地鐵隧道盾構法施工質量控制要點分析

王 瑞

（廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

我國經(jīng)濟社會建設發(fā)展迅速，交通運輸壓力日益加大，為緩解道路擁塞的緊張局面，地鐵工程建設項目數(shù)量越來越多、規(guī)模越來越大，特別是大城市地鐵隧道項目。盾構法施工技術具有高效的掘進能力、精準的裝備對接技術，以及對周邊影響小的特點，擺脫了傳統(tǒng)“大開挖”模式土方開挖、運輸、回填量大，對交通環(huán)境影響大的弊端，已經(jīng)在城市地鐵隧道施工領域廣泛應用。

1 地鐵盾構法施工技術

1.1 盾構法施工原理

盾構法施工技術起源于英國，已有近200年的發(fā)展歷史。我國“一五”期間，在遼寧阜新煤礦首先使用此項技術。

盾構法施工原理為：盾構機千斤頂利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盤旋轉切削掌子面土體（保持土艙壓力），通過螺旋輸送機（管道）把渣土輸送出來，拼裝機拼裝管片形成襯砌，管片背后同步注漿，形成永久結構[1]。開挖形成的盾構隧道如圖1所示。

圖1 盾構隧道

1.2 盾構法施工技術優(yōu)勢

盾構法施工的最大特點，也是其關鍵性優(yōu)勢，就是：（1）安全性高。施工過程是在盾構的掩護條件中進行掘進、襯砌和澆筑作業(yè)；（2）不中斷交通。通常對地面設施不造成影響，避免地面交通中斷，即使在水下河底施工，也不影響河道通航；（3）受天氣條件影響小；（4）產(chǎn)生的噪聲及震動對施工環(huán)境、居民日常生活的影響有限，對地面建筑物、地面附著物產(chǎn)生的震動損害小。

2 地鐵隧道盾構法施工控制

2.1 盾構法施工前期準備

地鐵隧道盾構法施工前期準備工作包括：（1）盾構機選型。綜合考慮工程項目特點、地質適用性、類似工程盾構機使用情況、盾構機自身特點等因素，選擇合適的盾構機型號，并根據(jù)具體情況確定是否需要進行針對性改造；（2）補充地質勘察。根據(jù)線路設計圖紙，在聯(lián)絡通道、洞門、地質情況突變點、特殊點位等易發(fā)生事故的位置和重點保護區(qū)域進行補充勘察；（3）建筑物管線調查。調查施工影響范圍內(nèi)各類管線和建筑物，盡早確定需要保護、托換或遷移的建筑物和管線；（4）重要分包商的選定；（5）工程總體籌劃。包括場地布置、施工進度編制；（6）相關協(xié)調工作。包括盾構始發(fā)、到達、過站、調頭場地協(xié)調，盾構預埋件安裝協(xié)調等工作。

2.2 盾構始發(fā)控制

前期準備工作完成后，現(xiàn)場進行盾構機及配套設備組裝調試，并對始發(fā)洞門環(huán)及洞門范圍的圍巖進行加固處理。待始發(fā)反力架、定位托架、盾構機等設備安裝完畢并調試后，由監(jiān)理工程師組織始發(fā)條件驗收，驗收合格后，開始掘進施工。

2.3 盾構機掘進過程控制

盾構機掘進過程是隧道形成和施工質量控制的重要階段。盾構掘進過程盡量保持平穩(wěn)勻速，要根據(jù)圍巖條件、盾構機刀盤的狀態(tài)、泥膜質量、同步注漿狀況等因素來確定合適的掘進參數(shù)，不應只追求掘進速度。盾構掘進主要參數(shù)包括刀盤轉速、掘進速度、盾構推力、刀盤扭矩及盾構姿態(tài)，這些參數(shù)之間存在相互影響的關系。在掘進過程中必須要控制好盾構機的姿態(tài)，盡量保證掘進路線與設計隧道軸線保持一致，出現(xiàn)偏差時應及時糾偏，避免造成管片環(huán)面受力嚴重不均，可以借助BIM設計模型推算盾構掘進的軸線，使產(chǎn)生的偏差控制在合理范疇之內(nèi)[2]。此外，需要通過調整掘進速度使其與漿液初凝速度相匹配，保證管片外部空隙注漿飽滿。

2.4 盾構接收過程控制

盾構接收過程是盾構施工風險較大的環(huán)節(jié)。根據(jù)場地工程地質條件的不同，盾構接收工藝工法也不一樣，在地質條件較好、風險等級一般的條件下可選用常規(guī)接收；若地質條件差、地下水豐富、砂層較多，可選用凍結法接收或鋼套筒法接收。施工單位要做好盾構接收準備工作，逐項落實完備的技術措施，按照監(jiān)理工程師批準的方案，做好人員、設備和技術準備，以保障盾構機以良好狀態(tài)進入預定接收區(qū)域，實現(xiàn)地鐵隧道安全貫通。

3 盾構法隧道施工常見質量問題

3.1 管片施工質量問題

盾構管片是盾構隧道最為主要的支護結構，其施工質量控制是盾構隧道質量控制的關鍵。管片生產(chǎn)過程中，若生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制不到位，混凝土振搗嚴重不足、施工人員存在趕工或不熟悉操作等問題、塌落度較大或較小、混凝土配合比設計不合理、添加劑使用不恰當?shù)葐栴}導致混凝土密實度不夠，極易造成管片出現(xiàn)水泡等質量問題。在管片拼裝完成后，在這些存在水泡位置就容易出現(xiàn)滲漏水。另外，管片安裝過程中，止水條部位易發(fā)生形變、斷裂，甚至脫落，從而失去墊層的密封保護作用，導致管片滲水的嚴重后果。同時，若盾構姿態(tài)不正確，掘進軌跡與設計路線發(fā)生偏離，會導致管片發(fā)生錯位進而發(fā)生滲漏水[3]。

3.2 進、出洞門施工質量問題

盾構進、出洞施工是盾構法隧道施工中一道關鍵工序。在進、出洞施工過程中，施工環(huán)節(jié)多，工作量集中，各種交又施工頻繁，設備、人員眾多，工作零亂，因此，加強質量管理和控制尤為重要。在盾構進洞施工過程中，如果盾構基座的穩(wěn)定性和剛度不滿足要求，對盾構基座的固定方式考慮不周，或洞門加固不到位，會導致盾構基座容易發(fā)生變形，使盾構掘進軸線偏離設計軸線；在盾構出洞過程中，由于盾構推力過大，或受出洞千斤頂編組影響，造成后靠受力不均勻、不對稱，產(chǎn)生應力集中，或構件和混凝土存在缺陷，就容易導致盾構后靠支撐體系在受盾構推進頂力的作用后發(fā)生支撐體系的局部變形或位移。

4 地鐵隧道盾構法施工質量控制措施

地鐵隧道盾構施工質量控制需要從設計到施工進行全方位的管理，具體控制措施如圖2所示。

圖2 地鐵盾構法施工質量控制

4.1 嚴格遵循圖紙設計制定施工方案

地鐵隧道施工一般處于地質條件復雜的地下巖石層中，圍巖強度不一，埋深較大。施工單位必須與設計方進行充分溝通交流，設計方要根據(jù)地質勘查數(shù)據(jù)對地質結構充分了解，并從隧道施工質量等級要求出發(fā)，進行科學完整合理的施工設計。施工前期制定組織方案階段，要充分考慮工程規(guī)模及特殊質量要求，通過采取BIM施工設計模型等先進技術手段，借助傳感設備、衛(wèi)星導航等設備，對建設工程推進所需要技術、人員、組織、特殊作業(yè)標準、物資材料、施工管理力量進行全面準備。建設單位要對施工隊伍資質，施工能力，施工業(yè)績，工作完成能力進行嚴格的考核把關。借助基建市場招投標程序優(yōu)中選優(yōu)挑選施工隊伍。施工單位要建立建設材料市場選擇機制，實施嚴格管理措施，針對材料用量、質量、型號進行科學管理，確保現(xiàn)場材料與采購計劃相契合，通過嚴格監(jiān)控確保工程建設中材料質量安全。

4.2 盾構法施工地面沉降控制措施

如前所述，盾構法施工受地下埋深較大、富水、土質松軟等地質情況影響，地面沉降成為影響地鐵隧道施工質量的重要因素之一。為此，開展盾構法工要準確勘測隧道區(qū)域地層承載力，避免出現(xiàn)沉降超限的現(xiàn)象，施工前應對軟弱圍巖和重要地段進行加固處理。在盾構施工過程中要根據(jù)施工周期、刀盤狀態(tài)、壁后注漿情況科學把控掘進參數(shù)，避免掘進過快或過慢導致地面沉降過大。在軟弱地層掘進時，要避免長時間停機，這會引發(fā)盾構機下沉進而導致地面出現(xiàn)較大沉降。。

4.3 做好掘進過程切削土量管控

地鐵隧道挖掘過程環(huán)節(jié)多，土方輸送量、混凝土澆筑需求量大，掘進過程中切削土量控制要與開挖量、排土量、混凝土澆筑量進行統(tǒng)籌。對掘進機切削土量控制必須以準確的土方產(chǎn)生量、運輸量為基礎，全面考慮土層壓力對切削的影響。一方面要避免機械設備承載過重，影響掘進方位，產(chǎn)生偏差；另一方面要根據(jù)施工組織方案及機械設備的總功率及土方規(guī)模，實施掘進分段把控，有效推進切削進程。

4.4 對掘進過程實施動態(tài)監(jiān)控

地鐵隧道盾構施工重要性、技術復雜性、社會影響性不言而喻。實施掘進過程精細管理，確保工程質量，必須將監(jiān)測工作組織到位，及時發(fā)現(xiàn)隱患。監(jiān)測內(nèi)容包括隧道結構拱頂(底)沉降、隧道結構水平位移、隧道結構凈空收斂、管片結構應力、管片連接螺栓應力、地表沉降、土體深層水平位移、土體分層沉降、圍巖壓力、孔隙水壓力、聯(lián)絡通道拱頂(底)沉降等。施工時要科學設置監(jiān)測點，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超過規(guī)范限值，應及時停止掘進，采取有效措施進行處理后再恢復盾構機掘進。借助大數(shù)據(jù)信息技術及先進傳感技術設備，對工作進展情況實施監(jiān)測，采取定期檢查與不定期抽測相結合的方式，確保測量結果準確、數(shù)據(jù)傳輸及時到位。監(jiān)測技術發(fā)展迅速，可以及時學習吸收借鑒國外先進技術，對標同行業(yè)先進方法，提高施工監(jiān)測實力。

4.5 實施嚴格的防水滲透措施

防水工作貫穿地鐵盾構隧道整個施工過程，應從整體入手，建立多層防水體系，嚴格實施防水措施。具體防水措施包括：（1）加強管片生產(chǎn)控制，強化進場驗收，避免因管片質量問題引發(fā)滲漏水；（2）實施掘進注漿防水措施，及時進行二次補漿，確保注漿到位，全面提升防滲漏技術保障；（3）加強防水材料質量把關，監(jiān)理機構要從管片接縫材料購置、進場質量檢驗、接縫安裝全過程嚴格控制，確保材料質量達到要求，杜絕以次充好，假冒防水材料進入施工現(xiàn)場；（4）加強管片拼接，采用彈性密封墊防水、嵌縫防水的方式進行管片拼接縫防水，質檢人員必須對拼裝質量進行測試，防止松動脫落、生銹變形、密封不到位，同時要將盾構機操作過程中產(chǎn)生的碎土垃圾雜物等及時清理，減少縫隙間誤差，確保防水滲透措施落實到位。

5 結束語

地鐵是緩解我國交通壓力、改善交通環(huán)境的重要方式，地鐵盾構隧道施工是一個極其復雜的過程，對其施工質量進行控制是保證地鐵工程質量的必要措施。通過本文的分析，可以得到以下結論：

（1）盾構法施工相比于傳統(tǒng)施工具有安全性高、環(huán)境影響小、施工不受天氣等的影響、施工工效高等顯著優(yōu)勢。

（2）盾構施工質量控制的關鍵在于盾構始發(fā)控制、掘進過程控制、盾構接收控制，同時也要重視施工前的準備工作。

（3）盾構管片質量對于盾構隧道而言至關重要，盾構進、出洞施工是盾構法隧道施工容易出現(xiàn)質量問題的環(huán)節(jié)，應給予足夠重視。

（4）通過采取嚴格的質量控制措施，可以更好地發(fā)揮盾構法施工技術在隧道施工中的優(yōu)勢，為地鐵隧道工程建設發(fā)展提供參考借鑒。