盾構(gòu)法隧道施工各階段監(jiān)理工作要點(diǎn)綜述

張 信,侯林峰

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,武漢 430074;2.長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ,武漢 430212)

我國(guó)自從1988年開(kāi)始推行建設(shè)監(jiān)理制度以來(lái),工程建設(shè)監(jiān)理在理論和實(shí)踐上都取得了顯著的成績(jī)。隨著近年來(lái)工程技術(shù)的發(fā)展,一些新技術(shù)、新工藝也逐漸應(yīng)用到了工程建設(shè)過(guò)程當(dāng)中,針對(duì)這些新的施工技術(shù)和施工方法所開(kāi)展的監(jiān)理工作由于經(jīng)驗(yàn)不夠充分,在實(shí)際工作當(dāng)中容易出現(xiàn)疏漏,現(xiàn)就采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道工程施工的監(jiān)理工作要點(diǎn)進(jìn)行一些探討。

1 盾構(gòu)法簡(jiǎn)介

盾構(gòu)法是在地面下暗挖隧道的一種施工方法,在現(xiàn)代城市隧道工程施工中應(yīng)用日益普遍?，F(xiàn)代城市建筑、公用設(shè)施和各種交通日益繁雜,而在市區(qū)采用明挖隧道施工,對(duì)城市生活的干擾問(wèn)題日趨嚴(yán)重,特別在市區(qū)中心遇到隧道埋深較大,地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí),采用明挖法建造隧道極其不便甚至于很難實(shí)現(xiàn),采用盾構(gòu)法則具有很顯著的優(yōu)點(diǎn)。此外,在建造穿越水域、沼澤地和山地的公路和鐵路隧道或水工隧道時(shí),盾構(gòu)法也往往因它在特定條件下的經(jīng)濟(jì)合理性及技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)而得到采用。

盾構(gòu)實(shí)際上是盾構(gòu)機(jī)的簡(jiǎn)稱。它是一個(gè)橫斷面外形與隧道橫斷面外形相同、尺寸稍大,內(nèi)藏挖土、排土機(jī)具,自身設(shè)有保護(hù)外殼的暗挖隧道的機(jī)械。以盾構(gòu)為核心的一整套完整的隧道施工方法稱為盾構(gòu)法。構(gòu)成盾構(gòu)法施工的主要內(nèi)容是:先在隧道某段的一端建造豎井或基坑,以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開(kāi)孔處出發(fā),在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線,向另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力,通過(guò)盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu),再傳到豎井或基坑的后靠壁上。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離,就在盾尾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌,并及時(shí)向緊靠盾尾后面的開(kāi)挖坑道周邊與襯砌環(huán)外周之間的空隙中壓注足夠的漿體,以防止隧道及地面下沉。

2 盾構(gòu)法施工監(jiān)理要點(diǎn)

2.1 盾構(gòu)始發(fā)階段

2.1.1 盾構(gòu)始發(fā)井

盾構(gòu)始發(fā)階段是控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工的首要環(huán)節(jié),盾構(gòu)掘進(jìn)前,必須先建好兩座工作井,分別稱為始發(fā)井和接收井。兩座工作井結(jié)構(gòu)基本相同,用來(lái)拼裝盾構(gòu)及附屬設(shè)備,盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)出渣、運(yùn)料,人員進(jìn)出。接收井的作用是進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆卸或調(diào)頭。拼裝好的盾構(gòu)機(jī)從始發(fā)井開(kāi)始掘進(jìn),在始發(fā)井內(nèi)需設(shè)置臨時(shí)支承結(jié)構(gòu),為盾構(gòu)的推進(jìn)提供必要的反力。

盾構(gòu)始發(fā)井的監(jiān)理工作要點(diǎn):

(1)審查承包商提交的施工組織設(shè)計(jì),內(nèi)容包括:①主要操作人員盾構(gòu)工作經(jīng)歷;②進(jìn)度計(jì)劃;③施工工藝;④質(zhì)量保證措施;⑤防水措施;⑥安全措施;⑦監(jiān)測(cè)方案;⑧地層加固方案;⑨應(yīng)急預(yù)案等。

(2)盾構(gòu)始發(fā)井是用于組裝、調(diào)試盾構(gòu),隧道施工期間作為管片、其他施工材料、設(shè)備、出渣的垂直運(yùn)輸及作業(yè)人員的出入通道。井的平面尺寸必須滿足上述各項(xiàng)的要求。

(3)由于盾構(gòu)機(jī)的安裝、拆卸作業(yè)、洞口與隧道的接頭處理作業(yè)等需要,始發(fā)(接收)井的井底板宜低于凈、出封門底標(biāo)高700mm。

(4)洞口封門及其他預(yù)埋件等應(yīng)在盾構(gòu)始發(fā)或接收前按要求完成,并符合質(zhì)量要求。

2.1.2 始發(fā)端土體加固

由于盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn),會(huì)對(duì)土體的整體性造成一定破壞,所以在盾構(gòu)施工的過(guò)程中,土體的加固也非常重要。

盾構(gòu)始發(fā)前應(yīng)對(duì)土體的加固質(zhì)量進(jìn)行檢查,包括土體加固范圍、加固土體的止水效果和強(qiáng)度,技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。盾構(gòu)進(jìn)出工作后50m是隧道用盾構(gòu)法施工最困難的地段之一,當(dāng)盾構(gòu)工作井周圍地層為自穩(wěn)能力差、透水性強(qiáng)的松散沙土或飽和含水黏土?xí)r,如不對(duì)其進(jìn)行加固處理,則在鑿除封門后,必將會(huì)有大量土體和地下水向工作井內(nèi)坍塌,導(dǎo)致洞周大面積地表下沉,危及地下管線和附近建筑物。加固方案可根據(jù)洞口附近隧道埋深、工程地質(zhì)和水位地質(zhì)條件、盾構(gòu)內(nèi)型、盾構(gòu)外徑、地面環(huán)境等外界條件確定,目前常用的加固方法有:注漿、旋噴、攪拌樁、凍結(jié)法、降水法等。加固的主要目的是提高土體強(qiáng)度,并形成防滲止水幕。加固后的土體應(yīng)有一定的強(qiáng)度,一般以單軸無(wú)限側(cè)抗壓強(qiáng)度為0.3～1.0M Pa為宜,但也不能太高,否則,刀盤切土困難,易引發(fā)機(jī)器故障。加固的深度和范圍可根據(jù)土體種類、工程規(guī)模及環(huán)境要求等確定。

始發(fā)端土體加固的監(jiān)理工作要點(diǎn):

(1)圍巖的加固方法,可根據(jù)地質(zhì)狀況、周圍環(huán)境及盾構(gòu)的特點(diǎn)確定,近年來(lái)多采用高壓噴射攪拌法,這種方法強(qiáng)度較高,能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定,且與連續(xù)墻能充分粘結(jié)。監(jiān)理在審查土體加固專項(xiàng)方案時(shí)應(yīng)審查承包方是否在方案中有相應(yīng)的措施。

(2)當(dāng)洞口處于砂性土或有承壓水地層時(shí),應(yīng)采用降水、堵漏等防止涌水、涌砂措施。

(3)采用多排攪拌樁加固土體,應(yīng)確保樁體成三角形互相搭接。打樁前應(yīng)先探查地下管線。監(jiān)理人員在掘進(jìn)前一定要采取鉆芯取樣檢測(cè)的方式,對(duì)洞口段土體現(xiàn)場(chǎng)取芯做強(qiáng)度、抗?jié)B和土工試驗(yàn)對(duì)加固效果加以驗(yàn)證,并對(duì)鉆芯取樣進(jìn)行見(jiàn)證,確保取樣工作的真實(shí)性。如不能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)分析原因并采取補(bǔ)強(qiáng)措施,以保證盾構(gòu)始發(fā)和接收的安全。

(4)監(jiān)理人員應(yīng)對(duì)加固土體的均勻性進(jìn)行檢查。檢查加固土體的均勻性目前尚無(wú)相應(yīng)的工具、手段,可通過(guò)打探孔方式進(jìn)行觀察。但是監(jiān)理人員應(yīng)監(jiān)督承包方在洞口割除維護(hù)結(jié)構(gòu)背土面鋼筋及鑿除混凝土后,合理布置探孔(選擇有代表性部位、數(shù)量一般不少于5個(gè)),現(xiàn)場(chǎng)觀察探孔有無(wú)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。

(5)掘進(jìn)前應(yīng)鉆孔檢驗(yàn)開(kāi)挖面土體的穩(wěn)定效果,對(duì)洞口段土體現(xiàn)場(chǎng)取芯做強(qiáng)度、抗?jié)B和土工試驗(yàn)驗(yàn)證加固效果,如不能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)分析原因并采取補(bǔ)強(qiáng)措施,以保證盾構(gòu)始發(fā)和接收的安全。

2.2 盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)階段

盾構(gòu)始發(fā)段施工一般為50～100m,始發(fā)段是掌握、摸索、了解,驗(yàn)證盾構(gòu)適應(yīng)性能及施工規(guī)律的過(guò)程。這個(gè)階段施工中應(yīng)根據(jù)控制地表變形和環(huán)保要求,沿隧道軸線和與軸線垂直的橫斷面,布設(shè)地表變形測(cè)量點(diǎn),施工時(shí)跟蹤測(cè)地表的沉隆變形,防止變形過(guò)大,引起地表建筑物開(kāi)裂。盾構(gòu)起始階段施工中還應(yīng)隨時(shí)分析調(diào)查盾構(gòu)掘進(jìn)推力、掘進(jìn)速度、盾構(gòu)正面土壓力及壁后注漿量和壓力等掘進(jìn)參數(shù),為盾構(gòu)后續(xù)掘進(jìn)階段取得優(yōu)化的施工參數(shù)和施工操作經(jīng)驗(yàn)。

盾構(gòu)出井始發(fā)是盾構(gòu)法施工中技術(shù)難度較大,施工工藝較復(fù)雜的階段。出井時(shí)若處理不當(dāng),會(huì)造成土體塌方以及盾構(gòu)機(jī)態(tài)勢(shì)不良,為一步推進(jìn)帶來(lái)不良的影響。針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題,要重點(diǎn)對(duì)以下幾個(gè)方面實(shí)施監(jiān)理:

(1)始發(fā)前應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)定位,反力安裝,洞口橡膠密封條和斷墻鑿除,臨時(shí)管片固定方式,盾構(gòu)機(jī)操作方式,同步和背襯注漿方式進(jìn)行檢查。

(2)應(yīng)檢查洞門位置尺寸檢查驗(yàn)收基座的反力裝置是否符合設(shè)計(jì)。按照檢查驗(yàn)收內(nèi)容對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行井下驗(yàn)收。

(3)始發(fā)掘進(jìn)前,應(yīng)對(duì)洞門經(jīng)改良后的土體進(jìn)行質(zhì)量檢查,合格后方可進(jìn)行掘進(jìn);應(yīng)制定封門維護(hù)結(jié)構(gòu)破除方案,采取適當(dāng)?shù)拿芊獯胧?保證始發(fā)安全。

(4)始發(fā)掘進(jìn)時(shí)應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的出井位置和角度進(jìn)行復(fù)核。開(kāi)始掘進(jìn)前,監(jiān)理人員要確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)位置正確無(wú)誤,為防止盾構(gòu)出井后出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象,可根據(jù)地質(zhì)狀況,預(yù)留1～3cm沉降量。

(5)洞門鋼筋割除工作從最后一層鋼筋割除,應(yīng)自下而上進(jìn)行,才比較安全。鋼筋割除后,監(jiān)理人員和質(zhì)檢人員到掌子面確定盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞的范圍內(nèi)有沒(méi)有殘余的鋼筋后,盾構(gòu)機(jī)方可始發(fā)。

(6)始發(fā)掘進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)保護(hù)盾構(gòu)的各種管線,及時(shí)跟進(jìn)后配套車臺(tái),并對(duì)管片拼裝,壁后注漿,出土材料運(yùn)輸?shù)茸饔霉ば蜻M(jìn)行妥善管理。

(7)應(yīng)重點(diǎn)對(duì)洞門密封措施檢查,對(duì)簾布橡膠板上螺栓孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核,對(duì)出洞裝置安裝的牢固情況進(jìn)行檢查,確保簾布橡膠板能緊貼洞門,防止盾構(gòu)出洞后同步注漿液泄漏。

(8)始發(fā)掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)的姿態(tài)和推力,并加強(qiáng)監(jiān)測(cè),根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

2.3 盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段

2.3.1 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

盾構(gòu)施工的質(zhì)量與盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)有很大的關(guān)系。

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí),受不同地質(zhì)條件的影響,掘進(jìn)姿態(tài)較難控制,容易出現(xiàn)推進(jìn)曲線偏離原設(shè)計(jì)線。一旦隧道軸線出現(xiàn)偏移,就可能造成一系列問(wèn)題。

引起盾構(gòu)推進(jìn)軸線偏差的原因有:①盾構(gòu)前進(jìn)遇到的阻力不均衡;②盾構(gòu)制作安裝誤差;③已拼裝好的管片質(zhì)量差;④測(cè)量精度不高。

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的監(jiān)理工作要點(diǎn):

(1)根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)理控制。姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)包括自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)和人工測(cè)量復(fù)核數(shù)據(jù),監(jiān)理人員可對(duì)兩類數(shù)據(jù)綜合分析、比較,動(dòng)態(tài)掌握數(shù)據(jù)變化情況,正確指導(dǎo)盾構(gòu)正確、安全的推進(jìn)。

(2)盡可能采用調(diào)整盾構(gòu)推力大小及合力作用位置的方式來(lái)控制盾構(gòu)的推進(jìn)軸線,即合理的編定千斤頂組數(shù)及其油壓值?？刂贫軜?gòu)縱坡達(dá)到調(diào)整盾構(gòu)高程,控制兩側(cè)對(duì)稱千斤頂伸出差值調(diào)整盾構(gòu)的平面位置。

(3)盾構(gòu)每環(huán)的糾偏幅度應(yīng)從小到大到小的規(guī)律控制,以免造成管片開(kāi)裂和影響下一環(huán)管片的拼裝。

(4)盾構(gòu)軸線控制糾偏必須要按“及時(shí)、連續(xù)”的原則,在施工時(shí)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)軸線偏移應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行糾正,決不能到量大時(shí)再處理。

(5)當(dāng)施工產(chǎn)生過(guò)大偏移時(shí),其糾偏要合理,逐步糾正,使盾構(gòu)糾偏軸線和順。

(6)盾構(gòu)掘進(jìn)中實(shí)行旁站監(jiān)理,當(dāng)發(fā)現(xiàn)下列問(wèn)題之一時(shí),即令停止掘進(jìn),并會(huì)同施工單位分析原因,采取對(duì)策。①盾構(gòu)前方坍塌;②盾構(gòu)自轉(zhuǎn)角度過(guò)大;③盾構(gòu)位置偏離過(guò)大;④盾構(gòu)推力較預(yù)計(jì)增大較多;⑤可能危及管片防水機(jī)注漿遇到事故等。

2.3.2 掘進(jìn)速度

盾構(gòu)掘進(jìn)的速度主要受盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)、出土速度的限制,若進(jìn)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,監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)督促承包方均衡連續(xù)組織掘進(jìn)作業(yè),當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)(如遇到阻礙、遇到不良地質(zhì)、盾構(gòu)姿態(tài)偏離較大等),應(yīng)及時(shí)停止掘進(jìn),封閉正面土體,查明原因后采取相應(yīng)的措施處理。

2.4 盾構(gòu)接收階段

盾構(gòu)接收(進(jìn)洞)階段掘進(jìn)是盾構(gòu)法隧道施工最后一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盾構(gòu)能否順利進(jìn)洞關(guān)系到整個(gè)隧道掘進(jìn)施工的成敗。在盾構(gòu)進(jìn)洞前后監(jiān)理需監(jiān)督承包單位做好充分的盾構(gòu)接收的準(zhǔn)備工作,確保盾構(gòu)以良好的姿態(tài)進(jìn)洞,就位在盾構(gòu)接收基座上。

盾構(gòu)接收階段監(jiān)理工作要點(diǎn):

(1)盾構(gòu)機(jī)在到接受井之前,應(yīng)提前考慮與承包商的施工接口要求,以便及時(shí)解決。

(2)盾構(gòu)在到接受井之前,監(jiān)理人員應(yīng)審查承包商提交的盾構(gòu)機(jī)到站的進(jìn)度計(jì)劃和接收方案,包括:接收掘進(jìn);管片拼裝;壁后注漿;洞門外土體的加固;洞門維護(hù)破除;洞口鋼圈密封等。

(3)審查承包單位提供的對(duì)盾構(gòu)機(jī)接受過(guò)程產(chǎn)生的不良后果的補(bǔ)救方案,如管片破裂、隧道漏水、地面沉陷等。

(4)在周線控制方面由于進(jìn)井時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生盾構(gòu)“上飄”現(xiàn)象,因此要進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制,相應(yīng)調(diào)節(jié)土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度、進(jìn)出土量等,保證周線的正常。盾構(gòu)到達(dá)接收井100m之前,必須對(duì)盾構(gòu)周線進(jìn)行測(cè)量并做調(diào)整,保證盾構(gòu)準(zhǔn)確進(jìn)入接收洞門。

(5)盾構(gòu)距接收井10m內(nèi),應(yīng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度,開(kāi)挖面壓力等,當(dāng)切口離洞門0.3～0.5m時(shí)盾構(gòu)應(yīng)停止掘進(jìn),并使切口正面土壓力降到最低值,確保洞門破除施工安全。

(6)接收井到達(dá)面井壁的安全。由于土壓力平衡或盾構(gòu)密封土艙內(nèi)充滿土體,故在進(jìn)洞口處將有一個(gè)較大的力作用于接收井到達(dá)面的擋土墻上,因此在進(jìn)井前應(yīng)根據(jù)隧道掘進(jìn)情況對(duì)井壁(封門)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算,決定是否需要補(bǔ)強(qiáng)措施。

(7)盾構(gòu)主機(jī)進(jìn)入接收井后,應(yīng)及時(shí)密封管片環(huán)與洞門間隙。

(8)盾構(gòu)到達(dá)接收井前,應(yīng)采取適當(dāng)措施,使拼裝管片環(huán)縫擠壓密實(shí),確保密封防水效果。

(9)洞門鋼筋割除后,監(jiān)理人員和質(zhì)檢人員到掌子面確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)出站的范圍內(nèi)沒(méi)有殘余鋼筋后,盾構(gòu)機(jī)慢速進(jìn)站,直到盾構(gòu)安全上到托架。

(10)進(jìn)行地面構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)法隧道工程是一項(xiàng)綜合性施工技術(shù),包括盾構(gòu)機(jī)械技術(shù)、隧道測(cè)量技術(shù)、地下防水技術(shù)、盾構(gòu)施工安全技術(shù)等,通過(guò)多年來(lái)前人的不斷摸索和實(shí)踐已經(jīng)形成了一套比較成熟的施工技術(shù),尤其是近年來(lái)在各大城市地鐵建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用,盾構(gòu)法施工技術(shù)也在原有的基礎(chǔ)上不斷地完善,而且國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的制造及施工技術(shù)也取得了可喜的成績(jī)。這些都對(duì)監(jiān)理人員的素質(zhì)提出了更高的要求,更需要監(jiān)理人員通過(guò)不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐,熟悉這些相關(guān)的施工技術(shù),掌握盾構(gòu)法隧道施工質(zhì)量監(jiān)控重點(diǎn)及相應(yīng)的對(duì)策,才能為今后盾構(gòu)法隧道施工質(zhì)量、施工安全提供有力的監(jiān)督管理。

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