地鐵隧道盾構(gòu)法施工質(zhì)量控制措施

徐國(guó)棟

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

地鐵隧道是貫穿于地鐵工程的重要建設(shè)形式，因其施工環(huán)境復(fù)雜，對(duì)施工技術(shù)提出較高的要求，通常基于盾構(gòu)法展開施工作業(yè)。

盾構(gòu)法在應(yīng)用中存在諸多技術(shù)要點(diǎn)，加強(qiáng)質(zhì)量控制十分必要。

1 盾構(gòu)施工法

1.1 基本原理

盾構(gòu)機(jī)是主要施工設(shè)備，開挖過程中可維持周邊土體的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，同時(shí)提供隧道掘進(jìn)、出渣功能。施工過程中可在機(jī)內(nèi)拼裝管片，構(gòu)成完整的襯砌結(jié)構(gòu)，期間周邊土體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在安全的環(huán)境下順利完成隧道的修筑作業(yè)。盾構(gòu)法的工程理念中，以盡可能減少圍巖擾動(dòng)量為基本目標(biāo)，以最快的速度完成地鐵隧道施工作業(yè)，在形成地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)的同時(shí)維持周邊既有建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定性。圖1 為盾構(gòu)施工示意。

圖1 盾構(gòu)機(jī)井下施工示意

1.2 階段劃分

盾構(gòu)施工包含3 個(gè)階段：①始發(fā)作業(yè)階段，例如設(shè)置盾構(gòu)工作井，根據(jù)施工需求選擇合適型號(hào)的盾構(gòu)機(jī)并安裝等；②掘進(jìn)階段，此時(shí)的工作量較大，如盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)、設(shè)備轉(zhuǎn)換等；③盾構(gòu)到達(dá)階段，主要指的是各項(xiàng)收尾工作，如針對(duì)接收井洞口土體的加固處理，有序組織盾構(gòu)機(jī)的拆卸作業(yè)等。

2 地鐵隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)

2.1 盾構(gòu)始發(fā)、接收

盾構(gòu)施工涉及到的各階段中，盾構(gòu)始發(fā)、接收是重要工作。破除洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)后，全方位檢查掌子面的土體情況，以便給盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行提供便捷的條件，使其能夠有效頂?shù)秸谱用鎇1]。若洞口出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，則要視實(shí)際情況采取合適的補(bǔ)救措施。此外，檢查倉內(nèi)壓力，并做好混凝土塊等雜物的清理工作。

2.2 正式開始掘進(jìn)

結(jié)束盾構(gòu)始發(fā)后，即可進(jìn)入到掘進(jìn)環(huán)節(jié)，期間要注重對(duì)管片拼裝的檢查以及盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，例如掘進(jìn)時(shí)的推力、扭矩等，各項(xiàng)指標(biāo)都要穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。為給掘進(jìn)施工提供正確的引導(dǎo)，需選擇具有代表性的試驗(yàn)段（長(zhǎng)度以100 m 為宜），根據(jù)此段的盾構(gòu)掘進(jìn)施工效果修正設(shè)計(jì)參數(shù)，以便盾構(gòu)施工作業(yè)可順利推進(jìn)[2-3]。此外，盾構(gòu)姿態(tài)對(duì)施工效果的影響較為顯著，因此要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)軸線偏差，不可超出許可范圍。

2.3 盾構(gòu)接收

盾構(gòu)接收為收尾環(huán)節(jié)，但依然會(huì)對(duì)盾構(gòu)效果帶來明顯影響，因此要得到施工人員的高度重視。實(shí)際工作中，需兼顧隧道軸線的復(fù)測(cè)、洞門止水帷幕的施工、盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌的安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作無誤后才滿足盾構(gòu)接收的條件。此外，要在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)合適的控制點(diǎn)導(dǎo)線，使盾構(gòu)機(jī)按照設(shè)計(jì)的姿態(tài)要求順利進(jìn)洞。

3 地鐵隧道盾構(gòu)法施工質(zhì)量控制措施

3.1 開挖土體和開挖面支護(hù)

伴隨盾構(gòu)施工作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，鏟除后的土層需要統(tǒng)一轉(zhuǎn)移到土體存儲(chǔ)倉內(nèi)。開挖作業(yè)的難度較大，易出現(xiàn)土層的水土壓力失衡現(xiàn)象，因此要加強(qiáng)對(duì)土倉內(nèi)部壓力的控制，通過此途徑調(diào)整水土壓力，使其處于均衡狀態(tài)。而達(dá)到此效果的關(guān)鍵是控制螺旋輸送機(jī)的工作狀態(tài)，如轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并視實(shí)際情況調(diào)整千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度，使各項(xiàng)參數(shù)相協(xié)調(diào)，各套設(shè)備協(xié)同運(yùn)行。通過對(duì)螺栓輸送機(jī)運(yùn)行速度的控制，可靈活調(diào)整輸送機(jī)的工作狀態(tài)，如輸送土量、切削扭矩等，使開挖的土量控制在合理范圍內(nèi)。

3.2 加強(qiáng)管片質(zhì)量控制

管片制作是重要環(huán)節(jié)，同時(shí)難度也相對(duì)較大，包含鋼筋籠焊接、模具組裝、澆筑、振搗以及養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵工序。管片的鋼筋骨架應(yīng)滿足穩(wěn)定、高精度的要求，可通過鋼筋焊接靠模的方式實(shí)現(xiàn)；配備專業(yè)的吊裝工具，避免吊裝過程中出現(xiàn)扭曲變形等問題；清理鋼模中的雜物，無誤后方可澆筑作業(yè)，合攏前要做好模板的清理工作；挑選滿足要求的原材料，按照特定的配比生產(chǎn)高性能混凝土，澆筑期間加強(qiáng)振搗；在滿足強(qiáng)度要求后即可出模，隨后通過遮覆養(yǎng)護(hù)的方式保證管片質(zhì)量，以免因失水等情況導(dǎo)致管片出現(xiàn)裂紋。

3.3 機(jī)器設(shè)備

盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中易發(fā)生姿態(tài)偏差，例如設(shè)備中心與管片中心不能完全達(dá)到同心。對(duì)此，需靈活調(diào)整盾構(gòu)機(jī)設(shè)備，可通過調(diào)整鉸鏈千斤頂行程的方式，使其維持同心關(guān)系。

3.4 施工管理

制作好的管片存放時(shí)應(yīng)放置墊木，起到緩沖作用。按照操作方式的不同，吊裝包含立吊和平吊兩類，因此要選擇合適的吊具，全程遵循輕吊慢放的原則，嚴(yán)格控制堆放量，最多為3 層；在車輛運(yùn)輸過程中，要加強(qiáng)對(duì)行車速度的控制，做到慢速且勻速。可以用橡膠板粘貼在車廂上，避免管片與車廂直接碰撞，通過橡膠板的緩沖作用有效保護(hù)管片。對(duì)于管片的拼裝作業(yè)，應(yīng)逐塊拼裝到位，檢查各個(gè)接縫處的防水條，不可出現(xiàn)破損現(xiàn)象；曲線段的施工難度更大，其對(duì)于管片的環(huán)向定位精確度提出了更高的要求，因此要嚴(yán)格按照規(guī)范施工作業(yè)，加強(qiáng)質(zhì)量控制。

3.5 盾構(gòu)設(shè)備始發(fā)、接收施工要點(diǎn)

首要工作是確定盾構(gòu)施工線路，嚴(yán)格控制軸線位置，使其偏差在許可范圍內(nèi)，避免對(duì)施工質(zhì)量造成影響，或是出現(xiàn)資金浪費(fèi)等現(xiàn)象。盾構(gòu)的始發(fā)和接收施工難度較大，對(duì)設(shè)計(jì)方案提出更高的要求，必須在前期準(zhǔn)備充分，并采取動(dòng)態(tài)化控制措施，以地質(zhì)條件為依據(jù)，準(zhǔn)確判斷盾構(gòu)施工條件，靈活調(diào)整工藝方法，使盾構(gòu)始發(fā)和接收順利完成。

3.6 盾構(gòu)推進(jìn)和襯徹管片拼接

千斤頂在盾構(gòu)施工中的作用是提供足夠的推力，以便盾構(gòu)可持續(xù)向前推進(jìn)，期間將受到地層的阻礙，例如土體的壓力以及盾體自身在運(yùn)行中所形成的摩擦阻力。要考慮總阻力情況，經(jīng)過科學(xué)的計(jì)算后確定盾構(gòu)推力，要給予機(jī)械設(shè)備推力適當(dāng)?shù)母挥嗔浚员阍鰪?qiáng)在施工中的適應(yīng)性。

3.7 盾尾脫空和襯砌壁后注漿

通過千斤頂?shù)耐苿?dòng)作用，盾構(gòu)機(jī)能夠持續(xù)向前運(yùn)行，安裝在盾殼內(nèi)部的管片易出現(xiàn)脫離盾殼的現(xiàn)象，導(dǎo)致襯砌外圍形成不同程度的建筑空隙，并伴有明顯的地層損失，若缺乏合理的處理措施，將導(dǎo)致地面發(fā)生大范圍沉降。對(duì)此，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)必須持續(xù)向盾尾空隙內(nèi)注漿，此舉具有多重作用：①緩解地表沉降甚至完全消除，避免出現(xiàn)土層損失；②確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免發(fā)生襯砌管片位移現(xiàn)象；③強(qiáng)化隧道整體功能，使其具有更強(qiáng)的防水能力。為滿足注漿需求，準(zhǔn)備4 根注漿管并將其置于盾尾內(nèi)側(cè)，分別向各注漿孔同步注漿。施工中及時(shí)檢查孔內(nèi)的靜水壓力，確定各孔的實(shí)際值后計(jì)算并得到總和，要求所得結(jié)果需略小于注漿壓力，期間漿液要沿著特定的軌跡流動(dòng)，不可出現(xiàn)土艙內(nèi)滲入漿液的現(xiàn)象。

3.8 預(yù)防隧道軸線偏差的措施

（1）加強(qiáng)對(duì)平衡壓力的控制，根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整出土量，縮小與理論值的差距，控制好開挖進(jìn)尺，不可出現(xiàn)超挖或欠挖現(xiàn)象，施工中盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)要維持合理的狀態(tài)。

（2）盾構(gòu)施工中要做好關(guān)鍵控制指標(biāo)的監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)要復(fù)核測(cè)量基站。

（3）若存在盾構(gòu)姿態(tài)偏差，則要及時(shí)調(diào)整，保證盾構(gòu)過程中設(shè)備均按照既定的隧道軸線安全推進(jìn)，糾偏作業(yè)不可盲目，要做到“少量多次”，糾偏過急將直接影響管片的施工效果，出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái)等問題。

4 施工監(jiān)測(cè)方法

（1）地表沉降監(jiān)測(cè)。地表沉降可以反映盾構(gòu)掘進(jìn)過程中圍巖變形的全過程，特別是在下穿既有建筑物或在其附近有建筑物時(shí)，必須對(duì)地表沉降情況進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控：建立地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行精確測(cè)量，監(jiān)測(cè)基點(diǎn)埋設(shè)在沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，以基點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，并繪制沉降隨時(shí)間變化曲線、沉降隨距掌子面距離的變化曲線，據(jù)此可以判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，注意在施工過程中要定期對(duì)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)、復(fù)核，確保起算點(diǎn)的準(zhǔn)確。

（2）地下管線變形監(jiān)測(cè)。地鐵施工所經(jīng)處管線一般較多，荷載的改變會(huì)引起土層的位移，不均勻位移可造成地下管線的變形，管線變形過大會(huì)導(dǎo)致管線的破壞，要嚴(yán)格控制，按照地下管線位置圖，探明地下管線的具體位置，每隔一定距離或在管線重點(diǎn)接頭處埋設(shè)抱箍式標(biāo)志。施工過程中保護(hù)好測(cè)點(diǎn)，在不宜開挖的地方，用鋼筋直接打入地下，其深度與管底平齊，用水準(zhǔn)儀直接量測(cè)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，計(jì)算管線沉降量和差異沉降量。

（3）收斂變形。隧道開挖后，周邊點(diǎn)的收斂是圍巖和支護(hù)力學(xué)形態(tài)變化的最直接反映，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，管片拼裝完成后，將收斂預(yù)埋件埋設(shè)于拱腰位置，應(yīng)使預(yù)埋件位于同一軸線上，測(cè)線同管片拱頂沉降布設(shè)在同一斷面，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)作出時(shí)間-沉降及距離-沉降曲線，以此判斷隧道的穩(wěn)定性。如果數(shù)值變化過大，應(yīng)采取措施改善周圍巖體或土體的穩(wěn)定性；改變開挖方法，以減小開挖對(duì)周圍土體的擾動(dòng)；調(diào)整施工參數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)等措施，以確保收斂值在允許范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

綜上所述，盾構(gòu)施工是地鐵隧道工程的重要環(huán)節(jié)，盾構(gòu)機(jī)作為施工關(guān)鍵設(shè)備，盾構(gòu)機(jī)鋼殼具有較強(qiáng)的支護(hù)能力，通過千斤頂提供推力，使盾構(gòu)機(jī)向前移動(dòng)，有序完成切削土體、輸送土渣、設(shè)置襯砌等環(huán)節(jié)的相關(guān)工作。目前，盾構(gòu)法已經(jīng)成為地鐵隧道工程的主要施工方法，作為施工單位，在積極引入該方法的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與發(fā)展，保證盾構(gòu)施工質(zhì)量。