地鐵隧道盾構法施工質量控制措施

中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266061

1 工程概況

呼和浩特地鐵學府康都站—海亮廣場站區間的起訖點里程范圍為CK12+004.668～CK12+864.178，區間長度為859.51m。該工程中，C50、P10預制鋼筋混凝土管片11057m3，出渣量58828m3，同步壓漿水泥砂漿量9457m3。

2 盾構施工概述

2.1 基本原則

盾構機是在開挖過程中保持周圍土壤穩定性以避免倒塌的主要施工機械，具有隧道開挖和排渣功能。在施工過程中，盾構機械可以在內部完成管片組裝，形成完整的襯砌結構，同時保證周圍的土壤處于穩定狀態，進而在安全的環境中成功完成隧道的施工。盾構法的基本目標是盡可能降低圍巖擾動的程度，以最快的速度完成地鐵隧道的施工，同時形成地鐵隧道的主體結構，維護周圍現有建筑物的安全穩定性。盾構施工示意圖見圖1。

圖1 盾構施工示意圖

2.2 階段劃分

盾構施工包括三個階段：（1）始發階段，如施工工作井，根據設計要求選擇并安裝適當類型的盾構機等；（2）掘進階段，需要連續開挖，工作量較大；（3）盾構機到達階段，主要涉及整理工作，如對接收軸入口處的土壤進行加固處理，以及適當拆卸盾構機。

3 地鐵隧道盾構施工技術要點與質量控制措施

該工程使用ZTE系列復合式土壓平衡盾構機，通過刀盤切削土壤進行入土和出渣，土體壓力通過螺旋輸送器的出土量進行相應的調整，保證將施工中的土體壓力控制在合理范圍內。

3.1 始發階段

始發是盾構施工的重要階段，打開隧道圍護結構后，應檢查隧道區域周圍的土壤狀況，以便為盾構機的運行創造有利條件，并有效地到達隧道施工區域。該工程使用SMW工法進行端頭加固，對周邊土壤造成的擾動較小，具有較好的止水性能。盾構始發應注意出洞技術的應用，這關系到盾構始發作業的成敗。

組裝和調試盾構設備后，開始組裝負環部分，并在負環部分后面安裝一個0.4m寬的鋼環，使混凝土部分均勻受壓。洞門入口處地下連續墻的混凝土墻應被切割，切割應分為6個區塊，從下至上分別在井外進行。為了確保隧道的安全，在隧道環上安裝橡膠止水帶和扇形板，以形成密封裝置。施工人員要用刷子給盾構設備的后擋板密封刷注脂，布置地面監測點。

始發施工必須先進行洞口破除施工。首次打開隧道門后，施工人員要安裝和固定保護裝置，滿足啟動條件后，在保護頭和隧道環之間建立支撐，并從下方切割隧道門加強件。盾構應及時靠在洞口的位置上，防止出現塌方。在開門過程中，如果有滲水現象，則應使用2倍的水泥和水玻璃來連接泄漏處，并相應地加快鋼筋的切割速度。如果在切割鋼筋時有流動的泥漿或流沙，應立即停止切割鋼筋，并在泥漿和流沙的位置進行兩種液體的漿化，堵塞后再進行切割。

洞口密封是為了防止盾構機離開洞口后注漿砂漿泄漏。制作入口密封件分為兩個步驟：一是洞口預埋件的施工，應特別注意預埋件要與原有結構相連接；二是將盾構機從洞口正式拆下來之前，必須先清潔洞口入口，然后再安裝密封件。

3.2 掘進階段

盾構機始發后，馬上進行掘進施工，在此期間應注意檢查管片組件和設置盾構機位置，實時監控隧道施工過程中的推力和扭矩，將所有參數控制在合理的范圍內。為了給隧道施工提供正確的指導，應選擇一個有代表性的試驗段（以100m為宜），并根據該段的盾構施工效果修改設計參數，使盾構施工順利進行。此外，盾構位置對施工效果有很大影響，因此必須加強監視，嚴格控制盾構軸的偏差，且不得超出允許范圍。

（1）掘進模式選擇。根據該工程使用的機械情況，刀盤配有揚聲器型面板和復合工具，刀盤的硬度和強度可以滿足該部分的鉆孔需求。盾構機在隧洞掘進階段具有三種模式：開放式、半開放式和土壓力平衡式。為了在安全的前提下最大程度上提高施工效率，主要基于土的自穩性和負荷水平進行選擇，即根據工程地質實際，該工程使用土壓力平衡式進行施工，提高出渣速度，保證沉降在可控范圍內。

（2）土倉壓力調整。在實際掘進過程中，除了靜水壓力和理論土壤壓力，還必須根據土壓力、實際掘進量和土沉降來計算土壓力。在鉆進過程中，應始終注意土壓力的變化并適當調整土壓力。例如，計算土壓力為120kPa，實際掘進量很高，高土壓力保持不變，而低土壓力降低，這時必須隨著氣壓增加土壓力。為了使盾構掘進引起的渣土量最小化，土壓力控制應盡可能接近原始狀態下的挖掘面壓力水平。

（3）切割速度控制。根據相關工程經驗，由于土壓平衡開挖方式的特點，地層和土壤層中的渣土切削阻力大，為了避免破壞刀盤，應控制切割速度。該工程的切割速度控制在1.2～1.4r/min。

（4）刀盤扭矩控制。結合該節的實際施工情況，在這種類型的結構中，掘進過程中的刀盤扭矩應控制在2.5～3.5MN·m。當刀盤由于扭矩過大而卡住時，可以通過縮回部分氣缸來重新啟動刀盤。

（5）掘進控制。盾構掘進控制是整個盾構項目最直接、最根本的目標。在此過程中，控制土體沉降是施工過程的關鍵，獲得的掘進結果將直接影響整個項目目標的實現。盾構的掘進速度隨著環路數量的增加而表現出周期性的波動。為了使刀盤的經濟利益最大化，應盡可能避免刀盤的異常磨損，以降低工具的穿透力。當盾構的前進速度出現周期性變化時，應檢查刀盤上是否有花餅或某些切口是否損壞。此外，在盾構的掘進過程中，必須注意推進缸的沖擊與缸的前進量之間的差異，即在掘進過程中每組推進缸的沖擊差。隧道掘進過程中，推進缸的差異主要是因為偏差的校正和管楔的存在，而推進缸的前進主要是由于偏差的校正。

3.3 盾構接收階段

盾構接收階段是最后環節，其對盾構效果仍然有很大影響，一般以隧道貫通前最后50m范圍為到達段。因此，施工人員在實際工作中需要考慮多個要點，如隧道軸線的重新評估、隧道門的防水帷幕構造以及盾構機導軌的安裝。除非所有準備工作都正確，否則無法達到接收盾構的條件。此外，應在現場布設適當的控制點導線，使盾構機根據既定的姿態要求平穩地進入孔中。盾構掘進至離洞口封門結構100m時，必須做一次盾構推進軸線的方向傳遞測量，以逐漸調整盾構軸線；在切口離封門10m時應開始控制出土量；在切口離封門結構300～500mm時，停止推進，并使切口開挖面壓力降到最低值，以確保洞口封門拆除的施工安全。盾構機到站前20d，開始進行盾構到達的一切準備工作。

4 施工監測方法

4.1 地面沉降監測

地面沉降可以反映盾構隧道期間圍巖變形的整個過程，尤其是對于現有或附近的建筑物。地面沉降監測需要建立一個監測沉降的網絡，按二等監測基點埋在沉降影響區域之外的穩定區域內，該基點用作沉降的標準水平點，據此繪制隨時間變化的沉降曲線，從而評價圍巖的穩定狀態。

4.2 地下管線變形監測

地鐵施工中通常有很多管片負載變化導致地面移位。位移不均勻會導致地下管線變形，管片過度變形會導致管片損壞。應根據地下管線的位置圖進行嚴格控制，并定期在管線的關鍵路口處嵌入輪胎標志，在建造過程中保護測量點。在不宜開挖的地方，將鋼管直接推入地面，其深度與管板齊平，并用測量點的水平儀直接測量高度，以計算沉降值。

5 結束語

綜上所述，盾構施工是地鐵隧道技術的重要組成部分，盾構機作為重要的建筑機械，具有很強的承載能力；千斤頂提供推力，使盾構機向前移動，進行切土和出渣工作，有序進行管片和襯砌的相關工作。目前，盾構法是地鐵隧道的主要施工方法，相關部門要將該方法作為重要技術積極引入，同時還要創新技術，以確保盾構結構的質量能夠跟上時代發展的步伐。