地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量及安全保證措施探討

黃詩堯

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來我國很多大中型城市都將地鐵作為了城市公共交通體系的重點(diǎn)發(fā)展方向，地鐵工程項(xiàng)目的數(shù)量以及規(guī)模不斷增加，因此對地鐵施工質(zhì)量和效率都提出了較高的要求。目前盾構(gòu)掘進(jìn)已經(jīng)成為了地鐵工程建設(shè)中的主要施工方法，其與傳統(tǒng)地鐵施工技術(shù)相比，具有施工效率高、安全性好以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。在應(yīng)用盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行地鐵工程的施工時(shí)，施工單位應(yīng)充分了解施工區(qū)域的地質(zhì)水文情況，準(zhǔn)確把握施工中的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制。同時(shí)還要通過施工監(jiān)測等信息化手段來保證施工的安全，確保地鐵工程整體施工的質(zhì)量安全。

1 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量控制及安全保證措施分析

1.1 準(zhǔn)確識別盾構(gòu)掘進(jìn)施工中的風(fēng)險(xiǎn)源

在地鐵工程的盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，由于其施工環(huán)境比較復(fù)雜，客觀上增加了施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，不僅會(huì)給施工的安全性帶來較大隱患，同時(shí)也可能對施工質(zhì)量造成不利的影響。所以在地鐵盾構(gòu)施工開始前就應(yīng)加強(qiáng)對施工環(huán)境的了解，全面掌握各種風(fēng)險(xiǎn)因素，并要建立完善的風(fēng)險(xiǎn)評估體系，在準(zhǔn)確識別風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上要嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及施工設(shè)計(jì)要求等科學(xué)評價(jià)各個(gè)危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級，并要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素清單的編制，以明確重大風(fēng)險(xiǎn)源［1］。此外還應(yīng)制定有效的重大風(fēng)險(xiǎn)控制措施以及應(yīng)急處置預(yù)案，施工質(zhì)量和安全的保證措施應(yīng)詳細(xì)具體，具有較強(qiáng)的可操作性，且應(yīng)組織專家對地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量安全的保證措施方案進(jìn)行評審，通過審查后才能進(jìn)行正式的施工。

1.2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)的各項(xiàng)施工技術(shù)要點(diǎn)

1.2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中的質(zhì)量安全保證措施分析

在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工前應(yīng)結(jié)合前期的勘查數(shù)據(jù)對施工的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并做好技術(shù)交底工作，確保施工人員能夠準(zhǔn)確掌握線路設(shè)計(jì)以及各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的設(shè)置應(yīng)嚴(yán)格聽從主管工程師指令安排。一旦在施工過程中發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，施工人員應(yīng)立即暫停施工，并要及時(shí)上報(bào)，在獲得值班工程師的處理指令前嚴(yán)禁擅自施工。施工單位在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中應(yīng)設(shè)有專業(yè)技術(shù)人員以及值班工程師對盾構(gòu)掘進(jìn)的施工過程中進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以便及時(shí)解決現(xiàn)場的突發(fā)性事故，保證施工的指令安全。

1.2.2 加強(qiáng)施工中的質(zhì)量安全監(jiān)測

在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，為了更好地保證施工的質(zhì)量和安全，應(yīng)對施工的全過程進(jìn)行全面的監(jiān)督管理，并要對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，且要詳細(xì)記錄以及科學(xué)分析每一環(huán)掘進(jìn)時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上要及時(shí)根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)施工中的實(shí)際情況對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便通過掘進(jìn)量的控制來確保土壓的整體平衡性。同時(shí)在地鐵隧道的盾構(gòu)掘進(jìn)施工中還需要對隧道軸線以及線形的準(zhǔn)確性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，并要加強(qiáng)對施工區(qū)域周邊建筑以及地面沉降的監(jiān)測，通過對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析來調(diào)整施工技術(shù)參數(shù)。另外還要對在特定施工節(jié)點(diǎn)或者時(shí)間間隔內(nèi)掘進(jìn)施工中的注漿量、出渣量以及每環(huán)、每天的具體掘進(jìn)情況等進(jìn)行詳細(xì)的記錄，以判斷掘進(jìn)施工中的風(fēng)險(xiǎn)因素，避免出現(xiàn)超挖等情況。

1.3 準(zhǔn)確把握盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)

由于盾構(gòu)掘進(jìn)的施工環(huán)境較為復(fù)雜，發(fā)生噴涌等突發(fā)情況的幾率較高，這會(huì)對施工的安全和指令產(chǎn)生較大的威脅。因此在施工中應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際水象特征以及地質(zhì)條件等對渣土采取必要的改良措施，從而使掘削面更加穩(wěn)定［2］。同時(shí)為了避免噴涌事故的發(fā)生，在選擇盾構(gòu)設(shè)備時(shí)螺旋輸送機(jī)應(yīng)采用在斷電時(shí)能夠?qū)⒑箝y門自動(dòng)關(guān)閉的型號，并應(yīng)準(zhǔn)確控制加水量，避免出現(xiàn)空倉操作的情況。此外，為了避免出現(xiàn)泥餅，應(yīng)合理配置刀具以及刀盤，對刀盤扭矩要進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，一旦發(fā)現(xiàn)刀盤溫度過高時(shí)應(yīng)采取加水降溫措施；并可以采取人工清除以及利用掘進(jìn)間歇向土倉注水的方式來防止泥餅聚積。

1.4 組織施工操作人員進(jìn)行技術(shù)以及施工安全培訓(xùn)

地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工對施工人員的技術(shù)水平有很高的要求，因此施工單位要積極組織施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，幫助其準(zhǔn)確掌握盾構(gòu)掘進(jìn)操作的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)和操作規(guī)程，全面提高其專業(yè)技術(shù)能力和綜合素質(zhì)。同時(shí)還要對施工人員加強(qiáng)安全教育，增強(qiáng)其安全意識，從而為保證地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工的質(zhì)量和安全奠定良好的基礎(chǔ)。

2 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量及安全保證實(shí)踐分析

2.1 工程概況

某穿江地鐵隧道工程的洞頂部分有強(qiáng)度較低的覆蓋層，而江底部分主要為淤泥質(zhì)沙，隧道頂和江底的間距約為 6 m，且有淺覆土段存在。因此在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中出現(xiàn)噴涌以及江底塌陷等風(fēng)險(xiǎn)的幾率較高，必須采取有效的施工質(zhì)量和安全保證措施。

2.2 重難點(diǎn)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量及安全保證措施分析

2.2.1 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)江中覆土段的質(zhì)量安全保證措施

該地鐵工程的盾構(gòu)掘進(jìn)施工中應(yīng)采取土壓平衡磨蝕進(jìn)行控制，以保證地層水土壓力和土倉壓力間的平衡性。在施工時(shí)還應(yīng)對注漿壓力的同步性、注漿量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，防止地層變形以及覆土倍漿液穿透等情況的發(fā)生。在可控制同步注漿施工質(zhì)量的同時(shí)，還應(yīng)盡量加強(qiáng)漿液的凝結(jié)速度，并要注意控制雙槳液二次注漿施工的間隔時(shí)間，以縮短漿液和管片外的土體凝結(jié)的時(shí)間。同時(shí)應(yīng)將螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速降低，以降低出口土壓，從而避免出現(xiàn)噴涌問題，保證施工的質(zhì)量安全［3］。施工單位應(yīng)將泥漿泵設(shè)置在盾體內(nèi)，這樣可以清理盾體內(nèi)的泥水，加快施工速度。在施工中要使盾體軸線比隧道軸線的坡度角略低，防止低覆土荷載導(dǎo)致盾構(gòu)出現(xiàn)抬頭的情況。此外，施工單位還應(yīng)做好盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作，并要對人員以及設(shè)備進(jìn)行合理的配置，以確保盾構(gòu)掘進(jìn)的連續(xù)性。

2.2.2 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)小曲線半徑段的質(zhì)量安全保證措施

由于該地鐵隧道工程的轉(zhuǎn)彎最小半徑和盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑差較小，增加了盾構(gòu)掘進(jìn)的難度，同時(shí)也給施工的質(zhì)量安全帶來了較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須采取相應(yīng)的質(zhì)量控制和安全保證措施。施工單位應(yīng)加強(qiáng)對盾構(gòu)機(jī)行進(jìn)線路的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)誤差時(shí)應(yīng)及時(shí)采取糾偏處理措施，且糾偏時(shí)要保持調(diào)整動(dòng)作緩慢，以降低超挖量。同時(shí)要確保鉸接油缸得到充分的利用，其與推進(jìn)油缸的配合使用可以更好地對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整。在盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，其使其平面位置略向圓心偏向。施工單位應(yīng)采用早強(qiáng)型的速凝低收縮漿液向空隙處及時(shí)進(jìn)行充填。一旦發(fā)現(xiàn)有曲線超挖情況時(shí)，應(yīng)膠漿同步使注漿量加大到 1.1～1.2 倍左右的超挖量水平［4］。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)為了防止管片出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的線形，可以采取適當(dāng)停機(jī)的措施來釋放應(yīng)力，并要注意控制鉸接油缸和推進(jìn)油缸狀態(tài)。為了保證施工的質(zhì)量和安全，應(yīng)定期對洞內(nèi)布設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，且應(yīng)適當(dāng)加大觀測頻率，以防止出現(xiàn)明顯的偏差。

2.2.3 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)小凈距的質(zhì)量安全保證措施

由于該地鐵隧道與另一已建成隧道相距較近，為了保證隧道的盾構(gòu)施工安全，施工單位應(yīng)結(jié)合兩條隧道的間距、斷面面積以及地層結(jié)構(gòu)等參數(shù)來控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工中的注漿壓力、正面土壓以及土倉壓力等，以確保掘進(jìn)面壓力平衡，從而避免對相鄰隧道造成不利的影響。施工人員還應(yīng)準(zhǔn)確開挖量，盡量避免出現(xiàn)超挖的情況。同時(shí)還要及時(shí)進(jìn)行回填同步注漿和補(bǔ)充性二次注漿，以保證施工的質(zhì)量和安全。此外，在掘進(jìn)施工時(shí)要加強(qiáng)對相鄰隧道狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停工并上報(bào)，再準(zhǔn)確分析異常原因并采取相應(yīng)的處理措施后才能繼續(xù)掘進(jìn)。

2.2.4 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)地層上軟下硬段的質(zhì)量安全保證措施

由于該地鐵隧道部分施工段的地層為上軟下硬結(jié)構(gòu)，因此為了保證盾構(gòu)掘進(jìn)施工的質(zhì)量安全，施工單位應(yīng)配置相應(yīng)的刀具以及刀盤，可以通過搭配使用雙刃滾刀以及刮刀來提高施工的質(zhì)量和效率。在坡度起始位置，施工人員應(yīng)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，并將掘進(jìn)速度適當(dāng)降低，避免其在掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)下俯上仰等現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)注意控制掘進(jìn)路線，避免出現(xiàn)偏差。在掘進(jìn)過程中應(yīng)采取加入泡沫的方式來改良碴土，且應(yīng)將掘進(jìn)控制設(shè)置為土壓平衡模式，以確保土倉壓力的平衡性，并降低對刀盤刀具的損耗。一旦在掘進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)或者掘進(jìn)軸線出現(xiàn)偏差時(shí)，可以通過鉸接千斤頂?shù)仍O(shè)備來進(jìn)行調(diào)整控制。

2.3 該地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)過砂層的施工質(zhì)量及安全保證措施分析

受該地鐵隧洞地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，其在掘進(jìn)過程中比較容易出現(xiàn)地表坍塌等問題，影響施工的質(zhì)量和安全。因此施工單位應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況對掘進(jìn)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，并要做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，避免設(shè)備發(fā)生故障，以加快盾構(gòu)機(jī)通過砂層段的速度。在盾構(gòu)掘進(jìn)開始后，應(yīng)通過土壓平衡模式控制掘進(jìn)作業(yè)，以減少對地層的擾動(dòng)，保證土倉壓力的平衡性，避免地表出現(xiàn)明顯的沉降。同時(shí)可以通過保壓泵碴設(shè)備將高濃度泥漿注入土倉，以防止圍巖內(nèi)部出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象。在施工過程中應(yīng)將注漿量適當(dāng)加大，并合理控制注漿壓力，也可以采取對同步注漿漿液配比進(jìn)行調(diào)整的方式促使管片外土體加速凝固，從而達(dá)到控制沉降的目的。工作人員應(yīng)通過控制螺栓輸送機(jī)的倉門開度來對出土量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，同時(shí)應(yīng)將盾構(gòu)掘進(jìn)軸線降低 50 mm 左右，以避免盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)上漂的問題。此外，施工單位還應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)施工的實(shí)際情況來進(jìn)行排渣泵的配置，并要做好物資設(shè)備的保障工作，以確保施工的連續(xù)性。

2.3.1 預(yù)防盾構(gòu)刀盤泥餅聚積的質(zhì)量安全保證措施分析

為了防止盾構(gòu)掘進(jìn)對泥餅聚積在切削倉以及刀盤開口位置，施工人員應(yīng)做好泡沫罐的疏通工作，并可以利用膨潤土漿液和泡沫劑等對土體加以改良，提高其和易性。同時(shí)應(yīng)將空心攪拌棒設(shè)置在土倉胸板以及刀盤背面，加強(qiáng)攪拌的范圍及強(qiáng)度。如果發(fā)現(xiàn)有泥餅形成時(shí)，應(yīng)采取加水、泡沫或者膨潤土的方式來促使其脫落。

2.3.2 防止盾構(gòu)管片上浮的質(zhì)量安全保證措施分析

為了防止管片出現(xiàn)上浮的情況，施工人員應(yīng)及時(shí)對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，并可以通過控制同步注漿量、注漿速度、掘進(jìn)速度以及盾構(gòu)推進(jìn)高程等方式來保證施工的質(zhì)量和安全。一旦發(fā)現(xiàn)管片上浮量超過允許的范圍時(shí)應(yīng)立即停工，并采取二次注漿以及鉆孔泄壓等方式來進(jìn)行處理。

2.3.3 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)大坡度段的施工質(zhì)量及安全保證措施分析

為了保證地鐵隧道大坡度段的盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量和安全，施工單位應(yīng)通過控制鉸接油缸保持盾構(gòu)機(jī)平衡，且應(yīng)在掘進(jìn)中線和盾體中線之間保持一定的角 度，以防止盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)磕頭或者抬頭的現(xiàn)象。另外還要加強(qiáng)對推進(jìn)油缸壓力、編組行程以及牽引力的控制。

2.4 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的施工質(zhì)量及安全監(jiān)控措施分析

施工單位在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中為了更好地控制施工質(zhì)量，保證施工安全，采用了 RTK 技術(shù)、全站儀以及測探儀等先進(jìn)的觀測設(shè)備來進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性。在完成控制網(wǎng)以及監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)后，觀測人員應(yīng)對工程區(qū)域的地質(zhì)水文變化進(jìn)行監(jiān)測以及掘進(jìn)施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。特別是應(yīng)每天監(jiān)測盾構(gòu)機(jī)前后 20 m 范圍內(nèi)的沉降變形等，并要及時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)送監(jiān)理部門以及主管工程師。

2.5 制定完善的應(yīng)急處置方案

經(jīng)過對工程區(qū)域地質(zhì)水文條件、施工現(xiàn)場情況等多種因素的綜合分析，在本次盾構(gòu)掘進(jìn)施工中可能發(fā)生的主要風(fēng)險(xiǎn)為在江底段的盾構(gòu)掘進(jìn)中出現(xiàn)地下水連通江水以及江底塌陷等。為了有效應(yīng)對這兩類突發(fā)性事故，施工單位制定了相應(yīng)的應(yīng)急處置措施，如可以采取在出土裝置暫時(shí)關(guān)閉狀態(tài)下繼續(xù)掘進(jìn)、加強(qiáng)對土倉壓力的監(jiān)控、加設(shè)抽排裝置以及臨時(shí)對航道進(jìn)行封鎖等措施來應(yīng)對螺旋輸送機(jī)無法正常出土以及江底塌陷問題。

3 結(jié)語

在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，由于施工的地下空間環(huán)境以及地質(zhì)水文條件比較復(fù)雜，會(huì)對地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工的質(zhì)量以及施工安全造成較大影響。因此施工單位應(yīng)結(jié)合地鐵工程施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來準(zhǔn)確把握盾構(gòu)施工中的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)，并加強(qiáng)對盾構(gòu)掘進(jìn)全過程的施工監(jiān)測以及質(zhì)量安全控制。同時(shí)要制定科學(xué)有效的應(yīng)急處置措施，并加強(qiáng)對施工人員的的技術(shù)培訓(xùn)和安全生產(chǎn)教育，從而確保地鐵工程施工的質(zhì)量安全。Q