探討大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)及處理措施

張鶴鐔

（中交隧道工程局有限公司，北京 100000）

目前，大盾構(gòu)施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)隧道的施工建設(shè)中。這種施工方式優(yōu)點(diǎn)眾多，不但破壞性小，還不易對(duì)周?chē)h(huán)境造成影響，應(yīng)對(duì)其施工控制要點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的分析，使大盾構(gòu)隧道工程施工更加順利。

1 大盾構(gòu)隧道施工基本原理

大盾構(gòu)隧道施工是指使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道的挖掘與出渣，在作業(yè)過(guò)程中，要注意對(duì)開(kāi)挖面以及周?chē)翆舆M(jìn)行控制，避免坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過(guò)拼裝管片的方法進(jìn)行襯砌，而后進(jìn)行壁后注漿，這種修筑隧道的方法能夠最大程度地避免擾動(dòng)周?chē)馏w。大盾構(gòu)隧道施工中的“盾”是指能夠保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的刀盤(pán)和支護(hù)土體的盾體，“構(gòu)”是指管片和注漿體。盾構(gòu)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)可分為五個(gè)部分，分別為殼體、排土部分、推土部分、拼裝部分與注漿部分。盾體由切口環(huán)、盾尾以及支撐環(huán)組成，并與盾體相連接。盾構(gòu)機(jī)在地中推進(jìn)，其盾體與管片能夠起到支撐作用，防止隧道坍塌情況出現(xiàn)。與此同時(shí)，開(kāi)挖面使用切削裝置進(jìn)行掘進(jìn)，出土機(jī)將土體運(yùn)送出洞外。最后，使用千斤頂從后部加壓頂進(jìn)，并安裝混凝土管片，從而形成隧道結(jié)構(gòu)。

2 大盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)

大盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)眾多，首先，施工作業(yè)對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小，不會(huì)損壞其他建筑物。大盾構(gòu)隧道施工不需要相應(yīng)的場(chǎng)地，適用于不適合明挖，土層較為松散的地區(qū)。其次，大盾構(gòu)隧道施工有較高的精度要求，尤其是在制作管片時(shí)要將機(jī)械制造的誤差控制在0.5mm以內(nèi)。另外，大盾構(gòu)施工具有單向前進(jìn)的特點(diǎn)，無(wú)論出現(xiàn)什么情況都不可后退，存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。在施工過(guò)程中一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，要做好準(zhǔn)備工作，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇適合的盾構(gòu)機(jī)與施工計(jì)劃。

3 大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)因素控制

大盾構(gòu)隧道施工需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，找到可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，進(jìn)一步加強(qiáng)控制。以某大盾構(gòu)隧道施工為例，2001～2007年某盾構(gòu)事故，如表1所示，可見(jiàn)大盾構(gòu)隧道施工中工程技術(shù)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)概率達(dá)到了70%，這些風(fēng)險(xiǎn)源也與地層的復(fù)雜化有很大關(guān)聯(lián)。因此，在施工過(guò)程中要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查、分解與討論，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行篩選。常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)源包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等，應(yīng)結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)總結(jié)。

3.2 擾動(dòng)地層變形控制

受大盾構(gòu)隧道施工影響，原始的土體受到破壞，強(qiáng)度參數(shù)也發(fā)生了一定改變。土層中出現(xiàn)了一定的超空隙水壓力，隨著施工的進(jìn)行，應(yīng)力產(chǎn)生了更加復(fù)雜的路徑。不但會(huì)導(dǎo)致擾動(dòng)地層的變形，還會(huì)使地面出現(xiàn)沉降。大盾構(gòu)隧道施工具體可分為四個(gè)施工階段，即挖土階段、注漿階段、盾尾脫開(kāi)階段以及沉降階段。不同的施工階段，擾動(dòng)地層的變形程度以及受應(yīng)力都是不一樣的。根據(jù)隧道的縱向和橫向進(jìn)行分區(qū)，并對(duì)擾動(dòng)范圍內(nèi)的土體所承受應(yīng)力的變化過(guò)程進(jìn)行分析，得到每個(gè)分區(qū)內(nèi)的土倉(cāng)壓力。每個(gè)施工階段產(chǎn)生的土倉(cāng)壓力都對(duì)地層變形有著重要影響，需要對(duì)其加強(qiáng)控制。

3.3 大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制

大盾構(gòu)隧道施工中需要對(duì)隧道施工質(zhì)量以及管片生產(chǎn)質(zhì)量和拼裝質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。防止管片滲水、沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。而管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的安全指數(shù)，若不能合理使用，會(huì)帶來(lái)巨大的安全隱患?？梢?jiàn)施工質(zhì)量是大盾構(gòu)隧道中最重要的控制要點(diǎn)，應(yīng)積極尋找處理措施。

3.4 大盾構(gòu)隧道施工工藝控制

在大盾構(gòu)隧道施工中，各項(xiàng)施工工藝得到了很大的進(jìn)步，但與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比，仍存在一些差距。防水工藝、盾構(gòu)掘進(jìn)工藝、管片拼裝工藝以及盾體吊裝工藝都是大盾構(gòu)隧道施工中需要控制的要點(diǎn)，對(duì)隧道質(zhì)量與工程施工效率有著重要影響。

4 大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)處理措施

4.1 風(fēng)險(xiǎn)因素控制措施

4.1.1 盾構(gòu)推力因素控制

大盾構(gòu)隧道施工受盾構(gòu)推力因素影響，需要根據(jù)地層與隧道的參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)設(shè)計(jì)，從而計(jì)算出盾構(gòu)推力。若盾構(gòu)推力過(guò)大，極容易造成地面下降、機(jī)體下沉的情況出現(xiàn)。地下施工環(huán)境并不是固定的，因此，在施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際推力與設(shè)計(jì)推力的比例是不斷變化的，呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的過(guò)程。一些地層較為復(fù)雜的地區(qū)，例如，孤石地層會(huì)附加一些應(yīng)力，使比例增大。這就需要施工人員充分掌握盾構(gòu)推力相關(guān)的因素，其中包括地層變化、注漿質(zhì)量等，從而對(duì)總推力進(jìn)行控制，降低風(fēng)險(xiǎn)因素。

4.1.2 盾構(gòu)姿態(tài)因素控制

盾構(gòu)姿態(tài)因素控制具體可分為兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是機(jī)體滾轉(zhuǎn)控制，第二個(gè)方面是前進(jìn)方向控制。當(dāng)盾構(gòu)姿態(tài)不好時(shí)，會(huì)造成盾尾間隙過(guò)小或管片錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題出現(xiàn)。因此，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向偏離時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)糾偏角進(jìn)行控制。糾偏角的大小對(duì)于盾構(gòu)姿態(tài)來(lái)說(shuō)十分重要，若糾偏角過(guò)小，偏差就會(huì)越來(lái)越大；若糾偏角過(guò)大，則無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的效果。因此，當(dāng)最初偏差在1～2cm時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行矯正能夠達(dá)到最好的效果。

4.1.3 設(shè)備磨損因素控制

盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，刀盤(pán)和刀具會(huì)出現(xiàn)一定程度的磨損，滾刀磨損以及刀圈軸承磨損較為常見(jiàn)，為隧道施工帶來(lái)了一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，在軟土地層中，可以將刀具的高度進(jìn)行調(diào)整，防止黏性土形成結(jié)泥餅。當(dāng)在軟硬互層地層進(jìn)行作業(yè)時(shí)，要對(duì)巖刀進(jìn)行合理選擇，可以使用組合型巖刀，避免刀具磨損情況出現(xiàn)，使設(shè)備的使用壽命得到延長(zhǎng)。首先，要注意選擇抗剪性較好的刀刃與重型刀盤(pán)組合使用；其次，要根據(jù)滾刀的布置方法，合理進(jìn)行刀具數(shù)量的增減。另外，在特殊地層中，要對(duì)刀具進(jìn)行改造，并控制施工速度，保證盾構(gòu)設(shè)備的完好性。

4.1.4 地層因素控制

一些地區(qū)的地層較為松軟，容易破壞壓力平衡，從而造成風(fēng)險(xiǎn)事故。因此，應(yīng)結(jié)合理論知識(shí)以及大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)遇到砂層以及淤泥層時(shí)，使用特定技術(shù)進(jìn)行控制，從而保證施工安全。首先，盾構(gòu)隧道施工處于砂層時(shí)，要選擇適合的盾構(gòu)犁式，可以使用泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)，能夠有效對(duì)泥水壓力與黏稠度進(jìn)行控制，防止砂層出現(xiàn)漏水情況，保證隧道施工進(jìn)度。淤泥具有一定的觸變性，對(duì)盾構(gòu)壓力的控制有更高的要求。若盾構(gòu)泥水壓力小于主動(dòng)土壓力，就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面的失穩(wěn)，因此，要根據(jù)淤泥土壓力的數(shù)值對(duì)盾構(gòu)壓力進(jìn)行控制。

4.2 擾動(dòng)地層變形處理措施

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，每個(gè)階段出現(xiàn)地層變形的原因也是不一樣的，因此，要采用更具針對(duì)性的處理措施，泥水加壓盾構(gòu)能夠通過(guò)土層透水性的參數(shù)對(duì)泥漿特性進(jìn)行調(diào)整。大盾構(gòu)隧道施工中，為減少地層變形情況出現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及有限單元法進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)設(shè)定泥水倉(cāng)壓力的基準(zhǔn)值。在推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)在隧道中心線位置設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)基準(zhǔn)值進(jìn)行合理調(diào)整。地面與隧道內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在同一斷面，當(dāng)盾構(gòu)通過(guò)后，對(duì)此斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集。施工地段較為特殊時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擾動(dòng)地層變形控制。對(duì)于盾尾脫出導(dǎo)致的地層變形，可以采用同步注漿的方法，將尾部空隙進(jìn)行填充，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況與工程條件等多種因素，來(lái)選擇注漿方法。注漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)合理選擇材料，進(jìn)行科學(xué)配比，使襯砌結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。注漿量與注漿壓力應(yīng)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行嚴(yán)格控制，最大程度地減小大盾構(gòu)隧道施工中地層變化對(duì)施工的影響。

4.3 大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制措施

在大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制過(guò)程中，首先，要保證洞門(mén)的防水性，在零環(huán)管片拆除后對(duì)基面進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)及時(shí)封堵。若封堵作業(yè)沒(méi)有效果，要在注漿作業(yè)時(shí)進(jìn)行再次封堵。洞門(mén)基面完全干燥后，安裝止水條，并確保其牢固性，避免松拖情況的出現(xiàn)。其次，還要對(duì)隧道洞門(mén)進(jìn)行鋼筋綁扎與模板安裝。鋼筋綁扎要注意按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行下料與作業(yè)，設(shè)計(jì)圖紙通常對(duì)鋼筋的數(shù)量與間距進(jìn)行明確要求。盾構(gòu)施工中，要保證鋼筋綁扎符合圖紙要求且焊接質(zhì)量合格。在進(jìn)行模板安裝時(shí)，要注意，整體筑澆必須有牢固的支撐作為基礎(chǔ)，并對(duì)模板與管片進(jìn)行特殊處理，避免出現(xiàn)建筑漏漿的情況。在對(duì)隧道洞門(mén)進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，要提前進(jìn)行混凝土塌落實(shí)驗(yàn)，對(duì)其抗壓、抗?jié)B性進(jìn)行檢測(cè)。混凝土澆筑時(shí)要進(jìn)行振搗，為提高施工中的振搗質(zhì)量，應(yīng)使用機(jī)器與人工共同振搗的方式，并確保隧道洞門(mén)在3h以內(nèi)澆筑完成。混凝土需要一段時(shí)間來(lái)凝固，澆筑工作完成后的一個(gè)星期方可對(duì)鋼模進(jìn)行拆除。在對(duì)管片生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制時(shí)，要對(duì)管片的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行考核，明確生產(chǎn)方案以及原材料質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)工序也要進(jìn)行監(jiān)督。具體控制方式如下：首先，在管片生產(chǎn)前提前進(jìn)行嚴(yán)格審核，督促施工單位對(duì)人員進(jìn)行專業(yè)性培訓(xùn)。管片生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，一旦發(fā)現(xiàn)管片生產(chǎn)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，要立刻停止生產(chǎn)。管理人員應(yīng)確保管片生產(chǎn)的原材料符合相關(guān)要求，對(duì)于進(jìn)入施工場(chǎng)地的材料，例如，混凝土、砂石等要進(jìn)行嚴(yán)格審核。對(duì)每批材料進(jìn)行抽樣檢查，檢查合格后方可入場(chǎng)，抽樣檢查要注意樣本的代表性。除此之外，混凝土的配比也要按照規(guī)定執(zhí)行，組模前要檢查模具，并使用脫模劑進(jìn)行涂抹。對(duì)于混凝土的配合比方面，也要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。管片制作完成后，要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后，即可使用于大盾構(gòu)隧道施工中。管片在進(jìn)行安裝時(shí)，必須對(duì)接縫處進(jìn)行有效的防水控制，可以從防水材料質(zhì)量、粘貼質(zhì)量以及止水條凹槽質(zhì)量等幾個(gè)方面入手。在選擇防水材料時(shí)，要對(duì)廠家進(jìn)行考察，根據(jù)廠家的生產(chǎn)工藝判斷其是否符合大盾構(gòu)隧道施工的作業(yè)要求。并保證每批次進(jìn)行隨機(jī)取樣，將樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合格后方可投入使用。施工中通常對(duì)防水條的水壓能力有較高要求，因此，要對(duì)其進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，確保水壓能力達(dá)標(biāo)。管片安裝作業(yè)前要對(duì)材料進(jìn)行檢查，避免止水條松動(dòng)、凹槽破損等情況出現(xiàn)，即使出現(xiàn)微小的裂縫與破損，都要進(jìn)行報(bào)廢處理。

4.4 施工工藝控制措施

4.4.1 防水工藝控制措施

大盾構(gòu)隧道施工在注漿過(guò)程中對(duì)盾尾間對(duì)位的首道防水線進(jìn)行填充時(shí)，要保證盾尾機(jī)推進(jìn)的同步注漿，防止漏注現(xiàn)象的出現(xiàn)，使其防滲性能得到提升。在管片安裝工作結(jié)束后，為避免拼接縫隙出現(xiàn)漏水情況，要同時(shí)進(jìn)行手孔封堵與混凝土澆筑兩項(xiàng)工藝，手孔封堵通常采用膨脹水泥。大盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中要進(jìn)行日常檢查，當(dāng)出現(xiàn)管片滲漏情況，要及時(shí)找到原因，選擇二次注漿、點(diǎn)裝部堵漏、裂縫堵漏等適合的堵漏方式。

4.4.2 盾構(gòu)掘進(jìn)工藝控制

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，首先，要對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行控制，利用自動(dòng)測(cè)量與人工復(fù)核兩種方法同時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。通常在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)會(huì)設(shè)置擬定施工參數(shù)，應(yīng)在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行土壓力、掘進(jìn)速度以及出土速度的確定。并對(duì)盾構(gòu)機(jī)扭矩、行程等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以達(dá)到更好的控制效果。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量控制，將始發(fā)架的位置進(jìn)行確定，使盾構(gòu)機(jī)持續(xù)保持抬頭狀態(tài)，控制盾尾間隙，使盾構(gòu)機(jī)與管片處于良好的相對(duì)關(guān)系中。

4.4.3 負(fù)環(huán)管片拼裝工藝控制

在進(jìn)行管片拼裝時(shí)，要注意使用符合標(biāo)準(zhǔn)的成套管片。管片拼裝前，要將盾尾油脂填充到盾尾刷中。始發(fā)支座軌道與管片之間可能會(huì)存在一定空隙，為避免盾尾下沉的情況出現(xiàn)，要在始發(fā)支座軌道上使用方木楔或鋼板固定，對(duì)管片起到承托作用。當(dāng)管片退出盾尾時(shí)，要在管片以及始發(fā)臺(tái)軌道之間放置木制三腳架或鋼板進(jìn)行支墊。第二環(huán)管片安裝完成后，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前推進(jìn)，盾尾密封刷逐漸脫離第一環(huán)管片，這時(shí)三腳架進(jìn)入支撐架內(nèi)，左右兩側(cè)要各楔兩個(gè)木楔。

5 結(jié)語(yǔ)

大盾構(gòu)隧道施工有效加強(qiáng)了我國(guó)對(duì)地下空間的利用，滿足了新時(shí)代下城市化進(jìn)程的發(fā)展需求。大盾構(gòu)隧道施工中包含許多控制要點(diǎn)，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)控制要點(diǎn)進(jìn)行處理措施的分析與研究，使大盾構(gòu)隧道施工順利進(jìn)行。