軟土地層中盾構法施工難點分析及監理控制措施

樊立強

摘要：盾構法施工為軟土地區修建地鐵的一種重要方法，較其他施工方法有很多優點，但在盾構掘進過程中，遇到眾多的環境問題和地質性條件方面的限制，仍不可避免對周邊土體和周邊建筑物產生一定影響。本文分析研究了軟土地區盾構施工的難點，并提出了監理控制措施。

關鍵詞：地鐵；軟土地區；盾構隧道；風險識別；控制

隨著城市密集度的提高和高層建筑的不斷增加，，地面環境復雜，而地下又布滿了各種管線，地鐵隧道采用明挖施工受到很大限制，采用盾構技術在城市的主干道下施工基本不會受到交通、管線、氣候等條件的影響，對地面人文自然景觀、建（構）筑物、地下管線等也能受到良好的保護。但在盾構掘進過程中，遇到眾多的環境問題和地質性條件方面的限制，特別是在淤泥質黏土、粉質黏土、粉細砂層等軟土地層中進行盾構施工時，如果控制不好會發生透水、涌砂、坍塌等事故，嚴重時會引起地面大面積塌陷，甚至造成地下管線、周邊建筑物的破壞。盾構施工穿越軟土地層時，其施工的復雜性是因為各種因素綜合影響的結果，本文就盾構施工過程中的盾構始發、盾構接收、曲線段掘進、推進與管片拼裝、粉砂層掘進、穿越地下管線、穿越沿線建（構）筑物等難點，就監理采取的控制措施做一個簡要的論述。

1 盾構始發段掘進控制措施

盾構始發技術是盾構法施工的首要環節，也是盾構施工難點之一，涉及到端頭加固質量、盾構機組裝調試、反力架剛度及穩定性、盾構機姿態、試掘進施工及地質條件的認識等難點、重點。監理的主要管理對策為：

（1）建立盾構始發監理控制程序，采取兩方盾構始發的復核機制，重點控制反力架安裝定位精度控制、洞門定位精度復核、反力架受力分析和工作性能核算；通過分析地質情況、盾構機性能和作業人員水平，制定盾構始發方案并加強技術交底的管理，保證盾構施工質量得到有效控制。

（2）監理要對盾構托架安裝進行驗收，采用鋼結構，不能有大的變形與位移，二條鋼軌中心線應相交于盾構機中心，軌面上涂抹黃油。同時鋼軌應按隧道坡度鋪設，且預留盾構進入土體的沉降量。

（3）反力架安裝，采用門式反力架，尺寸不宜太大，其位置及形式應事先設計好，監理理工程師應對安裝質量進行確認。

（4）盾構機的組裝及調試，盾構機的組裝應考慮破洞門及安洞門密封圈的空間。組裝完畢應進行驗收。

（5）破除洞門，破除洞門有一定危險性，監理工程師要事先對端頭加固質量進行確認，破除洞門不容許爆破施工。

（6）對土體加固質量進行驗收：①土體加固的連續性、均勻性、加固體強度及滲透系數必須符合設計要求；②進行探水檢測，要求探孔深度2.5m，呈米字型布置9孔，探水打孔72h后進行驗收無涌水、涌砂現象，方能滿足盾構始發要求。

（7）檢查負環管片的安裝質量，負環安裝考慮以后拆除的方便，并保證負環管片的圓度與穩定性，管片底部與托架鋼軌的空隙要填實。

（8）初始段掘進長度宜定為100m。①利用螺旋機往土倉加注粘性土，盡快建立平衡，來平衡前方土壓，并根據土體壓力計算值和地表監測情況及時設定掘進土壓力；②采用低速、小推力、小扭矩的方式掘進；③及時進行管片壁后注漿，要求承包商按經監理工程師批準的壁后注漿材料、配合比注漿量及注漿壓力進行同步注漿，嚴防壁后注漿充填不足，必要時，實施二次注漿；④根據監測數據進行匯總分析，尋找土體沉降變化的規律，主要從盾構掘進造成的地表沉降以及地層損失等方面進行分析，及時調整盾構掘進的壓力、速度、出土量以及同步注漿數量和壓力，從而找出合理的施工參數來指導掘進施工。

2 曲線段施工控制措施

在曲線段施工存在：隧道軸線控制難度較大，糾偏困難；管片不好拼裝，容易出現侵限問題；管片之間易發生錯臺，管片易產生開裂和破損；在糾偏時對地層的擾動較大，易產生地表沉降等難點。因此，盾構小半徑曲線施工應為監理控制點的重點和難點。監理的管理對策有：

（1）嚴格審核承包商提交的施工組織設計，使得施工方案做到切實可行。

（2）根據地質情況和線路走向趨勢，使盾構機提前進入相應地預備姿態，同時加密測量工作，避免由此產生的軸線誤差。

（3）提前做好轉彎時線路的排版設計，同時注意盾尾間隙的變化進行適當調整。盾尾間隙標準值為75mm，在圓曲線段掘進時盾尾間隙變化較大，一般將盾尾間隙保持在75±15mm范圍內，一旦超過規定范圍值即需要使用彎環進行調整。

（4）進入緩和曲線段時，將盾構機姿態往曲線內側形成反向預偏移，在管片偏移的方向額外進行注漿，達到一定的壓力以抵抗管片的偏移，防止出現管片侵限。

（5）嚴格控制好姿態，爭取進行時時的細微糾偏，避免大的糾偏而造成對土體的擾動，及時、充足地跟進同步注漿與二次注漿，將管片與圍巖之間地空隙填充密實，達到穩固管片和減少地表沉降地效果。

（6）提高管片拼裝手的水平；加強螺栓復緊工作檢查；注意保持良好的盾尾間隙狀態。

（7）檢查止水膠條，保證其完整、牢固。拼裝前，用水清洗止水膠條，避免因止水膠條之間擠有雜物而影響止水效果。

（8）管片嚴格采取居中拼裝。如果管片無法居中拼裝，曲線管片無法滿足糾偏時，應采用低壓石棉橡膠板進行調整，從而使管片處于較理想狀態，確保管片拼裝質量及推進軸線控制在規范要求范圍之內。

3 盾構接收段掘進控制措施

（1）盾構機頭離洞門約30m時需作一次精確測量，對盾構姿態、管片的平面、高程、洞門的中心偏差等。

（2）盾構機在進洞到達前10～15m范圍內時，適當降低推進速度，減小推進力。同時向盾構外殼和土體間注入阻水材料，防止盾構進洞時出現涌水和流泥現象。

（3）安裝好盾構托架，為方便盾構上架，等盾構機頭出露后及時調整托架位置。測量監理工程師要對托架的標高、中心線進行復核。

（4）同始發類似破除洞門，破除洞門前要先打鉆孔，核實地質情況及加固效果，洞門宜分層分階段進行。

（5）盾構進洞時前方推力會減小，管片橡膠止水帶達不到擠密的要求，為防止管片因推力減少以及盾尾密封刷磨擦導致環縫間障增大，進站前的最后六十環進行加緊固聯結。

（6）進站后及時洞門的密封以及管片的壁后注漿。

4 盾構機推進和管片安裝質量控制措施

盾構法隧道是依靠盾構機將預制的管片拼裝成型，拼裝質量的好壞如破損、錯臺等對于隧道的防水質量及結構安全有著重大的影響，而管片的拼裝中線位置及收斂變形情況直接反映了隧道限界是否符合設計的要求。監理的管理對策有：

（1）管片下井前，應按合同要求涂刷外防水涂層，粘貼止水帶。管片的干燥度，清潔度為主要質量控制因素之一，須嚴格檢查。

（2）隧道內測量導線和水準點的布置應符合“地下鐵道輕軌工程測量規范”及“盾構隧道貫通測量工作程序”的要求。盾構機姿態和管片安裝測量結果應以日報告的形式提交監理工程師審核。

（3）根據地表沉降情況及時調整施工參數，嚴格控制土倉內的平衡土壓力。

（4）嚴密監控渣土出土量及性狀，盾構機推進速度、推力、扭矩等，以利于工程師判斷盾構機工作狀態及前方地質條件，適時作出對異常情況的處理。

（5）對刀盤主軸承密封系統的溫度及水密性追蹤監控，如有異常，即時停機檢查，并分析原因。

（6）嚴密監控壁后注漿材料、配合比注漿量及注漿壓力進行同步注漿，嚴防壁后注漿充填不足。

（7）檢查每環管片的拼裝質量，對出現的滲漏、錯臺、裂縫等缺陷詳細記錄，并結合盾構姿態、掘進參數選取等判斷盾構掘進和拼裝過程存在的問題。

（8）對嵌縫材料安裝位置及質量、管片聯接螺絲栓螺母的固定按設計及專門要求進行核查。

5 粉砂層掘進控制措施

盾構施工在穿越粉砂層時，由于砂層透水性較強，強度及穩定性差，盾構穿越后隧道周圍的土體很不穩定，盾尾幾乎直接受水壓力的作用，很容易發生盾尾漏水、漏砂、地面塌陷等現象，甚至出現塌方事故。監理的管理對策有：

（1）盾構在粉細砂地層中穿越時，因地下承壓水的壓力非常大，加大了同步注漿和管片背部二次注漿的難度。為了保證隧道結構的安全和地表沉降控制，在掘進施工中采取以下措施：①優化掘進的速度，盡量讓管片在脫出盾尾形成間隙的同時注漿充足；②及時調整注漿配合比，在含水量豐富粉細砂地段增加水泥的用量，根據實際情況甚至將漿液改成水泥漿；③及時在管片背部進行二次注漿，必要時加大注漿壓力值，但不得超過0.5MP，采取少量多次注漿避免對隧道結構產生影響。

（2）在含水量豐富的粉細砂地層掘進時盾構機的盾尾和螺旋輸送機后倉門會出現涌水、涌砂情況。應采取了以下措施：①在不影響管片拼裝的情況下盡量減小每環掘進油缸的行程；②嚴格控制盾構機姿態和盾尾間隙，避免強行糾偏造成盾尾與管片間隙不均影響盾尾刷的密封作用，產生涌砂；③采取在管片縱縫外側貼海綿條，并在管片外部與盾殼之間壓入海綿條形成封閉圈，來減少涌水帶砂情況發生。

（3）粉細砂地層，含水量豐富，容易坍塌，在盾構掘進過程中很容易造成盾構前方土體局部坍塌，從而使刀盤扭拒增大，必須加強盾構機刀盤扭拒、土壓、出土量等掘進參數的控制，要嚴格控制出土數量減少地層損失和擾動，達到控制地表沉降的目的。

（4）往土倉內注入膨潤土改善砂質土的流塑性和止水性，保持土壓防止噴涌，防止前方土體坍塌。

（5）定期、定量、均勻地壓注盾尾油脂，提高盾尾密封性能。

6 穿越地下管線控制措施

一般城市主干道下方都有較多的地下管線，盾構掘進時需要嚴格控制盾構機對其的影響。監理的管理對策有：

（1）詳細閱讀、熟悉掌握地下管線圖紙資料，并督促施工單位進一步核實、搜集管線資料。

（2）在施工前，對施工范圍全部進行人工挖探溝，核對清地下管線的確切情況（包括標高、埋深、走向、規格、容量、用途、性質、完好程度等），在施工現場做好明確標記、標識，做好記錄，并與相關部門簽字認可。

（3）在審查施工組織設計時，把保護地下管線工作列為審查的主要內容之一，并要求施工承包單位在施工總平面布置圖上標明影響施工和受施工影響的地下管線。

（4）要求施工承包單位在工程實施前，對受施工影響的地下管線設置若干數量的沉降觀測點。工程實施時，按規定的頻率對管線沉降量進行監測。

（5）施工過程中，對可能發生意外情況的地下管線，事先制訂應急措施，配備好搶修器材，以便在管線出現險兆時及時搶修。

（6）優化盾構機掘進參數，減小刀盤的轉速和盾構機的總推力，從而減少對地層的擾動，同時控制出碴量。

（7）加強注漿管理。嚴格執行“不注漿、不掘進。”并根據實際注漿量及管線沉降情況在管片背部補漿。

（8）加強對監測數據的分析和反饋，實施信息化施工。通過對監測數據的分析總結地表沉降發生的規律，及時在管片背部進行二次補漿，確保地表沉降控制在要求范圍內。

7 穿越沿線建（構）筑物控制措施

隧道沿線一般在市區道路或建筑物下穿過，隧道平面距離建筑物很近，近距離施工時必然會對建筑物的基礎產生影響，因此在推進前督促承包商完成沿線建筑物現狀調查，并與產權單位簽署相關協議，盾構機推進時監理工程師監督承包商按設計在盾構掘進到達前完成注漿加固或托換等處理措施，監理的管理對策有：

（1）施工前督促承包商完成沿線建筑物現狀調查并形成調查報告。需要進行評估的找有資質的評估單位出具評估報告。

（2）嚴格施工方案、應急預案的審批，施工方案的評審工作。

（3）督促施工單位對重要建筑物采取預注漿加固措施，并預留袖閥管進行跟蹤注漿加固。

（4）對重要建筑物進行自動化全天24小時監測，并時時掌握監測數據，及時指導施工調整盾構機施工參數和跟蹤注漿加固。

（5）現場監理要準確掌握每環掘進的出土量，發現異常及時督促調整盾構施工參數，以改善盾構前方土體的坍落或擠密現象。

（6）加強管片背后同步注漿管理，減少盾尾通過后隧道外周圍形成的空隙，減少隧道周圍土體的水平位移及因此而產生的對基礎的影響。

（7）每環推進結束后，必須及時拼裝管片和及時擰緊連接螺栓，并在下環推進時進行復緊，減小管片變形量。盡量做到管片居中拼裝，同時保證環面平整度。

（8）對隧道近距離的樁基，除盾尾注漿外，還需進行管片的徑向注漿，加固樁基底部地層，保護和提高樁基承載力。

（9）根據監測情況及時修正穿越推進參數，控制好盾構姿態、管片姿態、盾尾間隙、管片拼裝質量，加強同步注漿配合比及同步注漿質量管理，并適時、多點、少量、多次進行二次補漿和跟蹤注漿。

8 結語

本文對盾構技術在軟土地層中施工存在的難點、重點進行了分析，并提出了監理控制措施。地下工程的不可預見性比較多，施工過程中隨時都有可能遇到突發事件，對突發事件要及時進行處理并進行深入探討和總結。