地铁隧道盾构法施工质量控制要点分析

王 瑞

（广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州 511400）

0 引言

我国经济社会建设发展迅速，交通运输压力日益加大，为缓解道路拥塞的紧张局面，地铁工程建设项目数量越来越多、规模越来越大，特别是大城市地铁隧道项目。盾构法施工技术具有高效的掘进能力、精准的装备对接技术，以及对周边影响小的特点，摆脱了传统“大开挖”模式土方开挖、运输、回填量大，对交通环境影响大的弊端，已经在城市地铁隧道施工领域广泛应用。

1 地铁盾构法施工技术

1.1 盾构法施工原理

盾构法施工技术起源于英国，已有近200年的发展历史。我国“一五”期间，在辽宁阜新煤矿首先使用此项技术。

盾构法施工原理为：盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盘旋转切削掌子面土体（保持土舱压力），通过螺旋输送机（管道）把渣土输送出来，拼装机拼装管片形成衬砌，管片背后同步注浆，形成永久结构[1]。开挖形成的盾构隧道如图1所示。

图1 盾构隧道

1.2 盾构法施工技术优势

盾构法施工的最大特点，也是其关键性优势，就是：（1）安全性高。施工过程是在盾构的掩护条件中进行掘进、衬砌和浇筑作业；（2）不中断交通。通常对地面设施不造成影响，避免地面交通中断，即使在水下河底施工，也不影响河道通航；（3）受天气条件影响小；（4）产生的噪声及震动对施工环境、居民日常生活的影响有限，对地面建筑物、地面附着物产生的震动损害小。

2 地铁隧道盾构法施工控制

2.1 盾构法施工前期准备

地铁隧道盾构法施工前期准备工作包括：（1）盾构机选型。综合考虑工程项目特点、地质适用性、类似工程盾构机使用情况、盾构机自身特点等因素，选择合适的盾构机型号，并根据具体情况确定是否需要进行针对性改造；（2）补充地质勘察。根据线路设计图纸，在联络通道、洞门、地质情况突变点、特殊点位等易发生事故的位置和重点保护区域进行补充勘察；（3）建筑物管线调查。调查施工影响范围内各类管线和建筑物，尽早确定需要保护、托换或迁移的建筑物和管线；（4）重要分包商的选定；（5）工程总体筹划。包括场地布置、施工进度编制；（6）相关协调工作。包括盾构始发、到达、过站、调头场地协调，盾构预埋件安装协调等工作。

2.2 盾构始发控制

前期准备工作完成后，现场进行盾构机及配套设备组装调试，并对始发洞门环及洞门范围的围岩进行加固处理。待始发反力架、定位托架、盾构机等设备安装完毕并调试后，由监理工程师组织始发条件验收，验收合格后，开始掘进施工。

2.3 盾构机掘进过程控制

盾构机掘进过程是隧道形成和施工质量控制的重要阶段。盾构掘进过程尽量保持平稳匀速，要根据围岩条件、盾构机刀盘的状态、泥膜质量、同步注浆状况等因素来确定合适的掘进参数，不应只追求掘进速度。盾构掘进主要参数包括刀盘转速、掘进速度、盾构推力、刀盘扭矩及盾构姿态，这些参数之间存在相互影响的关系。在掘进过程中必须要控制好盾构机的姿态，尽量保证掘进路线与设计隧道轴线保持一致，出现偏差时应及时纠偏，避免造成管片环面受力严重不均，可以借助BIM设计模型推算盾构掘进的轴线，使产生的偏差控制在合理范畴之内[2]。此外，需要通过调整掘进速度使其与浆液初凝速度相匹配，保证管片外部空隙注浆饱满。

2.4 盾构接收过程控制

盾构接收过程是盾构施工风险较大的环节。根据场地工程地质条件的不同，盾构接收工艺工法也不一样，在地质条件较好、风险等级一般的条件下可选用常规接收；若地质条件差、地下水丰富、砂层较多，可选用冻结法接收或钢套筒法接收。施工单位要做好盾构接收准备工作，逐项落实完备的技术措施，按照监理工程师批准的方案，做好人员、设备和技术准备，以保障盾构机以良好状态进入预定接收区域，实现地铁隧道安全贯通。

3 盾构法隧道施工常见质量问题

3.1 管片施工质量问题

盾构管片是盾构隧道最为主要的支护结构，其施工质量控制是盾构隧道质量控制的关键。管片生产过程中，若生产环节控制不到位，混凝土振捣严重不足、施工人员存在赶工或不熟悉操作等问题、塌落度较大或较小、混凝土配合比设计不合理、添加剂使用不恰当等问题导致混凝土密实度不够，极易造成管片出现水泡等质量问题。在管片拼装完成后，在这些存在水泡位置就容易出现渗漏水。另外，管片安装过程中，止水条部位易发生形变、断裂，甚至脱落，从而失去垫层的密封保护作用，导致管片渗水的严重后果。同时，若盾构姿态不正确，掘进轨迹与设计路线发生偏离，会导致管片发生错位进而发生渗漏水[3]。

3.2 进、出洞门施工质量问题

盾构进、出洞施工是盾构法隧道施工中一道关键工序。在进、出洞施工过程中，施工环节多，工作量集中，各种交又施工频繁，设备、人员众多，工作零乱，因此，加强质量管理和控制尤为重要。在盾构进洞施工过程中，如果盾构基座的稳定性和刚度不满足要求，对盾构基座的固定方式考虑不周，或洞门加固不到位，会导致盾构基座容易发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线；在盾构出洞过程中，由于盾构推力过大，或受出洞千斤顶编组影响，造成后靠受力不均匀、不对称，产生应力集中，或构件和混凝土存在缺陷，就容易导致盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局部变形或位移。

4 地铁隧道盾构法施工质量控制措施

地铁隧道盾构施工质量控制需要从设计到施工进行全方位的管理，具体控制措施如图2所示。

图2 地铁盾构法施工质量控制

4.1 严格遵循图纸设计制定施工方案

地铁隧道施工一般处于地质条件复杂的地下岩石层中，围岩强度不一，埋深较大。施工单位必须与设计方进行充分沟通交流，设计方要根据地质勘查数据对地质结构充分了解，并从隧道施工质量等级要求出发，进行科学完整合理的施工设计。施工前期制定组织方案阶段，要充分考虑工程规模及特殊质量要求，通过采取BIM施工设计模型等先进技术手段，借助传感设备、卫星导航等设备，对建设工程推进所需要技术、人员、组织、特殊作业标准、物资材料、施工管理力量进行全面准备。建设单位要对施工队伍资质，施工能力，施工业绩，工作完成能力进行严格的考核把关。借助基建市场招投标程序优中选优挑选施工队伍。施工单位要建立建设材料市场选择机制，实施严格管理措施，针对材料用量、质量、型号进行科学管理，确保现场材料与采购计划相契合，通过严格监控确保工程建设中材料质量安全。

4.2 盾构法施工地面沉降控制措施

如前所述，盾构法施工受地下埋深较大、富水、土质松软等地质情况影响，地面沉降成为影响地铁隧道施工质量的重要因素之一。为此，开展盾构法工要准确勘测隧道区域地层承载力，避免出现沉降超限的现象，施工前应对软弱围岩和重要地段进行加固处理。在盾构施工过程中要根据施工周期、刀盘状态、壁后注浆情况科学把控掘进参数，避免掘进过快或过慢导致地面沉降过大。在软弱地层掘进时，要避免长时间停机，这会引发盾构机下沉进而导致地面出现较大沉降。。

4.3 做好掘进过程切削土量管控

地铁隧道挖掘过程环节多，土方输送量、混凝土浇筑需求量大，掘进过程中切削土量控制要与开挖量、排土量、混凝土浇筑量进行统筹。对掘进机切削土量控制必须以准确的土方产生量、运输量为基础，全面考虑土层压力对切削的影响。一方面要避免机械设备承载过重，影响掘进方位，产生偏差；另一方面要根据施工组织方案及机械设备的总功率及土方规模，实施掘进分段把控，有效推进切削进程。

4.4 对掘进过程实施动态监控

地铁隧道盾构施工重要性、技术复杂性、社会影响性不言而喻。实施掘进过程精细管理，确保工程质量，必须将监测工作组织到位，及时发现隐患。监测内容包括隧道结构拱顶(底)沉降、隧道结构水平位移、隧道结构净空收敛、管片结构应力、管片连接螺栓应力、地表沉降、土体深层水平位移、土体分层沉降、围岩压力、孔隙水压力、联络通道拱顶(底)沉降等。施工时要科学设置监测点，一旦监测数据超过规范限值，应及时停止掘进，采取有效措施进行处理后再恢复盾构机掘进。借助大数据信息技术及先进传感技术设备，对工作进展情况实施监测，采取定期检查与不定期抽测相结合的方式，确保测量结果准确、数据传输及时到位。监测技术发展迅速，可以及时学习吸收借鉴国外先进技术，对标同行业先进方法，提高施工监测实力。

4.5 实施严格的防水渗透措施

防水工作贯穿地铁盾构隧道整个施工过程，应从整体入手，建立多层防水体系，严格实施防水措施。具体防水措施包括：（1）加强管片生产控制，强化进场验收，避免因管片质量问题引发渗漏水；（2）实施掘进注浆防水措施，及时进行二次补浆，确保注浆到位，全面提升防渗漏技术保障；（3）加强防水材料质量把关，监理机构要从管片接缝材料购置、进场质量检验、接缝安装全过程严格控制，确保材料质量达到要求，杜绝以次充好，假冒防水材料进入施工现场；（4）加强管片拼接，采用弹性密封垫防水、嵌缝防水的方式进行管片拼接缝防水，质检人员必须对拼装质量进行测试，防止松动脱落、生锈变形、密封不到位，同时要将盾构机操作过程中产生的碎土垃圾杂物等及时清理，减少缝隙间误差，确保防水渗透措施落实到位。

5 结束语

地铁是缓解我国交通压力、改善交通环境的重要方式，地铁盾构隧道施工是一个极其复杂的过程，对其施工质量进行控制是保证地铁工程质量的必要措施。通过本文的分析，可以得到以下结论：

（1）盾构法施工相比于传统施工具有安全性高、环境影响小、施工不受天气等的影响、施工工效高等显著优势。

（2）盾构施工质量控制的关键在于盾构始发控制、掘进过程控制、盾构接收控制，同时也要重视施工前的准备工作。

（3）盾构管片质量对于盾构隧道而言至关重要，盾构进、出洞施工是盾构法隧道施工容易出现质量问题的环节，应给予足够重视。

（4）通过采取严格的质量控制措施，可以更好地发挥盾构法施工技术在隧道施工中的优势，为地铁隧道工程建设发展提供参考借鉴。