地铁隧道盾构法施工质量控制措施

中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266061

1 工程概况

呼和浩特地铁学府康都站—海亮广场站区间的起讫点里程范围为CK12+004.668～CK12+864.178，区间长度为859.51m。该工程中，C50、P10预制钢筋混凝土管片11057m3，出渣量58828m3，同步压浆水泥砂浆量9457m3。

2 盾构施工概述

2.1 基本原则

盾构机是在开挖过程中保持周围土壤稳定性以避免倒塌的主要施工机械，具有隧道开挖和排渣功能。在施工过程中，盾构机械可以在内部完成管片组装，形成完整的衬砌结构，同时保证周围的土壤处于稳定状态，进而在安全的环境中成功完成隧道的施工。盾构法的基本目标是尽可能降低围岩扰动的程度，以最快的速度完成地铁隧道的施工，同时形成地铁隧道的主体结构，维护周围现有建筑物的安全稳定性。盾构施工示意图见图1。

图1 盾构施工示意图

2.2 阶段划分

盾构施工包括三个阶段：（1）始发阶段，如施工工作井，根据设计要求选择并安装适当类型的盾构机等；（2）掘进阶段，需要连续开挖，工作量较大；（3）盾构机到达阶段，主要涉及整理工作，如对接收轴入口处的土壤进行加固处理，以及适当拆卸盾构机。

3 地铁隧道盾构施工技术要点与质量控制措施

该工程使用ZTE系列复合式土压平衡盾构机，通过刀盘切削土壤进行入土和出渣，土体压力通过螺旋输送器的出土量进行相应的调整，保证将施工中的土体压力控制在合理范围内。

3.1 始发阶段

始发是盾构施工的重要阶段，打开隧道围护结构后，应检查隧道区域周围的土壤状况，以便为盾构机的运行创造有利条件，并有效地到达隧道施工区域。该工程使用SMW工法进行端头加固，对周边土壤造成的扰动较小，具有较好的止水性能。盾构始发应注意出洞技术的应用，这关系到盾构始发作业的成败。

组装和调试盾构设备后，开始组装负环部分，并在负环部分后面安装一个0.4m宽的钢环，使混凝土部分均匀受压。洞门入口处地下连续墙的混凝土墙应被切割，切割应分为6个区块，从下至上分别在井外进行。为了确保隧道的安全，在隧道环上安装橡胶止水带和扇形板，以形成密封装置。施工人员要用刷子给盾构设备的后挡板密封刷注脂，布置地面监测点。

始发施工必须先进行洞口破除施工。首次打开隧道门后，施工人员要安装和固定保护装置，满足启动条件后，在保护头和隧道环之间建立支撑，并从下方切割隧道门加强件。盾构应及时靠在洞口的位置上，防止出现塌方。在开门过程中，如果有渗水现象，则应使用2倍的水泥和水玻璃来连接泄漏处，并相应地加快钢筋的切割速度。如果在切割钢筋时有流动的泥浆或流沙，应立即停止切割钢筋，并在泥浆和流沙的位置进行两种液体的浆化，堵塞后再进行切割。

洞口密封是为了防止盾构机离开洞口后注浆砂浆泄漏。制作入口密封件分为两个步骤：一是洞口预埋件的施工，应特别注意预埋件要与原有结构相连接；二是将盾构机从洞口正式拆下来之前，必须先清洁洞口入口，然后再安装密封件。

3.2 掘进阶段

盾构机始发后，马上进行掘进施工，在此期间应注意检查管片组件和设置盾构机位置，实时监控隧道施工过程中的推力和扭矩，将所有参数控制在合理的范围内。为了给隧道施工提供正确的指导，应选择一个有代表性的试验段（以100m为宜），并根据该段的盾构施工效果修改设计参数，使盾构施工顺利进行。此外，盾构位置对施工效果有很大影响，因此必须加强监视，严格控制盾构轴的偏差，且不得超出允许范围。

（1）掘进模式选择。根据该工程使用的机械情况，刀盘配有扬声器型面板和复合工具，刀盘的硬度和强度可以满足该部分的钻孔需求。盾构机在隧洞掘进阶段具有三种模式：开放式、半开放式和土压力平衡式。为了在安全的前提下最大程度上提高施工效率，主要基于土的自稳性和负荷水平进行选择，即根据工程地质实际，该工程使用土压力平衡式进行施工，提高出渣速度，保证沉降在可控范围内。

（2）土仓压力调整。在实际掘进过程中，除了静水压力和理论土壤压力，还必须根据土压力、实际掘进量和土沉降来计算土压力。在钻进过程中，应始终注意土压力的变化并适当调整土压力。例如，计算土压力为120kPa，实际掘进量很高，高土压力保持不变，而低土压力降低，这时必须随着气压增加土压力。为了使盾构掘进引起的渣土量最小化，土压力控制应尽可能接近原始状态下的挖掘面压力水平。

（3）切割速度控制。根据相关工程经验，由于土压平衡开挖方式的特点，地层和土壤层中的渣土切削阻力大，为了避免破坏刀盘，应控制切割速度。该工程的切割速度控制在1.2～1.4r/min。

（4）刀盘扭矩控制。结合该节的实际施工情况，在这种类型的结构中，掘进过程中的刀盘扭矩应控制在2.5～3.5MN·m。当刀盘由于扭矩过大而卡住时，可以通过缩回部分气缸来重新启动刀盘。

（5）掘进控制。盾构掘进控制是整个盾构项目最直接、最根本的目标。在此过程中，控制土体沉降是施工过程的关键，获得的掘进结果将直接影响整个项目目标的实现。盾构的掘进速度随着环路数量的增加而表现出周期性的波动。为了使刀盘的经济利益最大化，应尽可能避免刀盘的异常磨损，以降低工具的穿透力。当盾构的前进速度出现周期性变化时，应检查刀盘上是否有花饼或某些切口是否损坏。此外，在盾构的掘进过程中，必须注意推进缸的冲击与缸的前进量之间的差异，即在掘进过程中每组推进缸的冲击差。隧道掘进过程中，推进缸的差异主要是因为偏差的校正和管楔的存在，而推进缸的前进主要是由于偏差的校正。

3.3 盾构接收阶段

盾构接收阶段是最后环节，其对盾构效果仍然有很大影响，一般以隧道贯通前最后50m范围为到达段。因此，施工人员在实际工作中需要考虑多个要点，如隧道轴线的重新评估、隧道门的防水帷幕构造以及盾构机导轨的安装。除非所有准备工作都正确，否则无法达到接收盾构的条件。此外，应在现场布设适当的控制点导线，使盾构机根据既定的姿态要求平稳地进入孔中。盾构掘进至离洞口封门结构100m时，必须做一次盾构推进轴线的方向传递测量，以逐渐调整盾构轴线；在切口离封门10m时应开始控制出土量；在切口离封门结构300～500mm时，停止推进，并使切口开挖面压力降到最低值，以确保洞口封门拆除的施工安全。盾构机到站前20d，开始进行盾构到达的一切准备工作。

4 施工监测方法

4.1 地面沉降监测

地面沉降可以反映盾构隧道期间围岩变形的整个过程，尤其是对于现有或附近的建筑物。地面沉降监测需要建立一个监测沉降的网络，按二等监测基点埋在沉降影响区域之外的稳定区域内，该基点用作沉降的标准水平点，据此绘制随时间变化的沉降曲线，从而评价围岩的稳定状态。

4.2 地下管线变形监测

地铁施工中通常有很多管片负载变化导致地面移位。位移不均匀会导致地下管线变形，管片过度变形会导致管片损坏。应根据地下管线的位置图进行严格控制，并定期在管线的关键路口处嵌入轮胎标志，在建造过程中保护测量点。在不宜开挖的地方，将钢管直接推入地面，其深度与管板齐平，并用测量点的水平仪直接测量高度，以计算沉降值。

5 结束语

综上所述，盾构施工是地铁隧道技术的重要组成部分，盾构机作为重要的建筑机械，具有很强的承载能力；千斤顶提供推力，使盾构机向前移动，进行切土和出渣工作，有序进行管片和衬砌的相关工作。目前，盾构法是地铁隧道的主要施工方法，相关部门要将该方法作为重要技术积极引入，同时还要创新技术，以确保盾构结构的质量能够跟上时代发展的步伐。