盾构机出洞方案

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目录一、编制依据1二、工程概况1三、水文及地质1四、施工总体部署与进度安排2五、盾构的到达施工35.1盾构到达施工工艺流程35.2到达施工前的准备工作35.3到达时盾构的推进8六、盾构的调头施工116.1调头前准备116.2盾构调头作业流程116.3盾构机调头13七、施工技术保证措施19八、安全保证措施19九、应急预案2022 工~文区间盾构机到达、调头施工方案一、编制依据1、《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003年版）。2、《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）。3、《沈阳地铁盾构施工技术要求（暂行）》沈地铁司发[2008]2号。4、《沈阳地铁工程重大危险源管理办法》沈地铁司发[2009]62号。5、《关于进一步加强盾构施工安全管理工作的通知》沈地铁司发[2009]63号。6、沈阳地铁盾构施工相关设计文件。二、工程概况工~文区间线路是自工业展览馆站出发，沿青年大街由北向南至文体路站为止,区间隧道为单洞单线圆形断面，右线起点设计里程为K12+396.425，左线起点设计里程为K12+396.423，终点设计里程为K13+696.3，区间右线长度为1302.180m，左线长度为1302.182m。本区间设两个联络通道，设置里程分别为K12+791.501和K13+230。本区间盾构从文体路站右线始发，到达工业展览馆站调头后再从工业展览馆站左线始发，最终从达文体路站左线吊出。三、水文及地质本区间地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水主要含水层厚度30.0～30.7m，主要赋存在中粗砂、砾砂及圆砾层中，由于左右线到达井均采用降水井人工降水，稳定水位埋深将达到管片结构1m以下。区间右线到达工业展览馆站时管片埋深24.5米，从地质剖面图上来看，到达掘进段穿越地层主要为砾砂与中粗砂层，地层自上而下分别是：0~4.6m为杂填土，4.6~21m为砾砂，21~24.5m为中粗砂。区间左线到达文体路站时管片埋深16.6米，从地质剖面图上来看，到达掘进段穿越地层主要为砾砂层，地层自上而下分别是：0~3.6m为杂填土，3.6~5.7m为中粗砂，5.7~7.7m为砾砂，7.7~9.8m为圆砾，9.8~16.6m为砾砂。22 四、施工总体部署与进度安排盾构吊出盾构始发盾构调头右线左线文体路站工业展览馆站工文区间盾构掘进示意图工文区间右线在工业展览馆站出洞，出洞后盾构主机在盾构井内旋转至左线始发位置；盾构后配套台车先在盾构井内旋转180°，然后在16轴~17轴间（此位置上反梁后浇）滑移至左线相应位置，具体顺序为：先将连接桥及1号拖车）滑移至左线与盾构主机相连，然后按5号拖车4号拖车3号拖车2号拖车顺序依次由北至南摆放在左线上，最后与1号拖车相连成一整体，进入始发工序。始发阶段22 列车组从8轴~9轴间（此位置上反梁后浇）的道岔往返于左右线；负环拆除后道岔改设在16轴~17轴间。左线盾构掘进所需的管片、注浆材料及所出的渣土仍从原文体路站右线端头井进出。工文区间左线在文体路站出洞，出洞后按刀盘、前盾、中盾、尾盾、连接桥、1号拖车、2拖车、3拖车、4拖车、5拖车的顺序将盾构吊出。根据地铁指挥部最新的总体工期安排及工文区间的实际进展情况，预计2010年6月30日到达工业展览馆站进行调头，并于2010年8月1日进入左线二次始发，2011年11月30日到达文体路站完成此区间的掘进。五、盾构的到达施工5.1盾构到达施工工艺流程盾构到达施工工艺流程如下图所示。洞门密封的安装固定掘进参数的调整接收基座的安装与固定到达段掘进贯通后进入接收基座掘进方向的控制洞门凿除端头加固碴土清理图5-1盾构到达施工工艺流程图5.2到达施工前的准备工作5.2.1出洞处地面加固盾构出洞时，洞口段地层须预先进行加固处理以保证盾构机出洞的安全。加固后的地层应具备良好的均匀性和自立性。此次盾构进出洞加固采用地面旋喷注浆加固。设计对地基加固强度指标为：无侧限抗压强度qu为1.0～1.2Mpa左右，渗透系数小于1×10-8cm/s。试验结果表明，本端头加固效果满足要求。22 5.2.2到达前的端头降水盾构右线到达端目前的水位为地下17m，而管片结构距地面以下24.5m，为保证右线出洞及左线始发时水位在结构以下0.5m，需降8m深的水位，为此在到达端四周布设了4眼40m深（直径为0.6m）的降水井，每口井内放置1个160方/小时的潜水泵（见下图）。盾构到达前15天开始进行降水，确保盾构无水出洞。5.2.3接收架安装22 接收架安装前先在其底部满铺2cm厚的钢板。由于接收架在盾构出洞时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构滚动的扭矩。所以在盾构出洞进入接收架之前，必须对接收架进行必要的加固。接受架东、西两侧焊接在底部预铺的钢板上，防止盾构滚动；接受架北侧用5跟45工字钢支撑在盾构井北端结构混凝土上，防止盾构推进时接受架往北滑移（如上图所示）。接收架的安装高度可根据盾构机从中心出洞位置进行反算，实际摆放高度比其低2-3cm。对接收架安装位置的要求主要是为了保证盾构机出洞以后刚好落在接收架上。为此，接收架射安装最终要保证的尺寸为导轨上表面中心的轴线位置。接收架为钢结构，预制成榀（见上图）接收架位置由测量工程师按照设计标高，轴线放出基线，安装时按测量放样的基线，吊入井下就位，并再次经过复核在误差范围内后加设钢支撑加固。接收架定位时，要严格控制接收架的中线，使其与盾构机出洞前的姿态与趋势相匹配。接收架安装工艺流程图见图5-3。盾构到达接收架前，在接收架轨道上涂抹一层润滑油，以减小盾构机与接收架之间的摩擦力。准备工作井内清理安装工字钢垫钢板高程调整轴线调整接收架安装轴向调整检测各向尺寸轴线调整高程调整安装导轨允许误差范围井内清理安装完毕否是图5-3接收架安装工艺流程图5.2.4、刀盘出洞导轨的安装为了防止盾构出洞时“叩头”现象发生，在凿除连续墙混凝土前，用2根43钢轨在接受架与连续墙之间安设出洞导轨，导轨的坡度及方向与接受架保持一致。5.2.5、盾构姿态的调整22 破洞门前盾构允许偏差为±10mm，仰角允许差范围控制在2mm/m，避免出现俯角姿态。VMT导向系统所显示的盾构位置偏差控制在±20mm，倾向偏差控制在3~4mm/m以内。同时要求做好铰接千斤顶行程的控制，避免千斤顶出现最大或最小行程的极限状态。对于S-368土压平衡盾构来说，铰接千斤顶的最大行程为150mm，上下部位铰接千斤顶的行程控制在40~60mm，左右部位铰接千斤顶的行程控制在40~80mm。同时需要注意的是控制盾尾间隙，尽可能保证盾尾间隙均等，对本台盾构来说就是四边尽量控制在75mm。根据测量洞门中心的三维坐标，检查洞门的变形情况，确定出洞姿态。5.2.6、洞口连续墙的凿除盾构始发井围护结构采用800mm厚的连续墙，盾构进出洞门的破除主要针对该部分结构。洞门破除的外径定为φ6600mm。见图5-5连续墙凿除施工工序图考虑到每块混凝土的重量同时为了保证混凝土凿除时的安全，将凿除区域横向设3个分隔带、竖向设2个分隔带，共分为12块。洞门凿除只针对分隔带进行，分隔带区域范围内的混凝土待周边的钢筋切除后用手拉葫芦吊走。图5-4混凝土结构拆除分区图洞门破除主要分2个步骤：1、连续墙分隔带处A部分破除（见图5-6）；2、连续墙分隔带处B部分的破除（见图5-6）。凿除前在靠近端头墙处搭设脚手架，各分割区的位置内凿开φ200mm的洞（注意保留钢筋），以便观察渗水情况。若仍有渗水现象发生，则采取局部采用高压注浆堵漏，方可进行拆除工作。22 达标未达标达标未达标每个凿除区域钻Φ200观测孔端头地层加固划分凿除区域地层加固搭建脚手架凿除每个分割带位置50cm宽A部分混凝土，同步切割钢筋凿除B部分混凝土、切割钢筋，凿出中心刀用洞消除连续墙外露钢筋头盾构机进入接收架开始渗水达标？注浆加固图5-5连续墙凿除施工工序图盾构到达前100m左右开始对连续墙分隔带处A部分（40cm厚）破除，采用人工手持风镐按照由上到下分，从两边往中间的顺序进行。在凿除混凝土的同时一并用氧气、乙炔将露出的钢筋切断。22 图5-6连续墙凿除A、B分部示意图加固后的洞口处土体在尚未切割的墙钢筋的支护下不会失稳。在盾构机中心刀距墙20cm时，采用人工手持风镐逐步凿除剩余的B部混凝土，凿除自下而上有序地进行，先凿除中部区域中心刀圆洞的混凝土，最后凿除洞圈范围两侧的混凝土。全部连续混凝土凿除后,采用人工快速切割剩余的钢筋。顺序为由下而上，先中间后两侧。当全部钢筋切割完毕(在以隧道轴线为圆心的φ6600mm的范围内，不允许留有钢筋头)，拆除脚手架，清理出钢筋等异物，然后推动盾构机进入洞门，即完成了整个隧道洞门的破除工作。5.3到达时盾构的推进5.3.1、贯通前测量与盾构姿态的调整盾构到站前，要对洞内所有的测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。在盾构到站前的最后一次测量系统搬站中，以精密测设并经过平差的地面导线点和水准点为基准，用测量二等控制点的办法精确测量测站、后视点的座标和高程（测量经纬仪和后视棱镜的座标和高程），每一测量点的测量不少于4个测回。在到达前200m进行联测，盾构到达前50米地段即加强盾构姿态和管片测量，根据复测结果及时纠正偏差，并结合实测的车站洞门位置适当调整隧道贯通时的盾构刀盘位置；确保盾构机按设计线路从到达口进入车站接收架上。盾构进站时其刀盘平面偏差允许值：平面≤±10mm、高程0～10mm。5.3.2、到达前的掘进22 隧道轴线标高测量盾构掘进开始盾构参数设定注浆参数设定参数选定正确沉降量合格土质变化参数调整盾尾注浆二次注浆及压力地质水文新资料沉降监控测量刀盘扭矩螺旋机扭矩螺旋机出土情况记录盾构机出洞数据分析土仓压力螺旋机转速刀盘转速顶进速度盾尾油脂密封土仓加泥否否否是是是⑴土压、出土量盾构进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。贯通前5～6环，进一步降低盾构掘进推力，掘进推力维持在400t左右，推进油缸压力不大于40bar。在掘进的同时，要注意维持土仓内的压力值，一般情况下维持在0.4~0.8bar，出土量控制在41方左右。无论何种情况下，推进油缸压力均不能大于60bar（特别是在管片安装时）。在贯通前的最后3环，要求掘进速度控制在5～10mm/min。⑵、注浆22 注浆压力控制在1.0~2.0bar，注浆量控制在3.9~5.4方/环。停机时间如大于2小时应及时清洗注浆管路，单班掘进停机时间派专人清洗注浆管路预防堵管。（3）、最后几环管片的安装当隧道贯通后，一般还需要安装5-6环管片才能够完成区间隧道的管片安装。同时，随着隧道的贯通，盾构在前方没有了反推力，将造成管片之间的环缝连接不紧密，容易漏水，在最后几环管片安装时，根据现场实际情况，采用以下应对措施。1）在刀盘前方的预定位置，设置支挡，以防盾构刀盘向前滑动。2）盾构机出洞拆除前要及时在洞内最后10环范围内，环向布设6道不小于［14b槽钢进行纵向拉紧联系，待后浇环梁浇注后再拆除联系条3）管片安装完毕需要用扳手拧紧所有纵向和横向螺栓，且在下一环掘进完毕后再次紧固螺栓。4）严格按照操作规程拼装管片，同时防止管片之间出现错台。5）每环应在掘进大于管片环宽50cm时开始安装管片，保证管片特别是封顶块的安装质量。6）管片安装前要保证止水条不破坏，不预膨胀，并及时清理干净管片上因注浆掉落的碴土及砂浆等杂质。管片安装完毕后应将注浆塞拧紧牢固。7）待盾尾离开管片后，迅速焊接扇形钢板，并用快速凝固的砂浆进行注浆，保证洞口的管片衬背注浆迅速凝结。（4）、二次注浆盾尾拖出后很容易造成管片与车站结构之间漏浆、漏砂等，因此在盾尾即将离开洞门环时要停止推进，开始通过吊装孔对最后三环管片进行双液注浆。保证洞口的管片背衬注浆迅速凝结。5.3.3、洞口密封环的安装盾构到站前加工好12块外弧半径为3.35m，内弧半径2.85m的扇形钢板，钢板厚度为8mm，12块钢板焊接成为一个整体组成一个外半径为3.35m的圆环板。盾构脱离洞口后，最后一环管片的预埋钢板与圆环板焊接密实，防止补浆时浆液外流。在盾构机出洞时，很有可能因为刀盘推动，损坏帘布橡胶板或致使扇形压板发生移位，产生洞口漏浆，甚至可能发生水土流失22 。所以在盾构机出洞时要注意对帘布橡胶板的防护和及时的调整洞口扇形压板。5.3.4、盾尾出洞二次注浆等强后，拆除帘布橡胶上的钢丝绳，如无漏浆、漏砂等现象，则开始慢速向前推进。推进时注意将机具，人员安排到安全位置，并派专人及时清理预埋钢环四周注浆料，避免掉落下来的大块注浆料砸伤人员、机具。盾尾推出帘布橡胶约60cm后，停止推进，清理注浆料、拆除报废管片，开始进行拆机工作。六、盾构的调头施工6.1调头前准备1）中板预埋件：左右线中板上分别预埋三排吊环（10吨）间距为1米，组装反力架、钢环以及拆除负环管片时使用。2）底板预埋件：两侧预埋卷扬机地锚，底板站厅层预埋反力架斜支撑连接件。3）盾构井底板内铺设5mm细砂、满铺20mm的钢板，并将接缝进行满焊，铺设或焊接时必须保证接缝的平整，如有错台必须进行打磨处理。用以降低盾构调头平移时的摩擦阻力，利用两台20吨的卷扬机和100T卧式千斤顶作为调头时的动力。4）安装洞口密封止水环。盾构主机的接收采用盾构始发所使用的始发架作为盾构的接收架，并且在始发架底部采用20mm的钢板进行焊接封闭，以保证盾构调头时底部有足够的支撑面，焊接时必须保证焊缝平整，错台部位进行打磨处理。5）型钢拖架制作：型钢支架起到一个放置连接桥和后配套5节台车的作用，拖架上安装轨道，其结构尺寸应满足连接桥调头、后配套台车支撑的需要。6）在车站底板上铺设盾构后配套调头的轨道。6.2盾构调头作业流程调头井准备工作、盾构接收基座的安装、固定盾构进入到接收基座上主机与后配套解体安设顶升装置和固定盾构盾构主机调头铺设后配套轨线设备检修及部件更换盾构始发就位后配套拖车调头连接盾构与后配套完成调头施工、始发掘进22 图6-1盾构调头施工流程图1）盾构严格按照到达站各项技术要求顺利进入工业展览馆站的盾构井，并推进至接收架上。2）将主机与设备桥脱离，设备桥前端利用自制门架支撑，同时拆除皮带输送机。3）将接收架和主机盾壳通过焊接连为一体，并在盾壳两侧焊接4个支撑座，并在钢板上推磨黄油以减少摩擦力。4）采用千斤顶将主机连同接收托架平移至盾构井西侧的中部，再用倒链和千斤顶一起将盾构平移至盾构井中部，利用千斤顶将盾构进行180°旋转。5）主机调头后平移至左线盾构井东侧靠北位置处，保证后配套及连接桥在盾构井内调头有足够的空间。6）安装后配套接收拖架，同连接桥相同，用卷扬机及倒链将后配套调转，并拖到车站右线内，依次类推，将1、2、3、4、5号拖车及连接桥拖到右线车站内。7）首先把连接桥、1号台车在15~16轴间调转并拖到左线车站内，并与盾构主机相连；接着把5、4、3、2号台车依次反拖回来再拖到车站左线，各节台车依次连接。22 8）安装反力架、钢环和负环管片，连接主机与后配套之间的结构与管线，铺设道岔及轨线。9）整机调试，拼装负环管片并始发。6.3盾构机调头①盾构主机调头：盾构机向前推进至接收架上，并将主机与设备桥脱离，设备桥前端利用自制门架支撑，同时拆除皮带输送机、连接管线，将接收架和主机盾壳通过焊接连为一体，并在盾壳两侧焊接4个支撑座。拆除接收架底部的垫板，并在底部钢板上放置80mm圆钢的滚杠，减少移动阻力，利用4个150吨的液压千斤顶将主机连同接收架顶升。将主机连同接收架回落至底部钢板滚杠上，利用两台卷扬机及倒链将接收架连同盾构主机拖至端头井中部并调头，调头后平移至始发线，再调整盾构高度和位置。通过千斤顶的推动把接收架移动到左线始发架的设计位置。在移动中注意防止盾构机转体，到达左线后通过测量复核，把盾构机及其始发架固定好。盾构机及其螺旋输送机结构尺寸为12*6.26米，（其对角线长度为13.5米）考虑富余两边各50厘米，因此要求结构宽度在14.5米以上，盾构井结构尺寸为24.2*14.5米，故可以满足调头及其移动要求。盾构机调头必须保证走行区域基本水平，且中间没有障碍物，同时预埋好倒链支点，支点可以是预埋在底板上的钢筋环。图6-2盾构调头接受架及垫层示意图②盾构后配套拖车调头步骤（1）安装后配套设备桥接收平台。22 （2）设备桥与一号拖车断开并移至设备桥调头区进行调头，利用卷扬机及倒链将简易支架及设备桥一起调转并移至盾构机主机后面。（3）依次将后配套拖车拖至拖车调头区进行调头，并转运到设备桥后部连接。（4）连接管线。（5）安装反力架、钢环。（6）盾构机调试、始发，掘进中的碴土及材料的运输通过左右线的临时轨线转运，开始返回掘进施工。22 图6-3盾构主机调头作业步骤22 图6-4盾构后配套调头走行示意图22 22 22 七、施工技术保证措施1）纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。2）在到达段掘进施工时，要严格控制盾构推力（土仓压力），降低推进速度和刀盘转速，保证车站结构的安全以及避免较大的地表沉降。3）在盾构距离车站端头墙30米时，选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，控制在20mm/min以下，推力逐渐降低，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。4）盾构进入到达段后，加强监测，及时分析、反馈信息以指导盾构掘进。5）根据盾构到达姿态调整接收基座的位置，使盾构顺利推到接收基座上而不破坏盾尾密封钢丝刷和拉损管片衬砌。6）由于盾构到达掘进推力减小，使管片的环间缝隙增大，给防水带来一定的难度。施工中采取复紧螺栓和在洞门段将最后十环管片用型钢纵向连接的方法来减小管片环间缝隙以提高管片防水效果。7）到达前6环的注浆材料配合比要进行调整，必要时可通过盾构壳体设置的孔向盾壳外注入特殊的止水材料，以防涌水、涌泥而引起地层坍塌。8）当盾尾脱离洞门后，及时采用快硬性浆封堵管片与洞门钢环间的空隙，避免地层水土的流失从而加大地表沉降。八、安全保证措施1）施工严格执行工程机械基本安全操作规程。2）确保为凿除洞门搭设的脚手架严格按照规范搭设。3）通过力学计算及分析，合理配备吊运重物的钢丝绳索具。4）所有人员严格遵守各级安全规章制度及公司各项安全操作规程。凡参与施工作业人员应严格遵守安全交底中的相关。5）特殊工种作业人员必须持有效上岗证件上岗，严禁无证操作。6）高处临边作业在无任何安全措施的情况下，必须正确配带安全带，（安全带的挂靠点必须牢靠，高挂低用）。7）严禁施工人员交叉作业，上部作业人员严禁向下部抛掷物体，上下物件传递必须有防坠落措施。8）施工现场确保有足够的照明设施。用电设备严22 格按一机一箱一闸、两级保护的标准规定进行操作。9）进入施工现场的各类施工设备必须性能完好，确保符合安全使用规定，10）在盾构刀盘开始接触连续墙并开始出洞的过程中，洞门附近不得有人，直到盾构完全进入并处在停滞状态。11）盾构机上下升降调整时，应尽量同步操作各台千斤顶。12）盾构机调头时，必须专人指挥，统一行动，确保安全。13）盾构刀盘距离贯通里程小于10米时，在掘进过程中，要派专人负责时刻观察出洞洞口的变化情况。如发现加固的混凝土或连续墙有较大的震动时，立即通知主司机进一步降低盾构推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。14）盾构贯通前后，应通过降低推进速度、降低刀盘转速、调整刀盘转动方向等方法使刀盘尽量靠近或到达贯通岩面，停机后清除洞口碴土，割除洞口最后的支撑结构。隧道贯通之后，要使盾构尽快全部出洞，避免盾构在洞口长时间停留，以保证洞口地段围岩稳定。15）在盾构主机出洞时，设备桥及管片安装机下部严禁站人，以防隧道上部砂浆脱落伤人。16）盾构出洞后对所有设备进行一次全面的检修，对刀盘及螺旋输送机进行加固或更换处理，确保盾构左线始发的顺利进行。九、应急预案盾构出洞阶段存在的危险源主要有：(1)推进过程中，施工参数控制不当引起地面塌方(2)洞门连续墙凿除过程中，洞门渗漏为了确保顺利出洞，特成立风险管理及应急事件处理机构，从组织处落实、方案落实、人员落实、设备物资落实等全方位予以保证，确保其处于受控状态。在发生问题时各相关单位及人员能够及时有效的进行处理，将事故所造成的损失及不良影响降低到最低限度。9.1应急事件处理小组组长：杨勇（项目经理13897970731）副组长：胡小宝（党工委书记13889891078）张细宝（项目总工13897936103）22 徐建虎（生产副经理13889891109）组员：周继泉（盾构机长13478198246）邓剑（工程部长13904031309）任飞（安质部长13609882230）崔岭峰（机电部长13889891072）蒋祯孝（物资主管15942036299）刘飞（监测主管15186809507）何白琳（测量主管13889891085）9.2管理职责9.2.1组长、副组长职责24小时值班，负责督促落实各个施工班组按时按质完成工作计划，做好现场施工指挥工作，协调好各施工班组的施工配合，联系相关部门，确保盾构平稳、安全穿越。9.2.2组员职责(1）技术组：现场24小时值班，做好技术指导工作。及时收集监测、测量、掘进参数，作好数据统计分析及时调整指令。(2）监测组：加大监控量测力度，及时上报监测信息，及时与洞内联系以指导施工。(3）注浆控制组：做好盾构施工期间同步注浆与二次注浆监督管理工作。确保浆液质量及注浆量，保证注浆工作的顺利进行。(4）设备运转组：根据技术指令严格按要求操作，及时反馈指令落实情况。(5）设备维护组：24小时值班，对设备的运转情况进行监控，加强设备的维护保养，确保盾构机的完好。(6）安全监督组：主要负责盾构线上安全监督工作，监察地面变化及各种异常现象。(7）物资供应组：做好各种材料的储备工作，确保物资供应。9.3应急抢险措施及相应的资源配置22 序号名称单位数量1蛇皮袋只50002脚手管（含配套扣件）T531cm厚钢板m2504方木m355大功率泥浆泵台26大功率潜水泵台27挖掘机台18运土车台49小型发电机台110反光衣件1011锥形筒个3012警戒绳m20013对讲机台614电筒只1015注浆机台116电焊机台117水泥吨5018砂方10019灭火器个1020铁丝m2009.4应急报告程序施工现场实行24小时管理人员值班，一旦监测值达到极限值或出现异常变化，应立即通知应急处理小组，由应急处理小组分析原因、判定严重程度，并立即向驻地监理、总监办、地铁指挥部上报。22