(4) Устойчивость забоя.

Важным показателем того, насколько хорошо построен туннель, является степень его воздействия на окружающую среду, и это особенно проявляется при прокладке туннелей в городских районах, где контроль за выемкой грунта в процессе строительства является ключевой технологией, влияющей на его качество. Если опорное давление слишком низкое, большое количество грунта забоя попадет в камеру давления, вызывая чрезмерное оседание грунта и даже его обрушение. Если опорное давление слишком высокое, оно легко вызовет поднятие поверхности, что негативно повлияет на сооружения в округе. В то же время среда в напорной камере подвержена колебаниям опорного давления из-за ранее существовавших стратиграфических условий, происходит дополнительное влияние на устойчивость забоя (геологический риск + антропогенный риск).

(5) Нарушение герметизации в хвостовой части щита.

Вероятность возникновения риска разрушения при нарушении герметизации в хвостовой части щита считается низкой, но если нарушение произойдет, то может иметь серьезные последствия, если своевременно не принять меры. Если глинистая вода проникнет в туннель через щель в уплотнении хвостовой части щита, произойдет сильная осадка грунта из-за вымывания. Если работы будут проводиться под рекой, произошедший обвал дна может повлиять на строительства всего туннеля. Поэтому, если такой риск возникает, необходимо принять эффективные контрмеры для его устранения. Если строительство ведется под водой, то при необходимости применяют метод замораживания для восстановления герметичности (риски, связанные с оборудованием).

(6) Проходка на твердых и слабых грунтах.

Крайне трудно контролировать расположение туннелепроходческого щита при выполнении работ в твердых и слабых грунтах, которые разнятся между собой по различным характеристикам. В соответствии с геологическими особенностями можно контролировать работу гидроцилиндра, в твердых участках добавить давление, в участках со слабым грунтом, наоборот, убавить.

(7) Замена ножей под сооружениями.

Замена ножевой части под сооружениями составляет определенную сложность. При преодолении нижней части сооружений по правилам необходимо быстро пройти проходческому щиту о своевременно бетонировать, чтобы снизить возможность обвала сооружений.

(8) Стратиграфический перерыв и неравномерная седиментация.

При проходке щитом риски стратиграфического перерыва и неравномерной седиментации главным образом вызваны избыточной экскавации. Контролируя количество разрабатываемого грунта, можно снизить возможность возникновения данных рисков, контролируя улучшение остатков почвы, уменьшая эрозию почвы, контролируя неравномерную седиментацию пластов (искусственные риски).

(9) Наличие преграждений во время забоя (валуны и т. д.).

Наличие подземных преград может негативно повлиять на проходку щита: во-первых, может быть доставлен ущерб резцовой головке и ножевой части, поэтому невозможно производить забой, что повлияет на строительные сроки. Если резцовая головка сломается, то для его замены нужно будет тратить дополнительные средства, а также из-за особенных подземных условий добавляет трудностей произвести данную замену; во-вторых, появление преграждений может привести к внезапному увеличению крутящего момента, что повлечет за собой поломку главного привода. Причинами таких поломок являются неполнота проведенных изысканий, не до конца собранные материалы.

(10) При производстве работ в речных условиях земляное покрытие маленькое, давление воды большое, возможность поднятия самого туннеля большая, необходимо предотвратить излишнюю приподнятость. Это можно сделать, увеличив вес в самом туннеле или надавить на поверхность земли (геологические риски + риски человеческого фактора).

Факторами всплытия тюбинга является положение щита и тюбинга, движущаяся сила гребного гидроцилиндра, состав и давление при синхронной цементации, характеристики соединения тюбинга и т. д.

1. Положение щита: ось щита относительно оси туннеля наклоняется, тюбинг подвергнется большой эксцентричной нагрузке и усилию вверх из хвоста щита, преимущественно принимать на себя воздействие характеристики пластов, уровня эксплуатации щита, продольного уклона туннеля и т. д.

2. Продольная жесткость туннеля: продольная жесткость тюбинга и тип соединения тюбинга, способ сборки и др.

3. Длина не затвердевшего участка суспензии и плавучесть суспензии на сегменте: длина не затвердевшего участка суспензии зависит от времени затвердевания суспензии и скорости строительства. Плавучесть суспензии на на сегмент в основном влияют свойства жидкого навоза (вязкость, осадка и т. д.) и условия грунтовых вод. В соответствии с реальной ситуацией очень сложно определить время затвердевания суспензии и величину плавучести суспензии на сегменте.

4. Свойства пласта и состояние грунтовых вод: чем слабее пласт, тем меньше коэффициент сопротивления пласта, тем легче сегменту деформироваться; чем слабее пласт, тем хуже водопроницаемость и избыточное давление поровой воды вероятно, и сегмент выдержит большую плавучесть. Если богатый водой пласт имеет высокую водопроницаемость, грунтовые воды будут разбавлять суспензию, влияя на время ее гелеобразования и свойства суспензии.

Принятые меры:

1. Использование раствора с регулируемым временем гелеобразования или затвердевающего раствора с большим содержанием песка (при синхронной затирке обычно используется инертный раствор, который имеет большой объем утечки и не обладает прочностью, что приведет к всплыванию сегмента и в последующем этапе строительства туннеля образуется большой осадок, трещины в грунте дома и другие последствия).

2. Соответствующая форма стыка должна быть принята в соответствии с условиями пласта.

3. Контролируйте положение щита.

4. В соответствии с измеренным подъемом туннеля во время процесса продвижения, чтобы гарантировать, что отклонение оси туннеля контролируется в пределах допустимого диапазона, ось выемки туннеля может быть соответственно ниже проектной средней линии туннеля.

5. Затемнение трех сегментов кольца в задней части хвостовика экрана (двойной жидкий раствор каждые 3–5 колец) используется для уменьшения плавучести туннеля.

(11) Застревание щита.

В процессе проходки щита из-за изменений пластового давления грунт вокруг щита сжимается, вызывая чрезмерное трение между кожухом щита и почвой и заторы щита (геологический риск + риск оборудования).

Наиболее часто встречающиеся феномены застревания щита это застревание хвоста. Можно проектировать комплект контуров нагнетания для шарнирной системы щита, чтобы увеличивать растяжение гидроцилиндра к хвосту щита.

2.4.3. Система предотвращения рисков «Три начала и четыре умения»

При производстве работ туннелепроходческим щитом необходимо придерживаться концепта «Три начала и четыре умения», под которым подразумевается: «начинать работы с геологических изысканий и контролировать риски при производстве работ щитовой проходкой; начинать c раскрытия потенциала щита и спланировать ключевые позиции щитовой проходки; начинать содействие эффективному результату с научного менеджмента и раскрывать передовые особенности щитовой проходки». Это делается с целью обеспечить «умение проникнуть, устоять, выйти и выдержать» щитовой проходки при производстве работ. Данный принцип описан на рис. 2-19.

Рис. 2-19. Концепция «Три начала и четыре умения»

При производстве работ бывают риски геологические, производственные и связанные с человеческим фактором. Необходимо усиливать геологические изыскания и проводить дополнительные работы, чтобы «уйти» от геологических рисков; с помощью геологической адаптации проходческого оборудования спрогнозировать риски; с помощью профессиональных контрольных мер и научного менеджмента обойти риски, вызванные человеческим фактором. Другими словами «Три начала» ключевых технологий проходки означают: «начинать работы с геологических изысканий, начинать c раскрытия потенциала щита, начинать содействие эффективному результату с научного менеджмента».