盾構(gòu)法隧道施工理念與管理方針研究

中鐵十五局集團有限公司，上海 200070

近年來，隨著盾構(gòu)法在地下鐵道及公共管廊工程等基礎設施建設中的普遍應用，盾構(gòu)施工已成為城市基建工程風險管理新的熱點。正確認識盾構(gòu)法隧道的施工特點及相關風險，從方法論層面總結(jié)一套行之有效的施工管理理念方針，對指導相關工程建設實施及城市安全風險管控具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況及重難點

盾構(gòu)法隧道施工因其設備工藝的特殊性，普遍具有系統(tǒng)繁雜（如機械裝置、電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等）、工藝多樣（如隧道掘進、管片拼裝、同步及二次注漿等）、條件苛刻（如占道施工、特殊不良地質(zhì)、下穿構(gòu)建筑物）等特點。

天津地鐵10號線（一期工程）柳林路站至環(huán)宇道站區(qū)間工程設計為雙單線隧道，線路由南向北，自柳林路站向環(huán)宇道站方向掘進，途經(jīng)天津醫(yī)專、航道工程處，下穿臺兒莊路、海河及海河東路。區(qū)間左線全長1093.331m，右線全長1031.102m；隧道結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度約10.8～21.1m，地層以粉土、黏土、粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)土為主，軟弱富水，局部有承壓水層。管片采用3+2+1模式組合錯縫拼裝；管片寬1500mm、厚350mm，襯砌外徑為6200mm、內(nèi)徑為5500mm。

該工程具有一般地鐵盾構(gòu)工程地質(zhì)、水文及城市環(huán)境相關風險，其重難點為盾構(gòu)下穿海河施工，具有河域?qū)?、覆土淺、坡度大的突出特點。

2 施工風險及控制指標

2.1 施工風險

經(jīng)調(diào)查識別，該工程區(qū)間沿線穿越Ⅰ～Ⅲ級風險源共16處。其中，盾構(gòu)下穿海河為Ⅰ級風險源；盾構(gòu)施工自身風險為Ⅱ級風險源；Ⅲ級風險源14處，主要為盾構(gòu)始發(fā)接收和下穿建構(gòu)筑物、市政道路、水電及燃氣管網(wǎng)等。

盾構(gòu)施工涉及的主要風險類型：區(qū)間地面沉降開裂、市政管線設施破壞、周邊構(gòu)建筑物變形裂縫、盾構(gòu)漏水流砂、噴涌以及河床擊穿河水倒灌等。在右線下穿海河段，河域?qū)挾葹?78.445m，最小覆土厚度為9.3m，線路坡度為28‰，南岸護岸樁底與隧道凈距1.73m。該項目為天津已實施下穿海河工程中河域最寬、覆土最淺、坡度最大的地鐵盾構(gòu)隧道[1]。

2.2 控制指標

根據(jù)工程設計與實施條件，對工程風險進行系統(tǒng)分析與評估，建立了4個控制指標體系，指導盾構(gòu)施工及控制相關風險，如表1所示。

表1 盾構(gòu)施工管理控制指標體系

根據(jù)管控指標體系優(yōu)化項目制度設計和資源配置，實現(xiàn)了管理的“透明化”“標準化”“規(guī)范化”，提高了盾構(gòu)施工的可控性。

3 施工理念與管理方針

3.1 施工理念

根據(jù)工程設計、實施條件及相關規(guī)范標準要求，結(jié)合過往同類型工程經(jīng)驗，提出“精準掘進、敏捷反應、均衡施工”的盾構(gòu)施工理念。

（1）精準掘進。精準掘進主要體現(xiàn)為條件精準、參數(shù)精準、控制精準。為了切實做到精準掘進，在盾構(gòu)始發(fā)前，充分收集相關工程資料，并到現(xiàn)場實地調(diào)查、測量、取樣，確保相關數(shù)據(jù)準確可靠；根據(jù)地質(zhì)水文及工程設計情況，選用鐵建重工土壓平衡盾構(gòu)機，在最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大掘進坡度、適應地層、覆土厚度及管片參數(shù)等關鍵方面與設計要求一一比對，確保完全達標；根據(jù)相關規(guī)范標準，對盾構(gòu)機各個系統(tǒng)裝置進行全面系統(tǒng)的調(diào)試、測試及評估驗收，確保配置齊全有效，相關功能性能滿足要求；通過下達盾構(gòu)掘進指令明確地質(zhì)條件、設計工況、盾構(gòu)參數(shù)設定、掘進管理要求；安排值班工程師跟班指導，對相關指標進行過程控制；實施交接班管理制度，由帶班領導組織項目技術(shù)、盾構(gòu)機電、安全、測量及作業(yè)層隊長、班長、拼裝手、盾構(gòu)司機等關鍵崗位人員參會，對當班施工情況進行復盤，提出改進措施，并有效傳達至接班人員。實踐表明，實施精準掘進對提高盾構(gòu)施工質(zhì)量、加快盾構(gòu)施工進度、保障盾構(gòu)施工安全等方面的可控性具有決定性意義，也是盾構(gòu)施工管理的內(nèi)在要求。

（2）敏捷反應。施工過程中，工程地質(zhì)水文條件經(jīng)常變化，工程設計曲線、坡度等間或變化，機械設備狀態(tài)時有變化。為此，必須做到敏捷反應，這樣才能及時應對相關情況，有效控制風險。同時，敏捷反應也是精準掘進的客觀要求。為此，要跟班管控、實時采集、監(jiān)測到位、反饋及時、反應高效。值班工程師制度、交接班管理制度、監(jiān)測方案、盾構(gòu)掘進指令制度，及監(jiān)控和網(wǎng)絡通信等設施配備，為相關工作執(zhí)行落實提供了有力保障。

（3）均衡施工。施工過程劃為六個階段：一是盾構(gòu)始發(fā)至封洞門，二是封洞門至百環(huán)，三是百環(huán)至海河護岸樁，四是下穿海河，五是對岸護岸樁至接收前50環(huán)，六是接收前50環(huán)至盾構(gòu)接收。根據(jù)各階段地質(zhì)水文、環(huán)境變化及機械維保等要求，確定不同的施工節(jié)奏，排布施工計劃；根據(jù)計劃組織管片等物資供應，配置區(qū)間左右線施工班組；通過盾構(gòu)掘進指令將每班施工任務下達至班組，每天白、夜兩班連續(xù)均衡施工，做到工序連續(xù)、質(zhì)量可控、節(jié)奏穩(wěn)定，施工風險及進度控制有保障。

3.2 管理方針

以“精準掘進、敏捷反應、均衡施工”的理念為指導，結(jié)合工程實際特點和過往施工經(jīng)驗，根據(jù)風險管控要求，確立“定參數(shù)、穩(wěn)姿態(tài)、緩糾偏，強密封、嚴注漿、勤量測，重維保、勻推進、快應急”的盾構(gòu)施工管理方針。

（1）定參數(shù)、穩(wěn)姿態(tài)、緩糾偏。①定參數(shù)：定參數(shù)為精準掘進的客觀要求和基本反應，基于對水文地質(zhì)、周邊環(huán)境、機械設備配置性能等條件的掌握，結(jié)合過往施工經(jīng)驗，科學設定盾構(gòu)參數(shù)，并在施工過程中根據(jù)相關條件變化及時調(diào)整優(yōu)化。②穩(wěn)姿態(tài)：通過相關參數(shù)設定及施工過程管控，確保盾構(gòu)不栽頭、管片不上浮、線路不跑偏。根據(jù)地質(zhì)軟弱富水的特點，通過分區(qū)油缸壓力的設置，使盾構(gòu)保持“抬走”姿態(tài)推進；在下穿海河段，通過壓低盾構(gòu)走勢預留一定管片上浮量，控制盾構(gòu)工后軸線偏差。③緩糾偏：當出現(xiàn)盾構(gòu)偏位、管片上浮等情況時，不應急于糾偏，根據(jù)偏移量的大小將糾偏進尺分配到后續(xù)數(shù)環(huán)范圍，以有效避免管片破損滲漏、線形突然升降變化的不利情況。

（2）強密封、嚴注漿、勤量測。①強密封：強化對盾構(gòu)主驅(qū)動、盾尾、鉸接及螺旋機等關鍵裝置的密封管理，加強施工過程中對密封油脂注入的監(jiān)測，由值班工程師對相關部位進行實時巡查、檢查、測量，確保密封有效，以防盾尾滲漏、螺旋機噴涌等風險。同時，注意管片襯墊及防水、螺栓孔密封襯墊、螺栓復緊及管片拼裝質(zhì)量控制。②嚴注漿：包括同步注漿及二次注漿。根據(jù)水文地質(zhì)條件情況，合理設定注漿壓力和注漿量，確保盾體與管片之間間隙的填充效果，以控制管片變形及上浮、區(qū)間地面及構(gòu)建筑物沉降變形。在下穿海河段，為切實防治擊穿河床，注漿作業(yè)以注漿壓力為主控指標[2]。局部出土超方，及時二次補漿。③勤量測：監(jiān)控量測是反映盾構(gòu)施工質(zhì)量安全控制的基本指標，是風險監(jiān)控的有效手段。洞內(nèi)、區(qū)間地面、周邊構(gòu)建筑物及下穿海河區(qū)域都要設定相關控制點，編制專項監(jiān)測方案，通過實時監(jiān)測盾構(gòu)隧道變形、位移、地面沉降或隆起及構(gòu)建筑物變形等指標變化，有效指導盾構(gòu)施工[3]。

（3）重維保、勻推進、快應急。①重維保：盾構(gòu)法隧道施工是典型的機械法施工，機械設備狀態(tài)尤為重要。建立科學的維保管理制度，使用質(zhì)量可靠的油脂材料，規(guī)范開展維保作業(yè)，并結(jié)合第三方檢測，確保機械始終處于健康狀態(tài)。②勻推進：控制推進速度、協(xié)調(diào)工序銜接、材料儲備充裕、調(diào)度工作高效，以在相應施工階段實現(xiàn)連續(xù)均衡施工，將隧道線形控制在最佳狀態(tài)，將變形沉降控制在最小范圍，工程實施穩(wěn)步推進。③快應急：準確認識施工風險，為應對相關情況做充分的準備。為做到快應急，需要應急預案可行有效、應急物資充足到位、應急人員隨時待命；施工過程中，還要加強應急培訓宣傳、應急物資盤點、應急演練測試等。

4 結(jié)束語

盾構(gòu)工程的施工工藝、施工階段及風險控制等方面有很多共性特點。天津地鐵10號線柳林路站—環(huán)宇道站區(qū)間盾構(gòu)工程具有城市地鐵隧道盾構(gòu)工程的基本特點，具有一定典型性、代表性。該項目以“精準掘進、敏捷反應、均衡施工”的施工理念及“定參數(shù)、穩(wěn)姿態(tài)、緩糾偏，強密封、嚴注漿、勤量測，重維保、勻推進、快應急”的管理方針為指導，在盾構(gòu)施工風險、質(zhì)量及進度控制等方面取得了顯著效果，對同類型盾構(gòu)法隧道施工管理也具有較好的借鑒意義。