地铁隧道盾构法施工质量控制重点及措施

吕高乐

摘要：随着我国经济及社会的迅猛发展，国内城市轨道建设的数量不断增多，規模不断增大，近年来，兴修地铁逐步成为各地市发展城市交通的重要举措。众所周知，大规模修建地铁不仅受到地面道路交通、施工现场环境、隧道间相互交叉等自然环境影响，还受到市政公共基础设施以及地下结构物的穿插重叠等人文环境因素的影响，因此，传统道路交通施工技术很难在地铁施工过程中发挥效用。为解决这一问题，国内很多地铁施工单位开始普及使用盾构施工技术。

关键词：地铁隧道；盾构法；施工质量；控制

前言：

在地铁施工建设中，因施工地点在地下，施工难度必然高于地面工程，而地下又遍布着各种电缆、管道等，进一步增加了施工难度。基于此，为保障地铁的安全与长效运行，应创新优化施工技术，盾构法施工技术的应用，有效保障了地铁施工的流畅性，提高了地铁施工的效果。为充分发挥盾构法施工效果，应严格把握施工过程分中各个操作要点，避免出现施工缺陷与故障，提高施工效率。

1盾构施工法的概念

1.1地铁隧道盾构法施工原理

盾构法主要是法国工程师所发明的一种隧道施工方法，这种施工方法至今已经使用了超过100多年的，发展速度极为迅速，遍布全球各个国家的地铁隧道工程建设中。地铁隧道采用盾构法进行施工，其主要目的就是为了能够在盾构的保护之下安全顺利进行地层开挖以及成衬砌支护工程等。盾构法的构造较为复杂，其主体结构较多，盾构法在实际进行施工的过程中，主要是通过安装和拆卸、地层开挖和推进、衬砌支护拼装以及防水等几个方面的施工工序。

在使用盾构法进行实际施工的过程中，必须要依据地铁的规划来进行设计，也就是首先在隧道内部的一端利用明挖法来建造起基坑，之后在该基坑的内部安装上盾构机，当盾构机完全安装完毕滞洪，必须要在其内部先开挖一条能够容纳装配式衬砌的土体，该土体通常情况下为1.5米，之后，再安装盾构反力架等设备，使得盾构架能够形成一个稳定的外部支撑，然后在盾构架的盾壳保护之下，使用千斤顶等设备来把切口环向前，嵌入到土层之中去，在盾构架的掩护之下进行地层的开挖工作以及衬砌装配等，当衬砌环上的千斤顶利用自身的推力来帮助盾构架克服掘进过程中的土层阻力，通过这一方式，才能够使盾构架能够保持持续的前进速度。

1.2盾构施工阶段划分

依据盾构施工在时间顺序上的不同，可以将盾构法施工进行三阶段的划分，具体为：始发作业阶段、盾构掘进阶段和盾构到达阶段。盾构施工始发作业阶段，其实施的主要内容为：建造盾构工作井、进洞口土体加固、盾构掘进机安装等；掘进阶段的主要作业内容为：初推段掘进施工、盾构连续掘进施工以及掘进机设备转换等；第三个阶段的主要作业内容包括：接收井洞口土体加固以及盾构机拆卸并运出地面等操作。

2城市地铁隧道盾构法施工的特点

2.1安全性较高

盾构法的施工地点通常在地下，这使得整个施工过程受地面情况和季节因素的影响较小，可以随时随地安排施工。与其他城市建设工程施工容易受到地面交通、气候等外部因素的影响不同，城市地铁隧道工程采用盾构法施工可以避免这些外部因素的干扰，进而可以有效确保施工进度。

2.2工作效率较高

随着盾构法施工技术本身的进步，盾构法施工中应用到的各种施工机械的先进性也越来越高，这些机械设备的应用使得应用盾构法一次性就可以完成开挖、支护、出土、衬砌等工作，从而使施工速度得到了极大提高。

2.3产生危害较小

因为盾构法的施工地点主要在地下空间，而且距离地面还有一段不小的距离，所以对于城市地铁的隧道施工而言，采用盾构法施工几乎不会对地面建筑群造成影响，即使是需要穿越河底的一些工程，也不会对地面、水面交通带来任何影响，具有危害性低的优势。

2.4经济性更佳

我国的地域跨度较大，不同城市的地质条件可能存在一定的差异，而无论是哪种地质条件，盾构法施工技术都具有较好的适用性，是多种施工技术中性价比较高的一种城市隧道施工技术，值得在城市地铁施工作业中进行广泛推广和应用。

2.5施工要求较为严格

在地铁施工建设中，盾构法施工技术的应用带来诸多优势，但是，其应用要求也较为严格。如：在实操盾构机时，只能前进，不能后退，一旦出现故障或盾构机运行出现偏差，极易形成安全事故，危害施工人员安全。盾构机对操作人员专业水平要求较高，若实操人员水平不足，极易产生上述事故。盾构机精度、协调性应满足要求，若盾构机质量不达标，极易影响工程质量。

3盾构施工的缺点

如果其周边的障碍物比较多，这样就会对施工产生影响，若是地层当中所含有的沼气等有毒气体，或者在实际的施工中遇到相关的流沙等地质环境，都会对施工产生相应的影响；如果隧道的曲线半径比较小，隧道的覆土比较浅时采用这种方式施工难度也很大；盾构施工当中相应的控制系统等在操作中难度也会加大，因此对于施工人员的要求很高，采用盾构机械的价格也很高等。

4地铁施工盾构法的施工技术

4.1盾构机进入、退出施工场地技术要点

盾构机进入施工场地时，为保障施工的安全性，应对相关技术要点与参数进行确认，保障盾构机能够迅速、安全的进入施工场地。在盾构进洞时，也应不断调整盾构机的轴线，避免出现运行偏差。在盾构机退出时，应严格审查盾构出洞条件，保障盾构机在安全条件下出洞；加固周围土体，避免因盾构机出洞导致洞穴坍塌现象，影响周围建筑与地下管线；在盾构机退出前，应准确设定始发基座，准确将盾构机放置在设计轴向相符的基座上；总之，相关人员应有效控制盾构机，并做好防范工作，最大限度发挥施工技术的效用。

4.2盾构机掘进阶段施工技术要点

盾构机掘进阶段是一个非常重要的过程，必须严格遵照相关环节进行施工，减少工程对周围环境的影响。具体如下：在盾构机试掘时，必须结合施工方案与工艺特点进行施工，在设备安全出洞后，因盾构机试掘距离多在100m左右，对此详细分析盾构机掘进100m内通道的相关数据，确定最佳施工参数，提高施工安全性。在确定最佳施工参数之后，应适当调整盾构机，直至盾构机质量达到标准方可进行掘进作业。在盾构机掘进过程中，应严格控制盾构方式、盾构坡度等，现场测量工程运行轴线，避免盾构机掘进参数出现偏差，影响地铁施工质量。在盾构机掘进过程中，严格监视土层环境，若发现异常现象，应即刻处理，保障盾构机施工作业顺利进行。

4.3挖掘粉砂层阶段施工技术

在地铁工程建设中，建設区域并非全部为适合施工的地质，多数时候，粉砂层是最常遇见的土层，粉砂层挖掘简单，却很难保障土层的承载力，对此，探索粉砂层阶段施工技术，直接关系着地铁整体质量。在盾构机挖掘中，理论上，粉砂层是最为有利的工作环境，然而，在实际作业中，当盾构机遇见粉砂层，常发生出口喷砂、土体液化等，极大提高了施工难度，影响了盾构法施工的顺利进行。对此，通过向土舱内添加泥土、提高土舱压力等方式，提高土体的止水性与流动性，便利盾构机的施工，提高地铁工程施工质量。

在盾构机挖掘推动完成后，应进行贯穿检验，由专业人士进行实地考察，丈量地道是否达到标准，若出现各类问题，应及时调整，保障施工质量，为地铁建设的总体质量奠定基础。

4.4地铁盾构机进出洞施工技术

由于地铁工程盾构机进出洞施工工序往往较为复杂，为了避免轴线产生较大误差、延误进度以及增加成本投入，应当结合地铁工程前期地质勘测数据设计出一条盾构机施工路线，随后组织相关技术人员与专家进行审查，以此保证该路线的科学合理性；确定好施工路线后，还应充分依据地铁工程所经区域地质环境实际进行审查，以此确认盾构机是否具备进出洞的条件，而当某段地铁工程地质环境无法达到盾构机进出洞条件时，应结合该段地质情况采用另外一种施工方法，从而保证盾构机进出洞施工顺利进行。

5盾构法施工中常见的质量问题及原因

5.1管片渗水

5.1.1管片自身存在问题。管片出厂时需要对密封垫沟槽处的混凝土进行密封处理，这主要是由于如果密封不好或者直接未进行此操作，就会导致气泡产生，这样一来，在组装成品管片的过程中，管片密封垫附近就会有水沿着气泡渗入，直接导致管片漏水。

5.1.2管片止水条脱落。在具体操作过程中，管片止水条出现脱落或者断裂的情况有很多，主要原因可以分为管片之间相互碰撞或者黏贴不牢等，这样一来，密封垫处的防水圈就无法闭合，导致管片渗水的情况出现。

5.1.3管片壁不饱满后进行注浆。一般来说，在管片壁不够饱满的情况下进行注浆，如果出现管片密封贴条不完全密实的情况，加上管片顶部存有积水，那么密封垫较为薄弱的位置就会先出现渗水情况。

5.2盾构机始发、接收段隧道存在的质量问题

盾构机始发、接收段成型在地铁盾构法施工过程中十分常见。具体来说，出现这一问题的原因可以分为以下几个方面：①负环管片的原因，通常来说，使用配筋率较低或者老旧管片就会导致盾构始发时出现问题，导致破损情况的出现；②因盾构组合安装调试工作刚刚结束，就着手盾构机始发操作，机械以及人机磨合程度还不够理想，相关施工参数也未得到实践检验，极易导致与实际情况不符的现象发生。

5.3联络通道处成型隧道存在质量问题

一般来说，联络通道是地铁盾构施工隧道内部的最低位置，在实际操作过程中，尤其是使用“V”型纵坡设计的隧道区间，一般来说，其联络通道都未出隧道纵坡拐点处。一旦该曲线上还存在一定的隧道区间平面曲线，这说明该隧道位置则是最不利于线型控制的点。

6盾构施工质量控制重点分析

6.1设备选择

地铁盾构施工中，应该根据实际的工程情况选择对应的施工设备，在对施工设备进行选择时，不仅要确保周围建筑物的安全，同时还应该保障施工所造成的地基沉降在合理的范围内。受岩溶强度较大差异的影响，施工中通常存在地质层上软下硬的状况，因此，就需要盾构机具有较高的破岩能力强度。由此可见，盾构设备的选型应该综合各方面的因素进行考虑。

6.2施工工艺

施工质量在很大程度上受施工工序的影响，因此，在进行盾构施工过程中，应该确保施工工艺合理有效。就以往的盾构机施工而言，多数质量问题均是由于没有对施工工艺进行把控而造成的，主要体现在对盾构机管片设计以及盾构设备安装等方面，因此，无论是在对盾构机进行安装，还是在用盾构机进行施工过程中，都必须合理把控施工工序，严格按照施工标准要求进行施工作业，只有这样，才能保证工程质量。

6.3盾构机姿态控制要点

6.3.1人工测量以及盾构测量是对盾构姿态数据进行测量的两种方式，人工测量用于对自动测量数据的准确性进行检验矫正，通过对两类数据进行比较分析，来对数据的变化情况进行动态的掌控，从而有效指导盾构机安全、正确的推进。

6.3.2将测量结果作为绘制盾构以及管片与设计线之间位置的依据。

6.3.3一旦发现盾构机出现偏向，应该给予合理的调整，如果调整幅度过大，就需要确保盾尾的间隙。

6.4管片渗水的控制措施

6.4.1二次补浆

二次补浆技术主要用于对漏水管片的修补，该技术能够实现封堵渗水通道的效果。使用该项技术时，首先要使用单浆液，将注浆压力控制在一定的范围之内，注浆量的把控以能够注入为主，然后对堵漏效果进行观察，如果效果不太理想，可以使用注入双浆的方法，同时还需要提升注浆压力。

6.4.2环纵缝注浆堵漏

（1）管片紧固螺丝孔渗漏。该方法的使用需要将螺丝孔表面的杂物清理干净，然后再找出产生渗漏的部位，借助电钻钻孔，保障螺丝孔和钻孔互通，然后使用快干高强砂浆将螺丝孔的底部进行封堵，接着在钻孔部位安装注浆嘴，在向钻孔内注浆时需要使用高压灌浆设备，浆料的使用应该以环氧树脂为主，注浆来量的控制应该以注满螺栓孔为基准。注浆方法的使用，不仅能够实现堵漏的效果，同时对于螺丝，还能够实现防腐以及锚固的作用。

（2）环纵缝漏水处理。如果在进行二次补水操作之后，环纵缝依然存在漏水现象，此时就需要使用注浆的方法对漏水部位进行封堵。在此过程中，需要进行如下操作：使用快干高强度砂浆对纵向缝以及环向缝进行处理，在封闭漏洞时，需要向内凹进去1～2cm深的弧形，接着在漏水缝处垂直钻孔至止水条部位，确保每个孔的间距在2～3个/m，与此同时还需要装备专用注浆嘴，在向缝内灌浆时，需要使用高压灌浆设备。浆量的使用应该以填满缝为准。

7地铁隧道盾构施工质量控制的措施

7.1盾构施工开挖前要做好地质勘探工作

在地铁轨道建设中，经常会遇到某些地质环境恶劣的情况，如断层、土层薄弱等情况，这些都会给工程的进行带来影响，因此必须实现对要挖掘的现场进行勘测，确保工程的安全和顺利。为了确保盾构施工的顺利，及时对盾构机进行保养，可利用多方向支撑液压钻机预先对要施工场地进行勘测，及时掌握有效的施工信息，以便于及时做出相应的处理方案。当盾构每天的施工进度超出20～30m，要使用地质雷达，充分掌握施工现场的地质信息，以便于接下来的施工。

7.2盾构法施工中避免管片上浮的措施

在地铁施工过程中，常常遇到管片上浮的情况，这就要求施工人员必须深入了解施工现场的地质条件，更加精准的利用相关数据参数来吧工作做好，以数据为参考做好现场实际操作，并以此为盾构施工的基本依据，这也要求相关施工人员素质和技术应该更高。对于地铁隧道的掘进施工，首先必须要对其施工方法、速度及推力做到精确控制，其次还要加强盾构机的操作控制，对千斤的形成差进行调整和优化，从而使千斤顶的作用得以充分发挥，避免超出等问题的出现，最后结合测量得出的最终结果，对盾构机的相关参数等进行进一步优化和调整，这样不仅能保证施工进程和质量，而且还能使设备使用寿命得到延长。

7.3盾构设备始发、接收施工要点

首先就是要将盾构施工的路线确定出来，且保证轴线偏差不能过大，从而避免浪费掉时间和资金，由于在始发、接收时盾构设备有着较为复杂的施工工序，因此只有在设计足够精准，准备足够充分的前提下才能动工，对于盾构机也需要安排一段时期进行动态且仔细的调试，在不同地质环境条件下对盾构设备是否具备始发、接收条件进行判断，从而实现盾构设备的整个进洞过程能够安全可靠。

7.4盾构法施工中控制地面沉降的措施

要控制好注浆时间、注浆量、注浆压力等参数，尤其是要严格的按照试验段采集的参数对浆液的配合比进行控制，使注浆效果得以确保。在实际施工中为了防止地表发生剧烈沉降的情况，可以采用同步注浆和二次注浆相结合的方法；其次，正面均衡、稳定的土仓压力可以使切削的掌子面保持良好的支撑，也可以有效地避免土体发生坍塌。

结语：

地铁盾构法隧道施工历史悠久，且经过大量实践之后，其已经形成了一套相对完善的施工方法和相对成熟的施工技艺。在地铁隧道施工过程中，相关施工单位要想有效提升工程整体质量，不仅需要从盾构法施工工艺中入手，还要切實提升施工人员质量控制意识、完善工程质量控制体系、加强施工人员能力培训等，只有这样，才能进一步提升我国地铁隧道盾构法施工质量。

参考文献：

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[2]张伟.地铁盾构法施工问题及解决方案[J].科技视界，2014（20）.

[3]王又平.地铁隧道盾构法施工质量控制重点及措施[J].黑龙江科技信息，2015（14）：220.