地鐵隧道盾構法施工質量控制措施

中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266061

1 工程概況

呼和浩特地鐵學府康都站—海亮廣場站區(qū)間的起訖點里程范圍為CK12+004.668～CK12+864.178，區(qū)間長度為859.51m。該工程中，C50、P10預制鋼筋混凝土管片11057m3，出渣量58828m3，同步壓漿水泥砂漿量9457m3。

2 盾構施工概述

2.1 基本原則

盾構機是在開挖過程中保持周圍土壤穩(wěn)定性以避免倒塌的主要施工機械，具有隧道開挖和排渣功能。在施工過程中，盾構機械可以在內部完成管片組裝，形成完整的襯砌結構，同時保證周圍的土壤處于穩(wěn)定狀態(tài)，進而在安全的環(huán)境中成功完成隧道的施工。盾構法的基本目標是盡可能降低圍巖擾動的程度，以最快的速度完成地鐵隧道的施工，同時形成地鐵隧道的主體結構，維護周圍現(xiàn)有建筑物的安全穩(wěn)定性。盾構施工示意圖見圖1。

圖1 盾構施工示意圖

2.2 階段劃分

盾構施工包括三個階段：（1）始發(fā)階段，如施工工作井，根據(jù)設計要求選擇并安裝適當類型的盾構機等；（2）掘進階段，需要連續(xù)開挖，工作量較大；（3）盾構機到達階段，主要涉及整理工作，如對接收軸入口處的土壤進行加固處理，以及適當拆卸盾構機。

3 地鐵隧道盾構施工技術要點與質量控制措施

該工程使用ZTE系列復合式土壓平衡盾構機，通過刀盤切削土壤進行入土和出渣，土體壓力通過螺旋輸送器的出土量進行相應的調整，保證將施工中的土體壓力控制在合理范圍內。

3.1 始發(fā)階段

始發(fā)是盾構施工的重要階段，打開隧道圍護結構后，應檢查隧道區(qū)域周圍的土壤狀況，以便為盾構機的運行創(chuàng)造有利條件，并有效地到達隧道施工區(qū)域。該工程使用SMW工法進行端頭加固，對周邊土壤造成的擾動較小，具有較好的止水性能。盾構始發(fā)應注意出洞技術的應用，這關系到盾構始發(fā)作業(yè)的成敗。

組裝和調試盾構設備后，開始組裝負環(huán)部分，并在負環(huán)部分后面安裝一個0.4m寬的鋼環(huán)，使混凝土部分均勻受壓。洞門入口處地下連續(xù)墻的混凝土墻應被切割，切割應分為6個區(qū)塊，從下至上分別在井外進行。為了確保隧道的安全，在隧道環(huán)上安裝橡膠止水帶和扇形板，以形成密封裝置。施工人員要用刷子給盾構設備的后擋板密封刷注脂，布置地面監(jiān)測點。

始發(fā)施工必須先進行洞口破除施工。首次打開隧道門后，施工人員要安裝和固定保護裝置，滿足啟動條件后，在保護頭和隧道環(huán)之間建立支撐，并從下方切割隧道門加強件。盾構應及時靠在洞口的位置上，防止出現(xiàn)塌方。在開門過程中，如果有滲水現(xiàn)象，則應使用2倍的水泥和水玻璃來連接泄漏處，并相應地加快鋼筋的切割速度。如果在切割鋼筋時有流動的泥漿或流沙，應立即停止切割鋼筋，并在泥漿和流沙的位置進行兩種液體的漿化，堵塞后再進行切割。

洞口密封是為了防止盾構機離開洞口后注漿砂漿泄漏。制作入口密封件分為兩個步驟：一是洞口預埋件的施工，應特別注意預埋件要與原有結構相連接；二是將盾構機從洞口正式拆下來之前，必須先清潔洞口入口，然后再安裝密封件。

3.2 掘進階段

盾構機始發(fā)后，馬上進行掘進施工，在此期間應注意檢查管片組件和設置盾構機位置，實時監(jiān)控隧道施工過程中的推力和扭矩，將所有參數(shù)控制在合理的范圍內。為了給隧道施工提供正確的指導，應選擇一個有代表性的試驗段（以100m為宜），并根據(jù)該段的盾構施工效果修改設計參數(shù)，使盾構施工順利進行。此外，盾構位置對施工效果有很大影響，因此必須加強監(jiān)視，嚴格控制盾構軸的偏差，且不得超出允許范圍。

（1）掘進模式選擇。根據(jù)該工程使用的機械情況，刀盤配有揚聲器型面板和復合工具，刀盤的硬度和強度可以滿足該部分的鉆孔需求。盾構機在隧洞掘進階段具有三種模式：開放式、半開放式和土壓力平衡式。為了在安全的前提下最大程度上提高施工效率，主要基于土的自穩(wěn)性和負荷水平進行選擇，即根據(jù)工程地質實際，該工程使用土壓力平衡式進行施工，提高出渣速度，保證沉降在可控范圍內。

（2）土倉壓力調整。在實際掘進過程中，除了靜水壓力和理論土壤壓力，還必須根據(jù)土壓力、實際掘進量和土沉降來計算土壓力。在鉆進過程中，應始終注意土壓力的變化并適當調整土壓力。例如，計算土壓力為120kPa，實際掘進量很高，高土壓力保持不變，而低土壓力降低，這時必須隨著氣壓增加土壓力。為了使盾構掘進引起的渣土量最小化，土壓力控制應盡可能接近原始狀態(tài)下的挖掘面壓力水平。

（3）切割速度控制。根據(jù)相關工程經(jīng)驗，由于土壓平衡開挖方式的特點，地層和土壤層中的渣土切削阻力大，為了避免破壞刀盤，應控制切割速度。該工程的切割速度控制在1.2～1.4r/min。

（4）刀盤扭矩控制。結合該節(jié)的實際施工情況，在這種類型的結構中，掘進過程中的刀盤扭矩應控制在2.5～3.5MN·m。當?shù)侗P由于扭矩過大而卡住時，可以通過縮回部分氣缸來重新啟動刀盤。

（5）掘進控制。盾構掘進控制是整個盾構項目最直接、最根本的目標。在此過程中，控制土體沉降是施工過程的關鍵，獲得的掘進結果將直接影響整個項目目標的實現(xiàn)。盾構的掘進速度隨著環(huán)路數(shù)量的增加而表現(xiàn)出周期性的波動。為了使刀盤的經(jīng)濟利益最大化，應盡可能避免刀盤的異常磨損，以降低工具的穿透力。當盾構的前進速度出現(xiàn)周期性變化時，應檢查刀盤上是否有花餅或某些切口是否損壞。此外，在盾構的掘進過程中，必須注意推進缸的沖擊與缸的前進量之間的差異，即在掘進過程中每組推進缸的沖擊差。隧道掘進過程中，推進缸的差異主要是因為偏差的校正和管楔的存在，而推進缸的前進主要是由于偏差的校正。

3.3 盾構接收階段

盾構接收階段是最后環(huán)節(jié)，其對盾構效果仍然有很大影響，一般以隧道貫通前最后50m范圍為到達段。因此，施工人員在實際工作中需要考慮多個要點，如隧道軸線的重新評估、隧道門的防水帷幕構造以及盾構機導軌的安裝。除非所有準備工作都正確，否則無法達到接收盾構的條件。此外，應在現(xiàn)場布設適當?shù)目刂泣c導線，使盾構機根據(jù)既定的姿態(tài)要求平穩(wěn)地進入孔中。盾構掘進至離洞口封門結構100m時，必須做一次盾構推進軸線的方向傳遞測量，以逐漸調整盾構軸線；在切口離封門10m時應開始控制出土量；在切口離封門結構300～500mm時，停止推進，并使切口開挖面壓力降到最低值，以確保洞口封門拆除的施工安全。盾構機到站前20d，開始進行盾構到達的一切準備工作。

4 施工監(jiān)測方法

4.1 地面沉降監(jiān)測

地面沉降可以反映盾構隧道期間圍巖變形的整個過程，尤其是對于現(xiàn)有或附近的建筑物。地面沉降監(jiān)測需要建立一個監(jiān)測沉降的網(wǎng)絡，按二等監(jiān)測基點埋在沉降影響區(qū)域之外的穩(wěn)定區(qū)域內，該基點用作沉降的標準水平點，據(jù)此繪制隨時間變化的沉降曲線，從而評價圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 地下管線變形監(jiān)測

地鐵施工中通常有很多管片負載變化導致地面移位。位移不均勻會導致地下管線變形，管片過度變形會導致管片損壞。應根據(jù)地下管線的位置圖進行嚴格控制，并定期在管線的關鍵路口處嵌入輪胎標志，在建造過程中保護測量點。在不宜開挖的地方，將鋼管直接推入地面，其深度與管板齊平，并用測量點的水平儀直接測量高度，以計算沉降值。

5 結束語

綜上所述，盾構施工是地鐵隧道技術的重要組成部分，盾構機作為重要的建筑機械，具有很強的承載能力；千斤頂提供推力，使盾構機向前移動，進行切土和出渣工作，有序進行管片和襯砌的相關工作。目前，盾構法是地鐵隧道的主要施工方法，相關部門要將該方法作為重要技術積極引入，同時還要創(chuàng)新技術，以確保盾構結構的質量能夠跟上時代發(fā)展的步伐。