1、盾構(gòu)法施工(sh gng)在地鐵隧道(sudo)施工的質(zhì)量(zhling)監(jiān)控和研究 李懂懂【內(nèi)容摘要】盾構(gòu)法隧道施工在北京地鐵建設中應用最為廣泛。在實施盾構(gòu)法隧道施工管理人員應熟悉和掌握施工質(zhì)量監(jiān)控重點及相應對策，從而保證工程施工的質(zhì)量 ?！娟P鍵詞】 盾構(gòu)法隧道 監(jiān)控重點 方法引言近年來，為適應城市發(fā)展需要和滿足城市居民日益增長的出行需求，北京市地鐵建設不斷加快了建設步伐。根據(jù)北京地區(qū)沙土地質(zhì)的特點，地鐵區(qū)間隧道建設一般都采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機為隧道掘進設備，以盾構(gòu)機的盾殼作支護，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機前進，以開挖面上拼裝預制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方

2、法。盾構(gòu)機的類型有多種，目前在北京地鐵區(qū)間隧道建設中以土壓平衡式盾構(gòu)應用最為廣泛。土壓平衡盾構(gòu)工藝原理是利用安裝在盾構(gòu)最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來的土進入刀盤后面的密封艙內(nèi)，井使艙內(nèi)具有適當壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構(gòu)推進對地層土體的擾動，從而控制地表沉降或隆起，在出土時由安裝在密封艙下部的螺旋運輸機向排土口連續(xù)的將土渣排出。由于地鐵盾構(gòu)法隧道施工技術難度大、施工風險高、質(zhì)量要求高、不可預測因素多。因此，現(xiàn)場施工人員應熟悉和掌握盾構(gòu)法隧道施工監(jiān)控重點及相應對策，在施工管理工作中才能真正做到有效地對施工質(zhì)量進行監(jiān)控，從而為施工質(zhì)量提供優(yōu)質(zhì)的管理及服務。 本人有幸參加了北京地

3、鐵十號線二期工程的施工監(jiān)理工作，在區(qū)間隧道掘進施工管理過程中，通過不斷摸索與總結(jié)，也積累了一些菲薄的工作經(jīng)驗， 以下就以土壓平衡式盾構(gòu)為例，對隧道掘進施工中應監(jiān)控的重點及采取的對策，談幾點體會。正文(zhngwn)1.盾構(gòu)始發(fā)（出洞）階段(jidun)盾構(gòu)始發(fā)（出洞）階段(jidun)是控制盾構(gòu)掘進施工的首要環(huán)節(jié)。在盾構(gòu)始發(fā)（出洞）前、后各項準備工作中需做好充分的技術、人員、材料、設備準備，并對盾構(gòu)是否具備出洞條件予以確認，確保盾構(gòu)在安全可靠的前提下能順利出洞。1.1盾構(gòu)出洞土體加固為了確保盾構(gòu)出洞施工的安全和更好地保護附近的地下管線和建（構(gòu)）筑物，盾構(gòu)出洞前需對出洞區(qū)域洞口土體進行加固。土體

4、加固的方法較多（如水泥攪拌樁加固、旋噴樁加固等），但無論采用何種加固方法，對土體加固的效果檢驗始終應作為重點控制的內(nèi)容。在確保加固效果滿足設計要求前提下，盾構(gòu)才能出洞，否則應及時采取補救措施。針對土體加固現(xiàn)場施工人員應重點關注以下三方面：加固(ji )土體與地連墻間隙(jin x)封閉由于(yuy)加固土體與地連墻之間存在間隙，所以一般我們可采用注漿、旋噴等方法封閉該間隙。加固土體的強度加固土體的強度是否滿足設計要求是衡量加固效果的首要指標，可通過對進出洞加固范圍內(nèi)不同深度土體采用鉆芯取樣檢測的方式加以驗證，現(xiàn)場管理人員應及時鉆芯取樣過程進行見證，確保取樣工作的及實性。加固土體的均勻性檢驗加固

5、土體的均勻性目前尚無相應的工具、手段，可通過打探孔方式進行觀察。現(xiàn)場管理人員應在洞口割除圍護結(jié)構(gòu)背土面鋼筋及鑿除砼后，合理布置探孔（選擇有代表性部位、數(shù)量一般不少于5個），現(xiàn)場觀察探孔有無滲漏或流砂等異常情況，作為判斷土體加固效果的輔助手段。1.2盾構(gòu)始發(fā)基座設置盾構(gòu)始發(fā)前需將盾構(gòu)機準確的擱置在符合設計軸線(zhu xin)的始發(fā)基座上，待所有準備工作就緒后，沿設計軸線向地層內(nèi)掘進施工。因此，盾構(gòu)出洞前盾構(gòu)始發(fā)基座定位的準確與否，直接影響到盾構(gòu)機始發(fā)姿態(tài)好壞。我們(w men)在檢查(jinch)盾構(gòu)始發(fā)基座時，應重點復核以下內(nèi)容：洞門位置及尺寸在基座設置前，我們應采用測量工具對洞口實際的凈尺

6、寸、直徑、洞門中心的平面位置及高程進行復核。盾構(gòu)始發(fā)基座位置盾構(gòu)始發(fā)基座的設置依據(jù)不僅包括洞門中心的位置、還包括設計坡度與平面方向。在始發(fā)基座設置完畢，為確保盾構(gòu)機能以最佳的姿態(tài)出洞。我們應復核基座頂部導向軌的位置（平面位置及高程），確保盾構(gòu)擱置位置和方向滿足設計軸線的要求。1.3盾構(gòu)機及后配套設備井下驗收盾構(gòu)法隧道施工主要依靠盾構(gòu)掘進機及配套設備完成掘進任務，由于受工作井內(nèi)空間限制，需將盾構(gòu)機及后配套臺車分節(jié)吊裝運至井下，并在井下安裝、調(diào)試和試運轉(zhuǎn)。土壓平衡式盾構(gòu)機及后配套設備構(gòu)成主要由盾構(gòu)殼體（包括刀盤及切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾）、推進系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、油脂潤滑系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。我們應重點是

7、對盾構(gòu)機及后配套設備主要部件和系統(tǒng)檢查和核對，并對試運轉(zhuǎn)情況進行見證，在驗收合格前提下可批準盾構(gòu)機及配套設備投入使用。以下為本工程日本小松6340土壓平衡式盾構(gòu)機為例，對盾構(gòu)機井下調(diào)試、檢查項目作一介紹。檢查項目檢查內(nèi)容檢查要求外觀檢查01刀具數(shù)量齊全、刃口完好、安裝正確02焊縫焊縫均勻飽滿，無缺陷03外形尺寸盾構(gòu)外殼長度和直徑符合要求04尾刷排列整齊有序05電氣設備內(nèi)外清潔，電纜無破損和油污調(diào)試檢查01刀盤轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)滿足要求02超挖刀數(shù)量和行程滿足要求03推進千斤頂數(shù)量、行程、油壓、伸縮時間滿足要求04螺旋輸送機轉(zhuǎn)速、油壓、閘門開關滿足要求05拼裝機回轉(zhuǎn)角度和速度滿足要求06注漿系統(tǒng)滿足

8、正常使用（用水替代）07盾尾油脂滿足正常使用08雙梁葫蘆走行和起升構(gòu)件正常，滿足正常使用09皮帶機啟動和停止正常，滿足正常使用10泡沫系統(tǒng)噴出正常11電氣系統(tǒng)儀器儀表顯示、漏電開關保護、警報系統(tǒng)等能正常使用1.4 后盾支撐系統(tǒng)(xtng)安裝盾構(gòu)前進(qinjn)的動力是通過千斤頂來提供，而盾構(gòu)始發(fā)時千斤頂頂力是作用在后盾支撐系統(tǒng)之上。一般后盾支撐體系是由鋼反力架、鋼支撐、臨時襯砌（負環(huán)管片）等組成，我們(w men)應重點關注后盾支撐系統(tǒng)是否滿足其技術要求，即后盾支撐系統(tǒng)必須有足夠的剛度和強度，確保在頂力作用下不發(fā)生變形。1.5洞門圍護結(jié)構(gòu)鑿除（出洞側(cè)）地鐵盾構(gòu)法隧道施工一般以車站主體結(jié)構(gòu)兩

9、端端頭井作為盾構(gòu)始發(fā)井和接收井。盾構(gòu)在始發(fā)前需對始發(fā)井出洞側(cè)洞口圍護結(jié)構(gòu)進行分次鑿除(一般分為兩次，第一次先割除背水面鋼筋及鑿除圍護結(jié)構(gòu)砼至迎水面鋼筋，第二次出洞前再清除剩余部分)，一方面清除盾構(gòu)出洞前障礙，另一方面第一次鑿除圍護結(jié)構(gòu)后通過打探孔可進一步直觀的觀察盾構(gòu)出洞土體加固的效果。我們在洞門圍護結(jié)構(gòu)鑿除后應對其后土體自立性、滲漏等情況進行觀察，判斷出洞區(qū)域土體的實際加固效果是否滿足盾構(gòu)安全出洞的要求。1.6盾構(gòu)出洞裝置(zhungzh)安裝由于隧道洞口與盾構(gòu)之間存在建筑間隙，易造成泥水流失，從而引起地面沉降及周圍建筑物、管線位移，因此需安裝出洞裝置。一般包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形(sh

10、n xn)板及相應的連接螺栓和墊圈等。我們(w men)應重點對簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進行復核，對出洞裝置安裝的牢固情況進行檢查，確保簾布橡膠板能緊貼洞門，防止盾構(gòu)出洞后同步注漿漿液泄漏。1.7盾構(gòu)始發(fā)出洞盾構(gòu)出洞準備工作就續(xù)后，為減少正面土體暴露時間，盾構(gòu)從始發(fā)基座導軌上應及時向前推進，使盾構(gòu)切口切入土層直至盾構(gòu)殼體進入洞口的過程稱為“盾構(gòu)始發(fā)出洞”。該關鍵環(huán)節(jié)我們應進行旁站監(jiān)督，并重點做好以下工作：觀察(gunch)割除圍護結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋后盾構(gòu)機應迅速靠上洞口正面土體。觀察(gunch)盾構(gòu)出洞期間洞口有無滲漏的狀況，發(fā)現(xiàn)洞口滲漏及時封堵。檢查前倉土壓力設置(shzh)是否合適，觀

11、察土倉有無砼塊，發(fā)現(xiàn)后及時清除。第一環(huán)正環(huán)拼裝前檢查最后一環(huán)負環(huán)管片的拼裝位置。檢查千斤頂使用狀況，防止盾構(gòu)出洞后出現(xiàn)姿態(tài)“上飄”現(xiàn)象。2.盾構(gòu)試掘進和正式掘進階段根據(jù)盾構(gòu)法施工工藝的特點，盾構(gòu)安全出洞后需通過前100環(huán)試推進尋求最佳施工參數(shù)，為全線的正常推進提供符合實際土層特點的技術參數(shù)。不論在試掘進還是正式掘進階段，我們可以通過觀察盾構(gòu)機控制室內(nèi)儀器儀表顯示的數(shù)據(jù)、分析盾構(gòu)掘進施工報表、通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析隧道及地面沉降情況等手段進行動態(tài)監(jiān)控，及時掌握和分析施工技術參數(shù)變化，檢查盾構(gòu)掘進中的姿態(tài)、管片拼裝的質(zhì)量、注漿作業(yè)的效果等，采取相應的措施確保盾構(gòu)掘進施工質(zhì)量和周邊環(huán)境的安全。2.1盾構(gòu)機

12、施工(sh gng)參數(shù)管理由于土壓平衡式盾構(gòu)采用電子計算機控制系統(tǒng)，能自動控制刀盤轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)推進(tujn)速度及前進方向，并及時反映掘進中的施工參數(shù)。這些施工參數(shù)的確定是根據(jù)地質(zhì)條件情況、環(huán)境監(jiān)測情況，進行反復量測、調(diào)整和優(yōu)化的過程，若發(fā)現(xiàn)異常需及時調(diào)整。因此，對盾構(gòu)施工參數(shù)的管理應貫穿于盾構(gòu)掘進過程的始終。我們要隨時查看(chkn)分析施工報表，觀察盾構(gòu)機控制室內(nèi)監(jiān)控設備等手段，及時收集和分析有關施工參數(shù)的信息，通過信息反饋，動態(tài)掌握施工參數(shù)的變化。盾構(gòu)機監(jiān)控系統(tǒng)能反映的施工參數(shù)很多（如土壓力、刀盤油壓和轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)掘進速度等），對于這些施工參數(shù)的管理監(jiān)理在工作中應重點關注以下幾項：2.1

13、.1土壓力土壓平衡式盾構(gòu)機掘進的原理是建立開挖面前后水土壓力平衡。在盾構(gòu)掘進不同階段，盾構(gòu)機工況是從非土壓平衡通過在初始出洞階段逐步過渡到土壓平衡，再到進洞階段由土壓平衡逐步過度到非土壓平衡，即土壓力設定是變化的（在理論數(shù)值上它與土體容重、覆土深度、側(cè)向土壓力系數(shù)有關），施工中需要不斷通過不同的土質(zhì)、覆土厚度、結(jié)合環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行調(diào)整。因此，平衡土壓值的設定是土壓平衡式盾構(gòu)施工關鍵，監(jiān)理應予以重點關注，并通過計算理論土壓力與實際設定土壓力進行比較，判斷實際設定土壓力是否滿足施工的需要，我們要合理的設定土壓力。2.1.2出土(ch t)量土壓平衡式盾構(gòu)是以切口環(huán)作為密閉土倉，盾構(gòu)推進中切削(q

14、ixio)后土體進入密閉土倉，隨著進土量增加建立一定的土壓力，再通過螺旋輸送機完成排土，而土倉壓力值是通過出土量來控制的。因此，出土量的多少、快慢與設定的土壓力值密切相關，我們(w men)可通過計算每環(huán)理論出土量與實際每環(huán)出土量相比較，判斷出土量是否正常。2.1.3掘進速度盾構(gòu)掘進的速度主要受盾構(gòu)設備進、出土速度的限制，若進出土速度不協(xié)調(diào)，極易出現(xiàn)正面土體失穩(wěn)和地表沉降等不良現(xiàn)象。因此，我們應均衡連續(xù)組織掘進作業(yè)，當出現(xiàn)異常情況時（如遇到阻礙、遇到不良地質(zhì)、盾構(gòu)姿態(tài)偏離較大等），應及時停止掘進，封閉正面土體，查明原因后采取相應的措施處理。2.1.4千斤頂推力盾構(gòu)是依靠安裝在支撐環(huán)周圍的千斤頂

15、推力向前推進的，推力的大小與盾構(gòu)掘進所遇到的阻力有關，正確(zhngqu)的使用千斤頂是盾構(gòu)是否能沿設計軸線（標高）方向準確前進的關鍵。因此，在每環(huán)推進前，我們(w men)應根據(jù)前面幾環(huán)盾構(gòu)推進的現(xiàn)狀報表，分析盾構(gòu)趨勢，正確的選擇(xunz)千斤頂?shù)木幗M，合理地進行糾偏。2.2盾構(gòu)掘進姿態(tài)控制 所謂盾構(gòu)姿態(tài)具體是指盾構(gòu)掘進中現(xiàn)狀空間位置（包括高程和平面位置）。盾構(gòu)姿態(tài)控制就是將盾構(gòu)軸線控制在與設計允許偏差范圍內(nèi)。盾構(gòu)姿態(tài)控制的好壞，不僅關系到盾構(gòu)軸線是否能在已定的空間內(nèi)在設計軸線允許偏差內(nèi)推進，而且還影響到后續(xù)工序管片拼裝的質(zhì)量（只有盾構(gòu)掘進姿態(tài)控制在允許誤差之內(nèi)，才能確保管片拼裝能在理想的

16、位置）。因此，在盾構(gòu)掘進階段對盾構(gòu)姿態(tài)的控制始終應做為現(xiàn)場管理人員監(jiān)督的重中之重。根據(jù)地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范（GB50299-1999）8.4.4條（2003版）規(guī)定“盾構(gòu)掘進中應嚴格控制中線平面位置和高程，其允許偏差均為50mm，發(fā)現(xiàn)偏離應逐步糾正，不得猛糾硬調(diào)”。我們在實施對盾構(gòu)姿態(tài)控制時，應嚴格以規(guī)范要求為控制準則。我們在工作中針對盾構(gòu)姿態(tài)的控制，首先應熟悉和掌握設計線型要求，即隧道平面曲線和豎曲線的線型情況（包括里程、長度、坡度、半徑等），其次還應重點監(jiān)控以下內(nèi)容：2.2.1盾構(gòu)姿態(tài)測量(cling)數(shù)據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測量數(shù)據(jù)包括自動測量數(shù)據(jù)（盾構(gòu)機裝有自動測量系統(tǒng)，能反映(fnyng)

17、盾構(gòu)運行的軌跡和瞬時姿態(tài)，動態(tài)監(jiān)測盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)）和人工測量復核數(shù)據(jù)（對自動測量數(shù)據(jù)正確性進行檢測和校正），我們(w men)可對兩類數(shù)據(jù)綜合分析、比較，動態(tài)掌握數(shù)據(jù)變化情況，正確指導盾構(gòu)正確、安全地推進。2.2.2盾構(gòu)糾偏量盾構(gòu)在推進過程中不可能一直處于理想狀況（尤其是在曲線段），會產(chǎn)生不同程度的偏向。影響盾構(gòu)的偏向的因素很多，也很復雜（如地質(zhì)條件的因素、機械設備的因素、施工操作的因素等等），施工中一般可通過調(diào)整千斤頂編組或糾偏材料（粘貼在管片上）進行糾偏。我們不僅應做到及時根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測量數(shù)據(jù)，分析盾構(gòu)姿態(tài)，還應控制好掘進方向，平穩(wěn)地控制盾構(gòu)推進的軸線。而且在每環(huán)管片拼裝前對盾構(gòu)姿態(tài)進行復查

18、，發(fā)現(xiàn)偏差，我們應合理的制定糾偏方案和糾偏量，及時采取糾偏措施，避免誤差累積。2.3管片拼裝控制根據(jù)盾構(gòu)法施工工藝管片成環(huán)的特點(tdin)：管片是盾殼的保護下在盾尾拼裝成環(huán)形成隧道的。它是盾構(gòu)法施工的關鍵工序，管片拼裝的質(zhì)量好壞直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全和使用功能。因此，為確保管片拼裝的質(zhì)量滿足設計和規(guī)范(gufn)的要求，我們(w men)應重點抓好以下環(huán)節(jié)：2.3.1管片制作監(jiān)控管片制作質(zhì)量好壞是確保管片拼裝質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，一般管片制作均由預制構(gòu)件廠提前生產(chǎn)，以滿足現(xiàn)場盾構(gòu)掘進施工的需要。地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范（GB50299-1999）8.11條對管片制作質(zhì)量提出明確的要求。我們對管

19、片制作人員在監(jiān)督管片制作過程中應嚴把質(zhì)量關，在滿足以下條件的前提下才能允許管片出廠。制作管片模具的精度符合規(guī)范要求。制作管片類型、管片脫模后成品外觀質(zhì)量及尺寸偏差滿足設計和規(guī)范要求。管片的砼抗壓強度及抗?jié)B指標滿足設計要求。管片的檢漏檢測和三環(huán)試拼裝檢驗符合規(guī)范要求。2.3.2管片進場(jn chn)檢查管片制作合格后需根據(jù)現(xiàn)場(xinchng)施工需要分批由預制廠運輸至現(xiàn)場。我們(w men)對進場管片的檢查是對管片制作質(zhì)量的第二次復查。檢查的重點包括：根據(jù)管片排序圖核對進場管片規(guī)格是否滿足施工需要。審查進場管片出廠質(zhì)量合格證明文件。復查進場管片外觀質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)缺陷應及時進行修補。2.3.3管

20、片拼裝前檢查根據(jù)管片接縫防水設計要求一般需粘貼防水密封墊，我們應在管片拼裝前對密封墊粘貼位置和粘貼質(zhì)量逐塊檢查。2.3.4管片成環(huán)后檢查管片成環(huán)后的質(zhì)量是衡量和判斷盾構(gòu)法隧道質(zhì)量合格與否的主要依據(jù)。（地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范（GB50299-1999）8.6.5條對管片拼裝質(zhì)量提出了具體的要求（本工程以20環(huán)為一個檢驗批進行驗收）。我們在進行檢查中應重點檢查以下內(nèi)容：高程和平面偏差?？v、環(huán)向相鄰管片高差和縱、環(huán)向縫隙(fngx)寬度。縱、環(huán)向相鄰管片(un pin)螺栓連接。2.3注漿作業(yè)(zuy)監(jiān)控盾構(gòu)法工藝施工隧道，由于盾構(gòu)殼體與拼裝管片之間存在“建筑空隙”，如不及時填充，勢必產(chǎn)生土層

21、擾動變形，造成地面變形（嚴重的危及到地面建筑和地下管線的安全使用）或隧道結(jié)構(gòu)變形。注漿作業(yè)是盾構(gòu)法隧道施工控制地面和隧道結(jié)構(gòu)變形主要技術措施之一，通過壓漿填充“建筑空隙”控制變形量。施工中的注漿工藝分為同步注漿、襯砌后補注漿，無論采用哪種工藝，現(xiàn)場管理人員應在過程中通過分析監(jiān)測資料（以控制地面和隧道結(jié)構(gòu)變形為原則）、查看拌制和注漿施工記錄、對每作業(yè)班拌制注漿液試塊制作見證送檢等手段來綜合分析注漿作業(yè)的效果，判斷注漿作業(yè)是否達到控制變形的成效，并重點監(jiān)督漿液配合比、注漿量、注漿壓力等主要技術指標。3盾構(gòu)接收（進洞）階段盾構(gòu)接收（進洞）階段掘進是盾構(gòu)法隧道施工最后一個關鍵環(huán)節(jié)。盾構(gòu)能否順利進洞關系

22、到整個隧道掘進施工的成敗。在盾構(gòu)進洞前后我們要做好充分的盾構(gòu)接收的準備工作，確保盾構(gòu)以良好的姿態(tài)進洞，就位在盾構(gòu)接收基座上。3.1盾構(gòu)進洞土體加固(ji )盾構(gòu)進洞區(qū)域(qy)土體加固一般與出洞區(qū)域土體加固是同時進行，對盾構(gòu)進洞土體加固效果的檢驗可參照對盾構(gòu)出洞土體加固。3.2盾構(gòu)接收(jishu)基座設置盾構(gòu)接收基座用于接收進洞后的盾構(gòu)機，由于盾構(gòu)進洞姿態(tài)是未知的。在盾構(gòu)接收（進洞）前我們?nèi)孕铚y量接收井洞門中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面為原則），確保盾構(gòu)機進洞后能平穩(wěn)、安全推上基座。3.3進洞前盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)控在盾構(gòu)進洞前100環(huán)監(jiān)理對已貫通隧道內(nèi)布置的平面導線控制點及高程水準基點做貫通前復核測量，是準確評估盾構(gòu)進洞前的姿態(tài)和擬定進洞段掘進軸線的重要依據(jù)。我們應多次測量及和業(yè)主第三方測量數(shù)