇难，他本人在事故中的作用已无从得知。

1970年6月，大楼还在建造中，以易的名义向市政当局申请了一系列修改。其中地下室的九根内柱包上砖；一楼的一间商铺建了一间密室。1971年中又申请将一间商铺改为银行。1971年11月底又申请将原设计的两间商铺均转为银行，而这些修改中最不寻常的是为什么要在柱外包上砖，事故后现场发现外包层内还埋上了钢轨，而且有些柱是有混凝土而不是砖包起来的。钢轨由桩台一直延伸到一楼楼板，顶部还有垫板和螺钉与楼板连接成一个整体。显然这是施工阶段就有的，并且是为承力而设计的。然而却没有任何设计书或施工图说明他们的作用，原设计中屋顶没有水箱，修改后的设计在屋顶安装了一个小水箱。而实际安装的是一个3.7m*2.4m*2.4m的大水箱。

1972年9月22日大楼取得主管当局合格证，准予入住。

除了主管当局保存的设计计算书和图纸外，联益大厦的历史细节很难完整。几个主要当事人中，派斯坦纳、莱克西马南和易都已经过世，黄本人也在事故中遇难。对现存的资料调查发现：

（1）有地下室墙的结构施工图，但没有发现设计计算书；

（2）仅有229mm+457mm和229mm*610mm两种柱的设计计算，实际还有其他尺寸的柱子；（3）只有229mm*610mm一个尺寸梁的计算，实际有其他尺寸的梁；

（4）设计书只有9桩桩台的设计，实际还有2桩、3桩、4桩和6桩等多种桩台，桩台设计没有进行钢筋锚固长度、抗弯、抗剪和抗冲切计算；（5）设计屋面板有114mm/127mm和152mm等多种板厚，实际图纸只有100mm一种板厚；（6）计算书和施工图还有多处出入，小尺寸的梁、板施工图的配筋少于计算书给出的配筋。

因此，除了交给市政当局的计算书外，应该还有一套计算书存在。除计算书与施工图纸不符合外，施工图本身也不清楚、遗漏或矛盾。

桩基础施工结束后没有进行桩压测试。事故后调查发现，25号承台明显是两次不同施工浇筑的，两次浇筑间还有粘土和木渣,较大的一部分承台是斜的，外层混凝土内埋有钢轨，柱脚与柱群不同心，承台下有11根桩而不是设计的9根桩。据此可以判断，多余的桩，承台和外包钢轨是因为某种原因在施工阶段后期加上去的。检查其他三个承台也有同样的问题，只是没有25号承台偏心那么严重。对14、24、25和26号承台的检查发现，承台的施工与图纸不符，尺寸不对,配筋少了25%，柱脚偏心，施工质量差，有的地方有进行二次浇筑的痕迹。

1974年5月公用局在检查防火设施时发现屋顶搭建了一个设计中没有的职工餐厅，并行文要求拆除。虽然有文件显示已经拆除，但有证据显示这个违章搭建实际上直到房子倒塌时都还存在。1976年5月，屋顶安装了两个热水器储水桶。1978年8、9月房顶了一个空调用冷却塔。1982年3月公用局发现联益大厦外表过于破旧，发文要求其粉刷外墙。而联益则给外墙贴上了瓷砖，据相关估算贴瓷砖给建筑物额外增加总重为50吨。1984年10月，给房子做保温装修，将普通玻璃换为茶色玻璃，并给一些窗户安装石棉板。除此之外，联益大厦还经历了一些重要的一些修缮，如裂缝修缮等。然而，由于缺乏记录，并且主要当事人黄和主要分包商苏清唐均在这次事故中遇难。许多事实都无从得知了。

早在194年，新世界酒店的一位合伙人Pan Ah Pok就发现酒店三楼有些房间墙上出现裂缝。这些裂缝有的1.5m~2m长，有的达2cm宽黄的到报告后仅简单的用水泥将裂缝补上。但六个月之后裂缝又出现了，1976~1979年，二楼也发现裂缝，有的宽达2cm，这些都简单的补上了。以为给酒店做装修的承包商说他多次告诉黄，228,、328和428有雨水从外墙渗漏进来，黄也没有做任何补救。1980年，一位给二楼夜总会做装修的承包商发现二楼至少五根柱上有不同宽度的裂缝，有的柱子表面的抹灰脱落。还有的柱子外面包有砖层。当他告诉黄时，黄要他只管装修，不用管这些，所以他把胶合板钉到柱子上后用塑料贴面做表面装饰。1985年该承包商再给这家夜总会贴墙纸时发现三根柱的胶合板张开了，并有些涨曲。他没有修补这些裂缝，只是简单地将贴面钉上，贴上墙纸。该承包商还发现天花板上漏水，舞台背后墙上有垂直裂缝。他还帮忙修过几次通往后面车库的门，门框总是弯曲变形。面对这些问题完全没有采取任何措施。1983年夜总会的看门人报告发现银行门口路上一道宽达25cm的裂缝，结果他挨了一顿批，这道裂缝也一直留在那里没有做任何处理。19886年三月14日下午五点半夜总会的妈咪来到夜总会，有人告诉她祈祷房内传出开裂的声音，柱子外包的模板裂开了。7点30分她发现裂缝更宽了。她告诉夜总会经理，经理又告诉黄，黄说没事，是新安装的空调冷却塔造成的。当天下午六点夜总会歌手从化妆室出来时也听到了26号柱传来开裂声。7点15分她返回化妆室时发现门被卡住打不开了，只能叫经理帮忙。7点30分另一个歌手在化妆时安装在32号柱上的镜子突然破裂。其他人也反映这整个夜晚都能听到26号柱上传来的开裂声。当晚11点45分外面有人听到楼上有窗户玻璃掉落的声音。

被告知26号柱和32号柱的开裂声后，黄当晚九点来到现场。他找人用木条支撑着两根柱。支撑的一端在地板上，另一端顶在天花板上斜撑着。

15日，住三楼的一位房客清晨五点听到一声很大的声音，上午11点左右房间的浴缸突然爆破，大量抹灰和混凝土从天花板上落下，9点30分两名负责4、5、6楼房间的工人发现他们做完408和510房间卫生后房间的门关不上了，408房间墙上也出现了以前没有的斜裂纹。在三楼的酒店前台说上午10点45分听到一声巨响，在一楼的银行职员在十点左右听到远处传来闷响，感到了一些震动。另一位职员听说后面 停车场有柱子的抹灰落下来，他赶紧出去将自己的车停到地下车库。在外面他看到黄正指挥人用木条支撑30号柱。当他在11:45左右返回银行是，银行天花板突然打开，整个向下塌下来。

上午9:45酒店一名服务生正在同大楼保安讲话时听到一声巨响，检查之下发现一楼车库的30号柱顶部四面都裂开了，混凝土渣下落，钢筋都能看见了。黄让他和保安的儿子到旁边一个工地搬几根木头来顶，他们搬了一根4~5m长的方木过来顶上，黄要他们再去搬，黄自己则回酒店内同应招前来的承包商谈话。他们搬了另一根方木回来的路上听到一声雷鸣般的巨响，整个大楼倒塌了。

事件结论及后续发展

相关调查表明，结构设计强度不足；施工质量差，多出与施工图纸严重不符；使用过程中施加了额外荷载；在使用过程中多次出现破坏迹象时没采取任何补救措施，最终导致大楼倒塌的惨剧。15年时间证明了一系列的严重错误。

根据现有资料按英国相关规范CP110分析，结构强度严重不足，有些柱的安全系数低于1.在荷载方面，约22吨的屋顶水箱，22吨的银行密室和53吨的外墙贴面和保温装修是原设计中没有的。对于常设计的结构来讲，这些额外荷载并不算大，面对一个强度严重不足的 结构，这就无疑是百上加斤了。那么，联益大厦为什么能存在15年？这可能由于这样几个原因：

（1）CP110取混凝土抗压强度为立方强度的0.67倍，而实际上这个值会高一些；（2）框架间的填充墙能够帮助承担一些荷载；

（3）钢筋的设计强度为250N/mm²，而实际强度会高一些；（4）设计荷载并不是长期作用在结构上的。尽管有这么多的因素，15年后房子还是倒塌了。

调查委员会认为该大楼的设计，承包商的选择、结构的施工和结构的使用维护等四个

方面都存在严重不足。而且这些方面不仅对于本案例，而且对于所有建筑物，尤其是小型建筑物的安全具有普遍意义。因此，今后应该从这四个方面加强监管，以避免类似惨案的发生。调查委员会的建议主要包括：

（1）在设计阶段，所有的设计方案和计算必须经当局指派的独立注册工程师审核；（2）设立施工公司评级制度，某一级别公司不能承建超出其级别允许的工程；（3）加强施工过程的监控，重要工程必须有全日的监理工程师，一般工程必须有工地建工。要有完整的施工、检验、试验记录，关键项目埋封48小时前需通知当局派人验查，实行重要项目临时抽检制度等；（4）除了强化已有的改变用途、装修、改建等的报批审核制度外，一个重大的变化是建筑的周期性检查制度。所有建筑物，除了纯粹用于居住的私人住宅外，每五年要进行一次强制性的结构检验 1989年新加坡建筑管制法令生效，采用了委员会大部分的建议。

经验与教训

正如事故调查委员会所指出的，对于大型工程项目，因为责任重大、后果严重，类似的错误和疏忽发生的几率可能要低得多。因为项目小，建筑物的所有者往往在整个建造过程中能起到决定性的作用。而建筑物所有者的经济利益常常会与公众的安全利益相冲突，这就使得政府监管和工程师严守职业道德变得格外重要。类似的建设事故相信没少在我们周围发生，而且有许多正在发生。一个能站立15年的建筑物也不一定是一个安全的建筑物。对于广大土木工程专业的学生乃至工程师来说，这是一个需要我们谨记深思的案例。这个事件是新加坡土木工程史上的一个标志性事件，以该事件为契机，一系列的法规制度、培训改革被引入或加强，使得新加坡土木工程的监管和实践水平上一个新台阶。

第三篇：【行业分析】隧道盾构掘进机报告

隧道盾构掘进机免费报告-我国隧道盾构掘进机技术的发展

现状

盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。

我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构

掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。

1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。

1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。

1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。

1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。

1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1～-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。

90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台φ3.8～6.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.5～3.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手φ7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。

1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。

1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台φ2.2m泥水加压平衡顶管机，用于上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进1220m。1999年5月，上海隧道股份研制成功国内第1台3.8m×3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m，建成2条过街人行地道。

2000年2月，广州地铁2号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的2台φ6.14m复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。

网格挤压式盾构掘进机的应用

1965年6月，上海地铁60工程区间隧道采用由隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台φ5.8m网格挤压型盾构施工，总推力为3.724×104kN。隧道覆土约12m，掘进长度2×600m。盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响。1967年7月，地铁试验工程完成，这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道。1967年3月，上海打浦路越江公路隧道采用φ10.2m网格挤压型盾构，掘进总长1324m。盾构总推力达7.84×104kN。盾构穿越地面以下深度为17～30m的淤泥质粘土层和粉砂层，在岸边段采用降水全出土、气压全出土和局部挤压方法施工，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。

1970年以来，上海又用网格挤压盾构在长江边和海边建成了6条φ3.6～4.3m的排水及引水隧道。北京、江苏、浙江、福建等省市也用盾构法建造了各种不同用途的小直径隧道。

1983年，上海建设第2条黄浦江越江公路隧道一延安东路隧道。1476m圆形主隧道采用盾构掘进施工，其中500m穿越黄浦江底，500m穿越市中心区建筑密集群。为提高掘进速度和确保隧道沿线的构筑物安全，上海隧道公司自行设计研制了φ11.3m网格型水力出土盾构，这是在网格挤压型盾构基础上发展起来的新颖掘进机。网格上布有30扇可开启和关

第四篇：铁路隧道塌方事故案例分析

隧道塌方事故案例分析

洛湛铁路（茂名段）古榄隧道7.15坍塌一般事故

一、工程及事故概况

洛湛铁路（茂名段）古榄隧道进口里程为DMK480+725，出口里程为DMK484+295，全长3570米。建设单位为广铁集团公司，施工单位为中铁**局，设计单位为铁道第**设计院，监理单位为广东**监理公司。当时进口掌子面施工里程为DMK481+181，仰拱及仰拱填充里程为DMK481+150，二衬里程为DMK481+105。塌方中心里程约DMK481+150，离进口洞门425米，围岩为V级，涌水量大。

洛湛铁路（茂名段）古榄隧道于2008年7月15日晚19：30时，开挖DMK481+150～+155段5米仰拱时，仰拱基坑基本开挖到位，挖机已退到DMK481+148填充面上对上述段进行清底作业。当时掌子面处于停工状态，无人作业，仰拱开挖现场只有领班1人，汽车司机1人，挖掘机司机1人。22：35时在没有明显征兆的情况下，隧道左侧边墙突然发生掉块，随即洞内发生大面积坍塌，立刻将DMK481+148里程前后完全掩埋。供电线路瞬间受损，隧道洞内一片漆黑。现场领班郭朝华快速跑向洞口方向，汽车司机杨正林驾车幸运地安全撤出危险地段。挖掘机司机陈其宝，正在挖掘机驾驶室内操作，不幸困在坍塌体内。事故发生后，现场及时组织了紧急搜救。由于塌方体极不稳定，救援工作异常艰难，抢救作业面多次发生险情。为保障抢救人员的安全，经抢险指挥部决定于7月23日停止对被困挖掘机司机的搜救，由设计单位出具加固处理设计方案后，再由施工单位对塌方段按设计方案进行处理，并进一步调查事故原因和搜寻被困人员。

古榄隧道DMK481+150~+155塌方段围岩地质情况，揭示围岩为强风化砂岩夹页岩，局部为全风化，岩体破碎，裂隙纵横交错,层理产状不规则,岩层风化严重，多数呈软弱夹层产出，局部岩层层理接近水平状，岩体裂隙水和孔隙水丰富，受裂隙水和地表水渗透后，岩体自稳性差。

二、塌方段原因分析

针对DMK481+150~+155产生塌方事故发生的原因

1、主观原因分析：

（1）对新奥法理论认识不足：A如下台阶施工到仰拱施作时间间隔过长，达50天间，在软弱破碎围岩地段,使断面及早闭合,以有效地发挥支护体系的作用,保证隧道的稳定性，在实施中未能认识到早封闭的作用。B强支护方面，原材料粗骨料5~10MM碎石含泥量偏高现象时有出现，不能保证初支砼强度，格栅钢架间距过大，格栅钢架连接角钢厚度不能满足设计厚度要求，砂浆系统或锁脚锚杆未能形成有效单元整体，节点角钢厚度不足，刚度达不到承受钢架整体受力要求，角钢变形扭曲等现象造成锚杆,格栅钢架,喷射初支砼等未能发挥支护抗力，支护结构与围岩未能粘结紧密,两者共同工作,形成无弯矩结构，隧道围岩形成塑性滑移楔体,造成支护结构的剪力破坏，强支护形同画在图纸上，落实在施工方案上，实施中大大缩水。C勤量测在实际施工中,未能按规定时间、规定频率、固定专业人员进行量测,持久操作，信息未能及时反馈,导致施工指导失误,预防措施不力而造成塌方。

（2）采用施工方法和措施不当：施工中存在施工方法与地质条件不相适应,地质条件发生变化,没有及时改变施工方法；如在V类围岩中未能采用三台阶开挖，上、下台阶未能短掘进，仰拱及时紧跟施作，下台阶在裂隙水极其丰富的围岩中，采用两侧错开拉槽开挖支护施工，后松土回填二侧，初支底脚形成蓄水池，长时渗透围岩，软化围岩基脚，当开挖仰拱时，初期支护抗力小于破碎围岩承压力时,围岩急剧变形引起塌方。

（3）施工工艺操作欠规范，如施工过程中存在的格栅钢架连接钢筋焊接不饱满，焊缝长度不能满足规范要求，钢架底托槽钢未能按照设计施作，上、下台阶初支砼结合处围岩泥土未能清除彻底，结合处初支砼出现夹层带，侧压应力过大等工艺操作不符合施工技术规范要求，也是引起塌方的内在因素。

（4）DMK481+150～+155段为强风化砂岩夹页岩，局部为全风化，岩体破碎，裂隙纵横交错,层理产状不规则,岩层风化严重,多数呈软弱夹层产出，局部岩层层理接近裂隙块状结构，整体性差，初期支护未早封闭，形成整体刚体结构。

（5）近期连降暴雨，6月1日~7月15日，暴雨20天，中到大雨12天，总降雨量623.8毫米，受雨季强降雨水渗透作用影响，地表水沿裂隙通道渗透，使拱部围岩受侵蚀，软弱夹层软化，强度降低，造成隧道初支背后水土压力增加，围岩力学性降低，自稳性差。

（6）DMK481+150～+330段最大埋深约41．6 m，最小埋深约为9.7 m，右侧径向最小埋深为平均21．6 m，较浅，加之地表山体陡峻，由隧道塌方顶部可见，偏压段也是诱发塌方处渗透地表水因素而导至塌方。

2、客观原因分析：

（1）施工监控管理不到位,质量意识,安全意识不强也是造成塌方的另一个重要原因,常存在的施工质量问题锁脚锚杆未按照设计数量施作，锚杆砂浆不饱满或强度尤其早期强度不足;喷砼强度厚度达不到设计要求;钢支撑未完全由喷射砼包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙及钢支撑未置于稳定坚固的基础上等.以上质量问题直接造成支护抗力未达到设计要求或围岩未粘结紧密使无弯矩结构产生弯矩而导致塌方。

（2）现场监理工作不到位，少数监理人员有消极思想，管不住，管不了就放弃的错误思想，任凭作业队我行我素施工。

（3）以上原因分析认为，认为造成事态的主要原因是客观原因造成的。

三、事故措施

1、认真进行事故分析。7月24日，指挥部召集中铁**局、M1标项目部、广东**监理公司及其JL1标监理部、铁**院、铁**院洛湛项目部负责人及指挥部全体人员开会。要求施工单位从设备、管理和技术人员的投入与投标承诺的兑现、安全质量保证体系、管理制度、施工组织、工艺和作业指导书、图纸审核和技术交底、原材料进场检验与试验、混凝土施工配合比、隧道开挖施工过程的管理与质量安全、控制、隧道初期支护钢架的加工、安装与喷射混凝土施工、“三检制度”的执行、混凝土的养护与试验、监测、连续强降雨异常天气情况下的应急措施等方面进行反思分析；要求监理单位从公司对监理部的管理体制与考核，投入的人员、设备与投标承诺的兑现情况，工点监理人员的资历与工程的相符性，对施工单位的安全质量保证体系的检查，平行检验、见证检查、旁站、隐蔽检查，问题整改的督促落实情况等方面进行反思分析。通过认真、深刻的分析，找出事故发生的原因，确定各单位应承担的责任，制定整改措施。

2、加强现场监督整改。指挥部由副指挥长***、工程部长***、主管工程师***等组成工作组，进驻古榄隧道工地，督促和监督施工单位整改存在的问题、严格按照规范进行施工，同时督促监理单位严格履行监理职责。并准备在M1标古缆隧道工地设置长期的工作小组进行盯控，直至工程完成。

3、组织参观学习。指挥部立即组织各施工单位项目部和作业队负责人参观中铁**局施工的立新隧道。

4、完善有关管理办法。指挥部立即完善和落实内部各岗位的安全责任，制定并公布本段安全、质量管理考核办法、监理工作考核办法，将考核细化到各工点、工区、工序。

5、加大考核力度。指挥部与各施工、监理单位补充完善施工合同中有关安全、质量考核兑现条款，加大考核力度，签订工程建设包保责任状，实行风险抵押金制度，订立安全、质量责任状。

6、加强指挥部力量，增加安质部和工程部人员。向集团领导请示，请求调配隧道专业人员；指挥部已从综合部调1人到安质部，使安质部人员从3人增加到4人，最后调整到5人。

7、要求M1标项目部尽快完成人员调整，调整、完善施工组织方案，并将调整后的方案报往起上级审批后上报指挥部；完善有关制度和安全质量保证体系，确保人员、设备、材料的投入，强化对作业队的控制，真正做到管理标准化、作业标准化。中铁**局要对M1标全标段进行安全质量隐患排查，建立隐患登记台帐，制定整改方案，落实整改责任，限期进行整改治理，并将整改方案

四、责任处理

1、由于施工单位中铁**局洛湛铁路M1标项目部未严格兑现合同造成事故，给予扣款20万元，同时建议中铁**局对相关责任人进行罚款，同意中铁**局**公司撤换M1标项目经理的报告。

2、由于监理单位广东**监理公司洛湛铁路JL1标监理部未严格兑现合同造成事故给予扣款5万元，同时建议广东**监理公司对相关责任人进行罚款，对该工点的监理给予开除。3、7月份指挥部全体人员扣减月度生产奖30%，并再对指挥长、书记扣月度生产奖2500元，副指挥长、总工扣2200元；副总工程师扣2000元，工程部、安质部部长及主管工程师分别扣2500元和2100元。

4、至艺监理公司JL1标监理部要对现有人员进行清理，对不合格人员予以清退；配齐人员和设备，保证人员素质；强化监理检查手段；对全标段进行安全质量排查，限期整改，并将整改结果报指挥部。至艺监理公司要对有关责任人进行严肃处理，并将处理结果在其公司内通报，同时抄报指挥部。

5、全线各参见单位要认真吸取7.15事故教训，举一反三，采取有力措施，加强力量、加强管理，严格按设计、规范施工，防止事故的发生。

第五篇：上海地铁盾构隧道纵向变形分析

上海地铁盾构隧道纵向变形分析

【摘 要】隧道若发生纵向变形将严重影响到隧道结构的安全。分析探讨了纵向变形的发生、变化情况以及隧道结构和防水体系所允许的纵向变形控制值。结合工程实践,对隧道发生的典型沉降曲线规律进行了深入的分析,其结论对有效控制隧道纵向变形具有指导意义。【关键词】隧道;通缝拼装;纵向变形;环缝;错台;防水;失效

至2020年,上海将建成轨道交通运营线路达到20条、线路长度超过870 km以及540余座车站的网络规模。这其中,以盾构隧道结构为主的地下线路几乎占到一半。控制隧道纵向变形是确保隧道结构安全的重要因素之一。在研究隧道纵向变形时,我们首先要关注这种变形是以何种方式发生、又是如何发展变化以及隧道变形控制值是多少等问题,本文对这些问题进行了分析探讨。

1、盾构隧道结构和构造设计

盾构法隧道是由预制管片通过压紧装配连接而成的。与采用其它施工方法建成的隧道相比,盾构隧道明显的特点就是存在大量的接缝。1 km长的单圆地铁盾构隧道需要五~六千块管片拼装而成,接缝总长度约是隧道长度的20余倍。因此,盾构隧道的多缝特点已成为隧道发生渗漏水最直接或潜在的因素之一(见图1)。在盾构拼装结构中,接缝有通缝和错缝之分,现以单圆通缝盾构隧道为例进行隧道纵向变形分析。1.1 盾构隧道结构与构造设计 1.1.1 管片厚度、分块及宽度

单圆通缝隧道管片厚度350mm,管片为C55高强混凝土,抗渗等级为1 MPa。一环隧道由6块管片拼装而成(一块封顶块F、两块邻接块L、两块标准块B和一块拱底块D),圆心角分别对应16°、4×65°和84°(见图2a)。封顶块拼装方便,在拱底块上布置了两条对称的三角形纵肋。整个道床位于拱底块内,底部没有纵缝,对底部环缝渗漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低处理底部渗漏水的难度。

1.1.2 纵缝和环缝构造

在管片环面中部设有较大的凸榫以承受施工过程中千斤顶的顶力,可有效防止环面压损,既利于装配施工,又易于整个环面凹凸榫槽的平整密贴,提高管片外周平整度;并可提高环间的抗剪能力,控制环与环之间的剪动,同时也可减少对盾尾密封装置的磨损。靠近外弧面处设弹性密封垫槽,内弧面处设嵌缝槽。环与环之间以17根M30的纵向螺栓相连,在管片端肋纵缝内设较小的凹凸榫槽,环向管片块与块之间以2根M30的环向螺栓压密相连,能有效减少纵缝张开及结构变形,环、纵向螺栓均采用热浸锌或其它防腐蚀处理。

这种构造设计使得隧道在拼装完成后形成具有一定刚度的柔性结构,环向面之间以及纵向面之间可以达到平整密贴装配,既能适应一定的纵向变形能力,又能将隧道纵向变形控制在满足列车运行及防水要求的范围内;同时,满足结构受力、防水及耐久性要求。

错缝拼装与通缝拼装略有不同,其拼装方式是隔环相同,拱底块不设三角肋,在道床底部有一条纵缝, 6块管片所对应圆心角分别为20°、2×68.75°、3×67.5°(见图2b)。不论是通缝还是错缝拼装,隧道总体上呈“环刚纵柔”的特点。

1.2 装配隧道对纵向变形的适应性分析

错台是指两环隧道之间发生的径向相对位移,隧道纵向变形的适应性是指在保障隧道结构安全前提下各组成构件所允许的最大环间错台量。从以下几方面分析各自对环间错台量的适应情况。1.2.1 环面构造对错台量的适应性

如图3a示,在管片环面中部设了较大的凹凸榫槽。因环面装配部位的凹槽比凸榫稍大,存在约8mm的极限装配余量,可允许凸榫在凹槽内沿着径向作微量移动或滑动。这种环面间的相对移动表现在隧道壁上就是错台现象(见图3)。无论环面凹凸榫槽的初始装配关系如何,当环间错台达到4~8mm时,凸榫的顶部边缘将与凹槽的底部边缘相接触,若继续发生错台,凹凸榫槽将发生剪切。应当说环面上设置的凹凸榫槽对提高环间的抗剪切能力是有益的。从环面构造可知,当环间错台量超过4~8mm时,环面缝隙将按线性张开。所以, 4~8 mm错台量应是环面装配和错台的控制值。1.2.2 密封垫对错台量的适应性

在环面上靠近外壁约30 mm处设有密封垫(现多为三元乙丙橡胶材料),按照设计构想,理想装配条件下密封垫径向宽度的重叠达23 mm,并可抵御环面间张开4~6 mm而不会发生渗漏水。通过对密封垫试验和数值计算分析发现,当环面之间发生错台时,密封垫表现出复杂的形状,不同部位呈拉压剪等十分复杂的受力状态。从理论上讲,当环间错台量为4~8 mm(甚至更大一些)时两块压紧状态的密封垫是不会产生渗漏水的。由于环面上的密封垫不是完整的(分别粘贴在12块不同管片上),装配后单侧整环密封垫长达19.415 m,且存在许多棱角组合,加之防水材料质量及施工技术条件等制约因素,多数渗漏水发生在错台量<8 mm(甚至更小)的情况下(见图4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓对错台量的适应性

为便于管片拼装紧固,一般螺栓孔设计的要比螺栓稍大,螺栓孔径为35mm,螺栓直径为30 mm,在管片拼装或产生错台时可允许螺栓适当调整。当环间错台量较小时,螺栓会随管片发生移动,螺栓拉伸量相当有限。不论螺栓与螺栓孔的初始装配关系如何,在错台量达到6~12 mm后,螺栓孔与螺栓的对应位置关系都趋于极限,螺栓将发生拉弯,同时对手孔部位的混凝土产生压剪作用。因手孔部位增强了配筋,螺栓会在手孔部位的混凝土压坏之前先于拉坏。

通过以上分析可知,隧道环面构造、防水体系及螺栓等在隧道发生变形过程中所起的作用不尽相同,对错台量的适应性也并不完全一样。但将它们装配成一条完整的隧道后就必须要求管片间的变形要协调,即只有当错台量同时满足结构抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求时,隧道安全才有保障。受管片制作、拼装施工、密封垫质量等因素的影响,通常在隧道投入运营之初,环缝、十字缝或管片接缝处就已发生了渗漏水,隧道在施工过程中已经用掉了大部分结构变形和防水预留量,而留给运营期间允许发生的变形余量非常少。因此,综合多方面因素,将环面间的错台量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道纵向变形分析

在隧道防水设计中,一般取纵缝和环缝张开量来确定密封垫的性能,弹性密封垫在隧道张开量达到4~6 mm时还具有防水能力。但隧道纵向变形究竟是以隧道顶底部刚性张开方式还是以环面错台方式进行的?或是两者兼之?下面分别对两种情形进行讨论分析。

2.1 假定隧道纵向变形是以刚体转动的方式进行的

将单环隧道假定为一个理想的刚体,允许环与环之间发生小角度θ的刚体转动,隧道顶(底)部张开量Δ,形成隧道纵向沉降变形(见图5)。当隧道发生沉降时,隧道顶部压紧,底部张开(或闭合)量Δ;反之,隧道顶部张开Δ,底部压紧。根据刚体转动几何条件,隧道环宽w、直径D、环间张开(或闭合)量Δ及隧道纵向沉降曲线半径R之间有如下几何关系:

当取环宽为1.0 m、隧道外径为6.2 m,隧道纵向沉降(或隆起)与环缝张开关系见表1。若依此计算,当环缝张开量为6 mm时,隧道防水已经失效。但在隧道实际变形中,如此小沉降半径(甚至更小)是存在的,但防水体系并没有发生失效现象。这说明将隧道纵向变形视作整环隧道刚体转动的假定与隧道实际发生的纵向变形有着较大出入。在已建隧道中,隧道长度与直径之比L/D>150,隧道纵向端点与车站锚固联结,车站刚度较大,而且隧道与周围土层之间存在一定的抗剪力,对隧道沿纵向移动有较大约束,加之管片之间螺栓紧固作用等,对隧道整环发生刚体转动或沿纵向产生较大的水平位移(缝隙)起到极大约束作用。一般情况下,沿隧道纵向难以产生较大的环间缝隙或刚体转动。

2.2 假定隧道纵向变形是以环间错台方式进行的

从上述分析得知,隧道环与环之间可以发生小量级的错台而不破坏隧道的安全性,假定隧道纵向变形曲线视作是由环与环之间发生不同错台而形成的,现分析沉降曲线为等圆的错台情况。将最下部的一环定为第1环,称之为基准点,第1环隧道底部与沉降曲线最低点之间沉降差定义为初始错台变形δ1,第2环与第1环之间的错台变形量δ2,第i环隧道与i-1环之间的错台变形量δi。根据图6a示,第一环的初始错台量为δ1,则有:

根据表2和图6分析可知:①沉降曲线半径越大,沉降影响范围越大,环间错台发展速度越缓慢;反之,沉降曲线半径越小,沉降影响范围越小,环间错台发展就越快(即错台很快就超出安全控制值)。②沉降曲线半径越大,沉降范围内的累积沉降量越大。由式(3)可以看出,即使环间的错台量是一个较小的数据,但在一个较大范围的隧道累计变形量来说仍然很可观。③即使在等半径沉降曲线上,不同距离的环间错台量是不同的。由式(2)可知,距离基准点越远,环与环之间的错台变形量就越大。

隧道安全取决于隧道结构和防水体系的安全,通过对隧道的长期现场监护监测发现,隧道结构沉降变形和防水之间又是相互影响和相互促进的,隧道渗漏水会引起隧道变形加大,隧道变形加大又会加剧隧道渗漏水,形成恶性循环。

在隧道发生渗漏水的许多部位,沉降曲线半径超过15 000m,满足隧道纵缝张开的设计要求;在发生较大沉降变形区段,沉降曲线半径远小于15 000m,隧道没有发生渗漏水,也未发现隧道顶底部的转动张开;在几处发生过险情的隧道区间,隧道沉降半径远小于500 m,发生漏水的整环隧道多位于沉降曲线的直线段,个别环间错台量达数厘米,在隧道内壁上表现为明显错台形式。理论分析和隧道发生渗漏水的实际情况都证明了隧道纵向变形方式是以环间错台方式进行的,将隧道纵向沉降曲线视作是由一系列环间错台构成的这一假定是合理的。

2.3 隧道纵向变形过程分析 在隧道发生沉降(隆起)后,隧道总长度增加,沉降变化越多,变化量越大,隧道总长度增加量就越大。当错台量较小时,隧道纵向增加量较小,可用下式来表达:

当错台量超过4~8 mm时,隧道纵向长度计算还应考虑纵向环面缝隙的增加量w0。下面根据不同程度的错台量对隧道结构安全和防水影响进行分析:(1)当环间错台量为1~4 mm时,这个量级的错台可以通过隧道环面构造设计本身加以调整,但会对密封垫产生一定的拉压作用。从几何意义上讲,变形前密封垫径向重叠厚度至少可达约23 mm,发生错台后密封垫仍可保持约19 mm的重叠厚度。根据式(4)计算,若错台为1 mm,单环隧道增加长度0.005 mm;若环间错台4 mm,单环隧道增加长度0.008 mm。这个量级的小错台量引起隧道纵向长度的增加非常小,环间缝隙宽度不增加。

随着环间错台量的增大,密封垫不同部位表现为十分复杂的拉压剪等受力状态,密封垫一般不会发生渗漏水现象,但环面间的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道发生渗漏水的概率大为增加。纵向连接螺栓或将进一步发挥抗拉作用,对手孔部位的混凝土施加低水平的压剪作用。

(2)当环间错台量达4~8 mm时,即在前一阶段变形基础上继续发生错台4 mm(见图3b)。不论环面凹凸榫槽最初装配位置如何,此刻凹凸榫槽处在极端配合状态,凸榫顶边缘与凹槽底边缘相接触,凹凸榫槽直接发生剪切,螺栓也处在进一步拉紧状态,密封垫的变形和受力状态也随错台量的加大而加剧,但密封垫径向重叠厚度仍可达15 mm。根据式(4)计算,若错台达到4~8 mm,单环隧道长度增加将达0.032 mm。这个级别的错台引起隧道总长度的增加量依然很小,环间缝隙宽度不增加,但密封垫之间、密封垫与管片之间都可能会直接发生渗漏水现象,环间防水能力被极大削弱,隧道发生渗漏水的几率成倍增加,必须引起警惕,采取措施控制错台的进一步发展。

(3)当环间错台量达8~13 mm时(见图3c),环面凹凸榫槽已发生直接剪切,凹凸榫槽局部会出现裂缝,而导致防水失效,这个错台量会引起环面凹凸榫槽出现“艰难爬坡”现象,环间缝隙呈线性扩大,螺栓被拉流。尽管密封垫径向重叠厚度仍有10~15 mm,但因管片局部发生破坏、环面间缝隙超过防水标准而失去防水作用。根据式(4)计算,若环间错台量达到13mm,隧道长度增加迅速,单环隧道增加量也达13.083mm,环缝张开量将迅速增加超过6 mm,环间防水体系基本失效,将会有大量水土流入隧道,环缝漏水严重。图7是整环隧道发生竖向错台示意图,当环间发生竖向错台时,依附于管片上的密封垫将随同管片一起发生错台。在隧道顶底部位错台最为显著,其它部位并不明显,但此时环面上凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈直线方式发展。隧道处于此种状态十分危险,若变形继续发展,后果不堪设想。

(4)当环间错台量为13~23 mm时(见图3d),环面间持续剪切导致凹凸榫槽结构进一步破坏,防水体系完全失效,凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈线性发展直至结构失稳,尤其当隧道下卧土层是砂性土层的状况时风险性更大。

分析表明:①若错台量在几毫米以内,隧道总长度增加量很少,环间缝隙宽度并不增加,隧道结构安全尚处在可控状态,但会大大削弱密封垫的防水效果;②若错台量超过环面凹凸榫槽配合极限之后,环间缝隙按线性发展,管片会发生破损、防水失效等现象,给隧道安全带来灾难性威胁。因此,径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,还将导致隧道纵向水平位移(环面缝隙)的增加。

以上仅是对隧道竖向发生径向错台进行分析,实际上隧道发生纵向变形远比此复杂。隧道在装配完成受力后其环面并不是一个真圆,环面凹凸榫槽的装配关系随之发生变化,这些变形会沿着隧道纵向进行传递,隧道纵向和横向变形在一定范围内相互影响。

3、隧道纵向变形典型曲线及工程实例 3.1 隧道纵向沉降典型曲线

图8是典型纵向沉降曲线,沉降曲线呈对称漏斗型。一半曲线是一条反S沉降曲线,曲线的上部向下弯曲,下部向上弯曲,中间呈直线段变化。可将曲线划分成三段,现逐一分析如下: 第一段为向下弯曲段(沉降加速段)。该段隧道受扰动影响较小,环间错台较小,纵向变形量小,环与环之间的错台迅速变大,环间缝隙基本上没有张开,也不发生渗漏水,此阶段的纵向变形累计量较小。

第二段为直线变形段(沉降均速段)。该阶段隧道受扰动影响较大,该段环与环之间的错台量较大,凹凸榫槽相扣处在剪切状态,错台基本上呈直线型发展,没有明显弯曲,纵向沉降累积量迅速变大,环间缝隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段为向上弯曲段(沉降减速段),也是最后一个阶段。该段环与环之间的错台变形由大变小,曲线呈向上弯曲状,此阶段的纵向累计沉降量达到最大。

近年来发生的几起隧道险情大沉降与上述隧道纵向变形曲线非常吻合。3.2 工程实例

(1)图9是上海轨道交通2号线某停车场出入库线下行线隧道泵站发生事故后形成的沉降曲线。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道发生了较大错台变形,个别环间错台量达到数厘米,最大累计沉降量达26 cm,后经及时抢险才得以控制隧道危情。

(2)4号线大连路区间隧道因结构存在固有缺陷导致隧道漏水漏砂,环间发生了较大错台沉降,纵向累计和差异沉降变形都很大,环间发生错台量达到3~5 mm,累计沉降达9 cm,影响范围超过100m,后经及时发现抢险并最终得到根治。环间过大的错台变形势必会引起隧道结构开裂,导致隧道受损或破坏,防水体系失效,给隧道结构安全带来直接威胁,多处隧道发生的纵向大变形验证了这一变形过程。

4、结语

本文通过对地铁盾构隧道纵向变形进行分析,得到如下结论:(1)地铁盾构隧道纵向变形基本上是以径向错台方式进行的。

(2)径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,同时会引起环缝间隙按线性发展,导致隧道结构损坏、防水失效。必须严格控制各类因素引起的环间错台量。

(3)研究了不同沉降曲线半径的环间错台变化规律,等半径沉降曲线上不同位置的错台量是不同的。结合工程险情研究了典型的隧道沉降曲线。

(4)隧道安全与隧道结构变形和防水密切相关,防水的成败关系到其长久安全,“见水就堵”是十分重要的。这些分析结论进一步加深了对隧道发生沉降方式和变形控制值的认识,对指导地铁盾构隧道安全监控具有重要的意义。