對我國當(dāng)前盾構(gòu)施工技術(shù)存在問題的探討

1、對我國當(dāng)前盾構(gòu)施工技術(shù)存在問題的探討建材與裝飾2008年1月中旬刊 張智1施工技術(shù)比較 我國城市軌道交通地下工程的建設(shè),就地層特性,可分為4大類:以砂卵層為主,如成都、北京等地；以巖層為主,如重慶、青島等地；軟弱地層與巖層(風(fēng)化巖層)交變,如南京、廣州等地；軟弱地層,如上海市,隧道和地下車站修筑在軟土層中。 由于地質(zhì)條件不同,所采用的施工方法差異較大,這就造成了我國城市軌道交通建設(shè)中工法多樣性的特點(diǎn)。我國城市軌道交通的施工先后采用了明挖法、礦山法、暗挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法等施工技術(shù),有的已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。（1）明挖法需要在隧道沿線占用比較多的施工場地,在城區(qū)交通流量大,道路狹窄的情況下,已

2、經(jīng)基本無法滿足其施工場地要求。施工場地暴露,對周圍地區(qū)的環(huán)境影響大,無法滿足環(huán)保要求；（2）礦山法雖然占用施工場地較小,但其施工所造成的地表沉降較難控制,通常情況下,對地面建筑物及地下管線都有一定的影響甚至造成破壞。同時(shí),施工必須確保開挖面無水作業(yè),因此需要在沿線普遍降低地下水。降水施工需要在地面施工大量的降水井,不僅提高了工程造價(jià),還造成了對地下水的污染,而且在城區(qū)道路狹窄和地面建筑物密集區(qū),沒有施做降水井的條件。由于人工開挖和支護(hù),因此施工進(jìn)度慢,作業(yè)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,安全性差。施工的防水質(zhì)量不易保證。施工對地表沉降的控制難度較大,尤其是在不良地質(zhì)段或地面房屋密集區(qū)施工時(shí),很難將地表沉降

3、控制在較小范圍內(nèi)；（3）暗挖法雖然地面干擾小,造價(jià)低,但機(jī)械化程度低,進(jìn)度慢,勞動(dòng)強(qiáng)度高,環(huán)境惡劣,風(fēng)險(xiǎn)大；（4）蓋挖法雖然占用場地時(shí)間短,對地面干擾小,安全,但施工工序復(fù)雜,交叉作業(yè),施工條件差。它多用于修建地鐵車站；（5）盾構(gòu)法對城市的正常功能及周圍環(huán)境的影響很小。除盾構(gòu)豎井處需要一定的施工場地以外,隧道沿線不需要施工場地,無需拆遷,因而對城市的商業(yè)、交通、住居影響很小?？梢栽谏畈看┰降厣辖ㄖ铩⒑恿鳎辉诘叵麓┻^各種埋設(shè)物和已有隧道而不對其產(chǎn)生不良影響。施工一般不需要采取地下水降水等措施,也無噪聲、振動(dòng)等施工污染?？筛鶕?jù)施工隧道的斷面大小、埋深條件等施工隧道特點(diǎn)和地基圍巖的基本條件進(jìn)行設(shè)計(jì)

4、、制造或改造盾構(gòu)機(jī),所以此法是適合于某一區(qū)間的專有方法。此外它的施工精度高。如管片的制作精度幾乎近似于機(jī)械制造的程度。由于斷面不能隨意調(diào)整,對隧道軸線的偏離、管片拼裝精度也有很高的要求?？梢钥闯?盾構(gòu)法對地面結(jié)構(gòu)影響可能性最?。粚Νh(huán)境無不良影響,地下水位可保持；對工作人員較安全,勞動(dòng)強(qiáng)度低,進(jìn)度快；機(jī)械化程度高；隧洞形狀準(zhǔn)確；質(zhì)量高,襯砌經(jīng)濟(jì)。2我國盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展 正是由于盾構(gòu)施工的這些優(yōu)點(diǎn),使得這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展、細(xì)化為大量、復(fù)雜的施工技術(shù),并逐步在實(shí)際工程上廣為利用。盾構(gòu)法在國際上起步較晚,但近年發(fā)展較快。我國盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)近年來也有了較大的發(fā)展。國內(nèi)盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展開始于20世紀(jì)50年代,

5、首先應(yīng)用于修建煤礦巷道,1963年上海結(jié)合地下鐵道的籌建,開始開發(fā)盾構(gòu)技術(shù),并于1990年開始在地鐵一號線大量引進(jìn)盾構(gòu)進(jìn)行施工。1991年上海地鐵1#線引進(jìn)法國FCB公司的7臺土壓平衡式盾構(gòu),采用大刀盤開挖、螺旋輸送機(jī)排土,同時(shí)備有同步壓漿、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等,性能比較完善。上海利用這7臺盾構(gòu)機(jī)建成地鐵1#線區(qū)間隧道,全長18.5km。該盾構(gòu)直徑為6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每環(huán)6塊,環(huán)寬1.0m。隧道經(jīng)過淤泥土和淤泥質(zhì)亞粘土,覆土深度518m,盾構(gòu)進(jìn)尺為46m/d地面沉降控制在1030mm。該工程于1995年4月10日正式全線試運(yùn)營,為我國在含水軟土地區(qū)的城市中修建隧道提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)

6、。經(jīng)過多年的發(fā)展,在上海等軟弱地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)已相當(dāng)成熟。近年來隨著我國綜合國力的提高,很多城市大力發(fā)展地鐵,如北京、上海、廣州、南京、深圳等城市,到2003年以上述城市引進(jìn)了近40臺盾構(gòu)用于地鐵施工。目前,國內(nèi)許多城市的軌道交通建設(shè)采用了盾構(gòu)施工技術(shù)。如北京市南北交通路網(wǎng)中的北京地鐵五號線工程,線路全長27.6km,南起豐臺區(qū)的宋家莊,北至昌平區(qū)的太平莊,途經(jīng)天壇、東單、雍和宮和和平里等重要地區(qū),就是采用盾構(gòu)法施工技術(shù)。3我國盾構(gòu)技術(shù)需要解決的主要問題 任何新技術(shù)的開發(fā)、產(chǎn)生要根據(jù)市場需求和國情,進(jìn)行仔細(xì)的論證。就目前我國盾構(gòu)技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)使用的情況而言,一些問題的解決、新

7、技術(shù)的開發(fā)將成為當(dāng)務(wù)之急。（1）研究盾構(gòu)機(jī),生產(chǎn)國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)。目前的盾構(gòu)機(jī)以進(jìn)口為主,這就增加了盾構(gòu)法施工的費(fèi)用。在如今經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的形式下,應(yīng)將盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)為國內(nèi)為主。（2）在國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)還沒有被接納的情況下,造價(jià)的問題同時(shí)使得盾構(gòu)機(jī)的反復(fù)使用變得明顯。盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)施工隧道的特點(diǎn)和圍巖情況進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。盾構(gòu)機(jī)必須根據(jù)施工隧道的斷面大小、埋深條件、地基圍巖的基本條件進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造是適合于某一區(qū)間的專用設(shè)備。但是,由于盾構(gòu)機(jī)本身是一個(gè)非常昂貴的設(shè)備,以我國的工程造價(jià)水準(zhǔn),還不具備一項(xiàng)工程完全折舊的能力。因此,在購置設(shè)備時(shí),一定要考慮到機(jī)械的反復(fù)使用問題,盡可能設(shè)計(jì)多功能、多用途的機(jī)械以充分發(fā)揮其

8、作用。（3）研究長距離施工。因?yàn)槎軜?gòu)法施工效率高,因此適合長距離施工。在一些地鐵施工、排污隧道施工中也經(jīng)常遇到長距離施工的問題。這一問題的解決除依靠提高盾構(gòu)機(jī)的耐磨性能以外,研究刀頭等易磨損部件的更換技術(shù)也是比較實(shí)用的方法。當(dāng)然地下接合技術(shù)也是一個(gè)非常有效的技術(shù),但必須考慮到使用時(shí)地下接合對盾構(gòu)機(jī)的要求和對施工管理精度的要求。（4）結(jié)合國內(nèi)主要隧道結(jié)構(gòu)形式,研究雙圓形或眼鏡形盾構(gòu)。我國的地鐵隧道采用單圓雙線隧道施工,容易出現(xiàn)后續(xù)隧道對先行隧道發(fā)生影響和超近距離施工的問題。如果采用雙圓形或眼鏡形盾構(gòu)進(jìn)行施工,這些問題將會(huì)得到解決。而這一新技術(shù)能否得到使用的另一個(gè)決定因素就是造價(jià)問題,也就是施工兩

9、個(gè)單圓隧道和施工一個(gè)雙圓形或眼鏡形隧道的經(jīng)濟(jì)性比較問題。（5）研究采用3圓形盾構(gòu),減少施工費(fèi)用。由于地鐵車站一般設(shè)置在城市繁華地區(qū),很多工程已經(jīng)遇到難以確保施工用地或施工用地拆遷費(fèi)過高的問題。如果能夠采用3圓形盾構(gòu)施工地鐵車站將會(huì)使這一難題得到解決。（6）研究管片技術(shù),保證襯砌管片不發(fā)生裂縫、踏步、滲漏和長期耐久性。目前為止,我國使用的管片種類比較單一,而且分塊、接頭也比較簡單。由于管片技術(shù)的發(fā)展必須與管片設(shè)計(jì)理論相結(jié)合,而且需要相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。 盾構(gòu)施工技術(shù)除了上述問題外,還存在著其它待改進(jìn)和提高的問題。如隧道設(shè)計(jì)和盾構(gòu)施工中除了要保證工程本身安全、質(zhì)量的要求外,更重要的是如何控制對隧道

10、沿線環(huán)境的影響以及從做好地鐵建成后隧道保護(hù)要求來考慮,要提高隧道襯砌環(huán)抵抗隧道縱向變形的能力。盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)、施工和管理等方面工作要圍繞如何加快重點(diǎn)工程建設(shè)進(jìn)度進(jìn)行精心施工要做到方便施工,簡化工序,節(jié)約投資,加強(qiáng)盾構(gòu)隧道的耐久性,提高隧道的抗?jié)B、抗蝕能力。盾構(gòu)法施工的幾點(diǎn)問題及其發(fā)展方向張榮國武漢理工大學(xué)國外建材科技 2004年 第25卷 第4期2 盾構(gòu)施工引起地表下沉的問題及隧道沉降 在軟土中采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工時(shí),一般會(huì)引起隧道上方地表下沉,并且在隧道施工階段和運(yùn)營階段還會(huì)產(chǎn)生隧道沉降。因此,必須認(rèn)真研究盾構(gòu)施工中地表下沉的原因,分析影響地表下沉和隧道沉降的各種因素。在設(shè)計(jì)和施工中采取合理

11、的措施,減少和控制地面地表下沉和隧道沉降。 2.1 地表下沉的原因 盾構(gòu)施工時(shí),導(dǎo)致地表下沉的原因是多方面的,其主要原因可以分為以下幾點(diǎn):開挖面上的土水壓力不平衡導(dǎo)致開挖面失去穩(wěn)定性。此時(shí),壓力艙壓力大于開挖面土壓力和水壓力時(shí)出現(xiàn)地基隆起,相反會(huì)出現(xiàn)地基沉降。盾構(gòu)推進(jìn)對圍巖的擾動(dòng)。盾構(gòu)殼板和圍巖的摩擦、以及圍巖的擾動(dòng)會(huì)引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲線推進(jìn)時(shí)如采用超挖,會(huì)使圍巖松動(dòng)的范圍變大加大地基的沉降量。盾尾空隙的發(fā)生和壁后注漿的不足。盾構(gòu)施工必然產(chǎn)生盾尾空隙,這一空隙會(huì)引起地基的應(yīng)力釋放而產(chǎn)生彈塑性變形。一般可通過實(shí)施壁后注漿來控制,但壁后注漿的材料、注漿時(shí)間、位置、壓力、注漿量都

12、會(huì)影響地基的變形量。管片的變形和變位。管片從盾尾脫出后,受到圍巖荷載作用發(fā)生一些變形或變位,造成地基沉降,但其量一般較小。地下水位下降。由于漏水或降水引起的地基沉降。(2)做好盾尾建筑空隙的充填壓漿確保壓注工作的及時(shí)性,盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時(shí)間,以防地層塌陷。確保壓漿數(shù)量,控制注漿壓力。改進(jìn)壓漿材料的性能。(5)管片技術(shù):目前為止,我國使用的管片種類比較單一,而且分塊、接頭也比較簡單。由于管片技術(shù)的發(fā)展必須與管片設(shè)計(jì)理論相結(jié)合,而且需要相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這一方面尚需要進(jìn)行大量的研究工作。盾構(gòu)法施工過程中的常見問題及防治措施任懷志（中鐵十九局）3隧道內(nèi)漏水原因與防治3.1隧道內(nèi)漏水原因

13、盾構(gòu)隧道是由一片片獨(dú)立的管片通過螺栓聯(lián)接起來，管片接縫部位為防水的薄弱環(huán)節(jié)，隧道內(nèi)漏水部位一般出現(xiàn)在管片接縫處。產(chǎn)生漏水的主要原因是：管片拼裝過程中偏差、止水條老化或失效。3.2隧道漏水防治3.2.1加強(qiáng)管片制作、運(yùn)輸和拼裝的管理提高管片的制作精度和質(zhì)量，控制水平拼裝環(huán)、縱縫間隙小于2mm，確保管片密實(shí)無裂縫，抗?jié)B要求達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)管片起吊、運(yùn)輸及堆放管理，避免出現(xiàn)貫穿性裂縫。管片堆放時(shí)內(nèi)弧面向上，寬度方向應(yīng)上下對齊，不準(zhǔn)傾斜。管片間放兩條木墊板，墊板上下對齊，使中間隔空。管片拼裝前查看前一環(huán)管片與盾尾間隙，結(jié)合前環(huán)成果報(bào)表決定本環(huán)糾偏量和措施。管片拼裝要防止出現(xiàn)錯(cuò)縫、臺階差，可以通過加貼

14、楔子微量調(diào)整間隙來保持環(huán)面的平整度，楔子不得超過4mm。豎曲線段推進(jìn)時(shí)，應(yīng)計(jì)算上下左右的超前量，分段粘貼低壓石棉板，在推進(jìn)過程中，使其經(jīng)千斤頂壓縮后成一平整楔行環(huán)面，粘貼環(huán)面的面積一般應(yīng)大于整個(gè)環(huán)面的一半。糾偏楔子厚度超過設(shè)計(jì)厚度時(shí)，止水帶也應(yīng)加貼遇水膨脹條。封頂塊兩側(cè)的止水條在拼裝前涂表面潤滑劑，以減少封頂塊插入時(shí)的摩阻力。管片如遇損壞，輕則就地修補(bǔ)，重則重新調(diào)換后方可繼續(xù)進(jìn)行。3.2.2加強(qiáng)止水條質(zhì)量管理隧道采用的遇水膨脹橡膠止水帶是在氯丁橡膠密封條上加覆一層遇水膨脹條制成的，由于施工期間常遇到下雨或者隧道低部積水，操作不會(huì)使遇水膨脹止水帶和螺栓墊圈在拼裝前遇水預(yù)膨脹或變形，影響止水效果，

15、故應(yīng)在粘貼止水帶的地方做好防雨措施，搭設(shè)活動(dòng)防雨棚和在止水帶表面涂緩膨劑。冬季施工時(shí)應(yīng)設(shè)置烘房設(shè)施，作橡膠止水帶加溫。角部加貼的自粘貼橡膠薄片厚度長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，以免影響止水帶效果?！癋”塊插入間隙偏小，摩阻力大，止水帶容易延伸拉長，角部形成“疙瘩”，影響壓密，所以在拼裝前應(yīng)涂水性潤滑劑，以減少封頂塊插入時(shí)摩阻力。盾構(gòu)法隧道施工背后注漿技術(shù)朱科峰廣東土木與建筑!#年$月!#$!%&$!#()*+,(+,(*-*.,$!*$,*$!第$期/.!#$01$%前言 隨著城市地下空間的開發(fā)，盾構(gòu)施工技術(shù)越來越多地應(yīng)用于城市的地鐵隧道以及市政設(shè)施隧道中。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在一定深度地層中推進(jìn)時(shí)，可根據(jù)盾構(gòu)機(jī)與

16、地表上某點(diǎn)的相對距離，將盾構(gòu)掘進(jìn)過程分成到達(dá)前、到達(dá)時(shí)、通過、脫出、脫出后等2個(gè)子過程。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從該點(diǎn)脫出后，在管片襯砌和天然土層之間會(huì)留下空隙，該空隙理論上為環(huán)形，厚度通常約為34455，對其的填充通常需要采用背后注漿技術(shù)來完成。如果這一空隙不能及時(shí)有效地得到填充，則天然土體將處于側(cè)向無支撐狀態(tài)，從而產(chǎn)生很大的地面沉降，造成地表建筑物的破壞。因此，背后注漿技術(shù)是盾構(gòu)法隧道施工中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，本文將介紹國內(nèi)外背后注漿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，旨在促進(jìn)該技術(shù)今后的推廣應(yīng)用。!背后注漿的作用和種類在盾構(gòu)機(jī)脫出后，采用背后注漿技術(shù)具有以下2個(gè)方面的作用，即：!及時(shí)充填盾尾空隙，抑制天然土體變形，控制地面沉降

17、，保證環(huán)境安全；增強(qiáng)隧道的防水能力，作為襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能；#可使外力作用均勻化，有利于管片襯砌三維位置的穩(wěn)定；$作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層，提高其耐久性；%在采用泥水平衡盾構(gòu)時(shí)，能夠減少和抵制泥水回竄至盾尾及已建成的隧道外，從而控制隧道的上浮量，使隧道盡快達(dá)到穩(wěn)定。背后注漿有兩種形式，一是采用盾殼外表設(shè)置的注漿孔隨盾構(gòu)推進(jìn)同步注漿；二是由管片上的預(yù)留注漿孔進(jìn)行壓漿，其中同步注漿是一種較先進(jìn)的技術(shù)，下面將對其作詳細(xì)介紹。%注漿施工工藝注漿方式應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)脫出管片時(shí)，盾尾外殼與管片的相對位置而決定，若盲目地采取等量、均勻壓注法，就會(huì)造成壓漿極不均勻而影響管片周圍地

18、層的穩(wěn)定。為了使環(huán)形間隙能較均勻地充填，并防止襯砌承受不均勻偏壓，同步注漿對盾尾預(yù)置的)個(gè)注漿孔同時(shí)進(jìn)行壓注，在每個(gè)注漿孔出口設(shè)置分壓器，對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進(jìn)行檢測與控制，從而達(dá)到對管片背后對稱均勻壓注。同步注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的.*5以上，對注漿不足或注漿效果不好的地方應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿，以提高注漿層的密實(shí)性和防水效果。為保證背后注漿的順利完成，施工時(shí)應(yīng)注意以下問題：$注漿前進(jìn)行詳細(xì)的漿液配比試驗(yàn)，選定合適的注漿材料及漿液配比，保證所選漿液配比、強(qiáng)度和耐久性等物理力學(xué)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)施工要求；%制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)、工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要

19、求實(shí)施注漿、檢查、記錄和分析，及時(shí)做出!（注漿壓力8/A注漿量8/#A時(shí)間8曲線，分析注漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿；&根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果及時(shí)進(jìn)行信息反饋，修正注漿參數(shù)設(shè)計(jì)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)解決；做好注漿孔的的密封，保證其不發(fā)生滲漏；(做好注漿設(shè)備的維修保養(yǎng)，保證注漿材料供應(yīng)與注漿作業(yè)不間斷。3盾構(gòu)施工技術(shù)發(fā)展簡史盾構(gòu)法問世已有170多年。1825年英國人布魯洛(M.I.brunel)在蛀蟲鉆孔的啟示下,最早提出了盾構(gòu)法建設(shè)隧道的方法,并于1825年在穿越泰晤士河的隧道中第一次使用了盾構(gòu)技術(shù)。1830年Lord Cochrance發(fā)明了施加壓縮空氣的“壓氣法”

20、以解決盾構(gòu)穿越飽和含水地層時(shí)防止涌水的問題。10年后,Greathead首創(chuàng)了在盾尾襯砌外部盾尾空隙中注漿以控制地基變形的壁后注漿方法,進(jìn)一步推動(dòng)了盾構(gòu)法隧道在城市建設(shè)中的應(yīng)用。1865年巴爾勞首次采用圓形斷面盾構(gòu),之后這種斷面就成為盾構(gòu)隧道的基本斷面。20世紀(jì)6070年代,繼法國研制了泥水加壓式盾構(gòu)后,日本也研究開發(fā)了土壓平衡式盾構(gòu),這種閉胸式頭部、刀盤機(jī)械開挖的技術(shù)結(jié)合管片襯砌、壁后注漿及防水技術(shù)成為近30年盾構(gòu)技術(shù)的主流。我國上世紀(jì)50年代初首次在東北阜新煤礦采用盾構(gòu)法修建了直徑2.6 m的輸水巷道,1966年在上海采用網(wǎng)格式擠壓盾構(gòu)修建了直徑達(dá)到10 m的打浦路越江隧道,80年代初期上

21、海開始使用土壓平衡式盾構(gòu)進(jìn)行地鐵隧道的修建,80年代末期我國開始使用泥水加壓式盾構(gòu),并在1994年成功地進(jìn)行了上海延安東路南線越江隧道工程。至今有多項(xiàng)重點(diǎn)隧道工程均采用了盾構(gòu)法施工,如廣州地鐵二號線海珠廣場站至市二宮站區(qū)間采用了用泥水盾構(gòu)改造的復(fù)合式盾構(gòu)施工2,南京地鐵一號線釣魚臺盾構(gòu)工作井至三山街站南端頭井區(qū)間采用日本三菱公司生產(chǎn)的6 340 mm土壓平衡鉸接式盾構(gòu)機(jī)施工3,南水北調(diào)中線工程穿黃工程4、西氣東輸工程通過長江均采用泥水加壓式盾構(gòu)施工5。盾構(gòu)隧道常見質(zhì)量問題分析李永鴻（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東深圳518026）隧道與地下工程目前國內(nèi)地鐵盾構(gòu)隧道主要由鋼筋混凝土預(yù)制管片構(gòu)成，其

22、原理是拼裝成環(huán)的管片直接成為隧道的最終襯砌，在隧道施工和使用過程中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并承擔(dān)盾構(gòu)機(jī)的頂推力、注漿壓力、圍巖壓力和地下水壓力。盾構(gòu)隧道管片是隧道的主要結(jié)構(gòu)形式，也是隧道的防水、防火和耐久性等綜合性能的保證，管片拼裝后的外觀質(zhì)量和防水質(zhì)量是影響隧道質(zhì)量的直接因素1。雖然盾構(gòu)法在地鐵隧道工程中的應(yīng)用非常普遍，但管片拼裝仍存在一些比較常見卻又尚未得到很好解決的問題，如管片的開裂、破損、錯(cuò)臺和滲漏水等。筆者依據(jù)深圳地鐵二期工程的施工實(shí)踐，對管片拼裝時(shí)各類質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行了分析，并提出了一些控制措施。工程中管片主要質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)見表1。表1深圳地鐵二期盾構(gòu)隧道管片主要質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)1管片滲

23、漏水1.1原因分析管片滲漏水是盾構(gòu)隧道施工中最常見的質(zhì)量通病，其產(chǎn)生原因可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：1）管片拼裝不到位。當(dāng)縫隙不均勻或接縫中有夾雜物，管片縱縫有內(nèi)外張角、前后喇叭時(shí)，管片外弧面接縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中，混凝土出現(xiàn)楔塊狀碎裂，致使止水條與管片間不能密貼。2）成品保護(hù)不足或止水條的粘貼不牢固。管片拼裝時(shí)的錯(cuò)動(dòng)，特別是最后封頂塊（K塊）的插入易使止水條移位或被擠到管片外側(cè)。3）注漿效果差。注漿孔是盾構(gòu)隧道防水中的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行同步注漿時(shí)的漏漿、注漿量不足、注漿后封堵不到位，都會(huì)引起管片漏水。4）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不當(dāng)。盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好，會(huì)引起成型隧道管片錯(cuò)位，相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊，引

24、起管片漏水；掘進(jìn)過程中推力不均勻或者推力過大，也會(huì)造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋。5）地下水影響。因施工場地地下水豐富，加之注漿量不足，部分管環(huán)上浮量較大，導(dǎo)致環(huán)縫止水條被扯破或移位，縱縫出現(xiàn)內(nèi)外張角。1.2控制與預(yù)防措施控制隧道滲漏水可以從管片自防水、襯砌接縫防水、盾尾填充注漿等幾方面考慮。1）提高管片質(zhì)量和混凝土防水等級，如：采用高抗?jié)B等級（S10、S12）的混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)合理選擇管片形式，保證盾尾間隙合理；加強(qiáng)管片運(yùn)輸過程中的成品保護(hù)工作，嚴(yán)格檢查驗(yàn)收進(jìn)場管片。2）進(jìn)行管片拼裝作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格控制千斤頂?shù)纳炜s，1.2控制與預(yù)防措施控制隧道滲漏水可以從管片自防水、襯砌接縫防水、盾尾填充注漿等幾

25、方面考慮。1）提高管片質(zhì)量和混凝土防水等級，如：采用高抗?jié)B等級（S10、S12）的混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)合理選擇管片形式，保證盾尾間隙合理；加強(qiáng)管片運(yùn)輸過程中的成品保護(hù)工作，嚴(yán)格檢查驗(yàn)收進(jìn)場管片。2）進(jìn)行管片拼裝作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格控制千斤頂?shù)纳炜s，2管片破損和開裂2.1原因分析管片破損的原因主要有以下幾個(gè)方面：1）設(shè)計(jì)原因。在進(jìn)行管片的配筋（特別是管片接縫面的構(gòu)造配筋）設(shè)計(jì)，以及確定管片設(shè)計(jì)參數(shù)、管片接頭形式、接頭螺栓的形式時(shí)，未充分考慮曲線半徑與管片長度之間的適應(yīng)性。2）制作原因?；炷林谱?、振搗、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)操作不規(guī)范，會(huì)影響管片混凝土的強(qiáng)度；不精細(xì)和不準(zhǔn)確的模具經(jīng)常導(dǎo)致管片外觀和尺寸與設(shè)計(jì)不符。3）拼

26、裝原因。拼裝不到位是管片破損的主要原因之一，管片在拼裝過程中，拼裝方法和拼裝順序十分關(guān)鍵。管片的拼裝順序與精度控制不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生錯(cuò)縫、開縫或環(huán)縫夾砂，角部就可能呈點(diǎn)接觸或線接觸從而導(dǎo)致受力不均勻而產(chǎn)生裂紋。管片錯(cuò)臺也容易導(dǎo)致相鄰塊管片間產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使管片邊緣發(fā)生開裂、崩角。另外，管片安裝質(zhì)量與安裝速度和操作工人的熟練程度有很大關(guān)系。4）盾構(gòu)推力和姿態(tài)原因。盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)千斤頂作用在管片上，依靠管片提供反力使盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中總推力過大或推力不均勻，均會(huì)導(dǎo)致管片開裂。當(dāng)盾構(gòu)的方向與管片的方向產(chǎn)生差異時(shí)，會(huì)發(fā)生盾構(gòu)與管片爭高低（擠壓）的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致管片的損傷或變形，管片寬度越大這

27、種現(xiàn)象發(fā)生的概率就越高。另外，盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整時(shí)糾偏過猛，也是致使管片開裂的直接原因。5）注漿壓力原因。施工過程中注漿壓力過大、注漿量不足，漿液填充不均勻等因素，均會(huì)使管片局部受力不均而產(chǎn)生開裂和破損。注漿壓力過大，還可能使面板破損、K管片產(chǎn)生大的變形，這種現(xiàn)象在隧道施工過程中多次發(fā)生3。2.2控制與預(yù)防措施 工程實(shí)踐證明，任何可見裂縫都是微裂縫發(fā)展的結(jié)果?；炷脸霈F(xiàn)裂縫很難避免，問題是如何使混凝土的裂縫范圍降到最低4。管片局部的裂縫不影響管片結(jié)構(gòu)的使用，但是會(huì)對隧道的防水造成影響。為了提高管片安裝質(zhì)量，施工前應(yīng)做好詳細(xì)的計(jì)劃，并在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃；操作人員要經(jīng)過培訓(xùn)后上崗，嚴(yán)格遵守盾構(gòu)掘進(jìn)

28、方向及姿態(tài)的控制規(guī)程；此外，還應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)場管片的外觀質(zhì)量檢查及管片拼裝過程質(zhì)量控制。 根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，控制管片破損與開裂的主要措施有以下幾個(gè)方面：1）合理選擇管片類型，選型時(shí)以適應(yīng)盾尾間隙為主，兼顧設(shè)計(jì)線形，確保盾尾間隙均勻。2）通過試驗(yàn)有針對性地選擇混凝土配合比，使其與氣候條件、鋼模和施工工藝參數(shù)有機(jī)結(jié)合，優(yōu)化施工工藝及配筋構(gòu)造設(shè)計(jì)。3）結(jié)合盾構(gòu)機(jī)機(jī)型和地層特點(diǎn)，合理設(shè)置掘進(jìn)參數(shù)，控制盾構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，選擇合理的推力，做到事前控制。4）加強(qiáng)盾構(gòu)操作，避免姿態(tài)糾偏過猛。正確控制好轉(zhuǎn)彎地段的盾構(gòu)姿態(tài)，控制原則以適應(yīng)設(shè)計(jì)線形為主，適時(shí)糾偏，切忌過急過猛；總推力過大時(shí)，在土艙內(nèi)注入泡沫，防止出現(xiàn)“泥餅”現(xiàn)

29、象，減小掘進(jìn)扭矩和總推力。另外，盾構(gòu)機(jī)過站時(shí)盡可能把損壞的密封刷全部更換。5）采用合理的拼裝方法和拼裝順序，提高管片的安裝精度。根據(jù)人工測量管環(huán)的數(shù)據(jù)變化情況，適當(dāng)增加卸水孔及管片外弧面注雙液漿次數(shù)，多級測量復(fù)核以消除導(dǎo)向系統(tǒng)的誤差。當(dāng)管片環(huán)面不平整或千斤頂撐靴重心偏位時(shí)，要及時(shí)更換新的千斤頂撐靴，并予以調(diào)整。6）控制注漿壓力和注漿量，確保填充質(zhì)量。二次注漿時(shí)復(fù)緊注漿管片周邊3環(huán)的管片螺栓。對于大斷面隧道，在日進(jìn)度920 m的情況下，采用真圓保持器可以減小管片變形和破損。3管片錯(cuò)臺3.1原因分析管片錯(cuò)臺是指管片與管片之間的內(nèi)弧面不平整，一般是由于受力不均勻造成的。盾構(gòu)隧道施工中管片錯(cuò)臺不僅影響

30、隧道外觀質(zhì)量，而且會(huì)導(dǎo)致隧道漏水。盾構(gòu)隧道管片發(fā)生錯(cuò)臺的因素很多，其主要原因可以從下4方面分析：1）拼裝作業(yè)不規(guī)范。管片安裝時(shí)，管環(huán)面不平整，出現(xiàn)上翹或下翻；管片精度不足或相鄰2環(huán)管片間有夾雜物；管片拼裝的中心與盾尾中心不同心；管片徑向內(nèi)移，造成過大的環(huán)高差；另外，掘進(jìn)時(shí)未能及時(shí)復(fù)緊管片螺栓，管片受力不均勻，也會(huì)引起錯(cuò)臺。2）注漿控制不當(dāng)。圍巖裂隙發(fā)育、地下水豐富等因素會(huì)增加同步注漿難度，致使管片外弧面的束縛力較小。管片二次補(bǔ)注漿時(shí)，如果注漿壓力控制不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生注漿偏壓，從而引起管片錯(cuò)臺。3）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不好。掘進(jìn)工程中，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不好時(shí)，千斤頂對拼裝好的管片產(chǎn)生不均勻推力，擠壓彈性密封

31、墊，引起管片間縱向位移，導(dǎo)致錯(cuò)臺發(fā)生。4）線路弧度和坡度影響。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制與曲線段不匹配時(shí)容易導(dǎo)致管片錯(cuò)臺；在上軟下硬地層、變坡段等線路中，掘進(jìn)壓力容易產(chǎn)生偏差，刀具嚴(yán)重磨損后未能及時(shí)更換，導(dǎo)致推力過大等情況，均會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺。 經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，管片拼裝錯(cuò)臺現(xiàn)象主要發(fā)生在環(huán)向連接縫處，縱縫處的錯(cuò)臺出現(xiàn)較少且數(shù)值較小，破損也少。深圳地鐵二期2號線某區(qū)間管片環(huán)縫錯(cuò)臺及縱縫錯(cuò)臺統(tǒng)計(jì)見表2。根據(jù)GB 50446-2008盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范，地鐵盾構(gòu)隧道相鄰管片徑向錯(cuò)臺允許偏差為10 mm，相鄰管片環(huán)向錯(cuò)臺允許偏差為15 mm。錯(cuò)臺不僅影響成型隧道的美觀也影響管片的止水效果，由于管片止水條的寬度為

32、19 mm（有效寬度為13 mm），因此，當(dāng)相鄰管片錯(cuò)臺量達(dá)到7 mm以上時(shí)，管片間的防水方式與設(shè)計(jì)情況已經(jīng)不一致。3.2控制與預(yù)防措施盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，運(yùn)動(dòng)軌跡很難與設(shè)計(jì)軸線完全重合，而是圍繞隧道設(shè)計(jì)軸線作蛇形運(yùn)動(dòng)，盾構(gòu)掘進(jìn)總是處于不斷糾偏的過程中5。減少管片錯(cuò)臺的措施主要從以下幾個(gè)方面考慮：1）優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，盡量避免小直徑的曲線段。根據(jù)設(shè)計(jì)線路選擇管片，對于曲線半徑較小的路線，可以采用寬度較小的管片。2）合理配置各種類型的管片，轉(zhuǎn)彎管片的比例必需達(dá)到實(shí)際施工的需求，嚴(yán)格控制管片螺栓的質(zhì)量。管片在盾構(gòu)內(nèi)居中拼裝，避免管片與盾殼碰撞，保證管片軸心與盾構(gòu)機(jī)軸心一致，施工時(shí)嚴(yán)格控制千斤頂行程差和

33、盾尾間隙等。3）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制。掘進(jìn)時(shí)不應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)作過急的調(diào)整，運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)盡量平順。糾偏時(shí)宜慢不宜急，防止盾構(gòu)機(jī)蛇形量過大，一般每環(huán)糾偏量不允許超過10 mm6，油缸行程差制在60 mm左右為宜。4）安裝管片時(shí)，必須加強(qiáng)監(jiān)督管片拼裝過程，規(guī)范管片安裝程序。掘進(jìn)時(shí)及時(shí)復(fù)緊撐靴后4環(huán)的管片螺栓，防止管片上浮。5）嚴(yán)格注漿管理，加強(qiáng)同步注漿控制。根據(jù)地層狀況調(diào)整注漿方式，控制注漿壓力，在圍巖裂隙發(fā)育和地下水豐富的地層可每隔10環(huán)使用雙液漿做止水環(huán)。4結(jié)論盾構(gòu)施工對管片拼裝質(zhì)量的要求很高，因此在掘進(jìn)控制和管片選型時(shí)一定要謹(jǐn)慎。盾構(gòu)隧道施工中大多數(shù)質(zhì)量問題可以在施工過程中得到控制，提高盾構(gòu)隧道質(zhì)量最

34、直接有效的措施就是加強(qiáng)施工過程的質(zhì)量控制。外觀質(zhì)量的控制應(yīng)以預(yù)防為主，工程項(xiàng)目管理中的質(zhì)量控制主要表現(xiàn)為施工組織和現(xiàn)場控制。合理選擇與安裝管片是關(guān)鍵，管片依據(jù)盾構(gòu)的機(jī)盾尾間隙來選擇。只有生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范操作，才能將隧道和管片襯砌產(chǎn)生破壞缺陷的可能性降到最小。盾構(gòu)機(jī)的選擇也十分重要，主要考慮盾構(gòu)機(jī)的功能配備、設(shè)備使用性能、各項(xiàng)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格、關(guān)鍵系統(tǒng)或項(xiàng)目的參數(shù)指標(biāo)等。該階段的控制要點(diǎn)關(guān)鍵在盾構(gòu)機(jī)的工程適應(yīng)性和設(shè)備的使用性能7。盾構(gòu)施工時(shí)工程人員需要深入現(xiàn)場，仔細(xì)觀察分析實(shí)際施工中存在的問題，并采取有效的措施，通過不斷地研究分析隧道質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，將制定的糾正

35、、預(yù)防措施落實(shí)整改到位，不僅有效地解決施工中存在的實(shí)際問題，而且隧道質(zhì)量狀況也有了明顯的改善。近年來,我國開展大規(guī)模的城市市政工程建設(shè),尤其是幾個(gè)重要城市都已開始了地下鐵路的建設(shè)工程。在這些地下工程中,由于受到施工場地、道路交通等城市環(huán)境因素的限制,使得傳統(tǒng)的施工方法難以普遍適用。在這種情況下,對城市正常機(jī)能影響很小的隧道施工方法-盾構(gòu)施工法普遍得到了人們的關(guān)注,并且在一些地區(qū)已經(jīng)有了較為廣泛的使用。雖然我國在盾構(gòu)隧道施工方面已有了一定的成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累,但仍然存在大量的技術(shù)問題。除盾構(gòu)機(jī)械制造和施工控制管理等綜合技術(shù)問題以外,在巖土工程的領(lǐng)域內(nèi)也存在許多尚待解決的理論和技術(shù)問題。比如,盾構(gòu)

36、隧道管片設(shè)計(jì)理論的統(tǒng)一、系統(tǒng)化問題;隧道開挖面穩(wěn)定機(jī)理和控制問題;相鄰或疊交隧道相互影響的評價(jià)問題等等,都還需要我們進(jìn)行不懈的研究和積累。另一方面,盾構(gòu)施工技術(shù)在近十年還會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。這是基于我國城市建設(shè)和各種基本建設(shè)的需求所作出的較為客觀的預(yù)測。其背景是各大城市地下鐵路的建設(shè)工程、城市上下水隧道工程,此外,國家的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目如南水北調(diào)及西氣東輸工程都涉及到穿越江河的問題,其中一些區(qū)段將可能需要采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工。因此,盾構(gòu)隧道施工法在我國的發(fā)展前景非常廣闊。在這樣的背景下,為了下一步更好、更經(jīng)濟(jì)、更安全地使用盾構(gòu)技術(shù),有必要把我國盾構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。進(jìn)一步,根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)指出解決

37、各種技術(shù)問題的一般思路,明確今后盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)該發(fā)展的方向。2我國盾構(gòu)技術(shù)的使用情況雖然早在1950年代初期,我國東北阜新煤礦就有使用手掘式隧道修建疏水巷道,1957年在北京市下水道工程中使用小斷面盾構(gòu)施工的記載。但能夠較為完整地反映盾構(gòu)技術(shù)在我國的使用歷史的還是具有軟土地基特點(diǎn)的上海地區(qū),發(fā)展歷史可以總結(jié)為圖5。從60年代開始試驗(yàn)施工,1966年打浦路越江隧道使用網(wǎng)格式盾構(gòu)成功地完成大斷面隧道的施工,1985年延安路北線越江隧道再次使用直徑11. 3 m的網(wǎng)格式盾構(gòu)施工都是具有標(biāo)志性意義的工程。從1985年開始使用土壓平衡式盾構(gòu)以來,這種適合于上海軟土地基的盾構(gòu)型式得到了廣泛地使用。從1990年

38、開始建設(shè)的上海地鐵1號線,1996年開始建設(shè)的上海地鐵2號線基本都是使用土壓平衡式盾構(gòu)進(jìn)行施工。此后,在1996年延安東路南線越江隧道工程中,首次成功使用了泥水加壓式盾構(gòu)。隨后,中折裝置(彩圖5)及矩形盾構(gòu)(彩圖1)等新技術(shù)也相繼得到了使用。各種盾構(gòu)的使用情況統(tǒng)計(jì)如圖6。在北京,1999年5月在亮馬河北路污水隧道施工中使用了=3.33 m的泥土壓盾構(gòu),隧道全長1700 m,穿越了亞粘土地層。此后,相繼在壩河污水截流管工程、清水河污水處理場管道工程中進(jìn)行了使用,最近開工的地鐵5號線也使用了土壓平衡式盾構(gòu)。在廣州,1996年開始的地鐵1號線的建設(shè)中就使用了從日本引進(jìn)的泥水加壓式盾構(gòu)2臺和土壓平衡式

39、盾構(gòu)1臺。廣州地區(qū)基巖埋深起伏較大,殘積土層和風(fēng)化巖是盾構(gòu)的主要通過層位。這也是國內(nèi)首次在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地基中進(jìn)行盾構(gòu)施工。正在建設(shè)的廣州地鐵2號線繼續(xù)使用多臺土壓平衡式盾構(gòu)進(jìn)行施工,考慮到地層軟硬相間在刀盤設(shè)置了輪式刀頭以外,也考慮了遇到基巖時(shí)可以進(jìn)行敞開式施工。2001年開工的深圳地鐵1號線、南京地鐵1號線都在一些區(qū)間采用了盾構(gòu)隧道施工技術(shù)。所使用的盾構(gòu)機(jī)多為從日本或德國進(jìn)口的泥土壓盾構(gòu)并裝備中折裝置。從各地盾構(gòu)使用情況看來,我國盾構(gòu)技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入使用閉胸式盾構(gòu)的階段,尤其是土壓平衡式盾構(gòu)的使用已經(jīng)非常廣泛。經(jīng)過這些工程實(shí)踐,已在盾構(gòu)施工對周圍影響的控制、盾構(gòu)出發(fā)到達(dá)技術(shù)、管片制造技

40、術(shù)等方面有了一定的經(jīng)驗(yàn)積累。完成了一些與已有建筑物超近距離、相鄰隧道超近距離的高難施工工程。并結(jié)合我國國情,摸索出盾構(gòu)機(jī)反復(fù)使用的方式和方法解決很多實(shí)際工程問題。盾構(gòu)施工同步注漿由于具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等特點(diǎn)，施工過程中會(huì)遇到很多困難和障礙。本文就引起盾構(gòu)施工同步注漿風(fēng)險(xiǎn)變化的各種因素進(jìn)行分析，并對盾構(gòu)施工同步注漿風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。2同步注漿風(fēng)險(xiǎn)分析（1）注漿材料和漿液配方選取風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)在注漿材料的流動(dòng)性、漿液的凝膠時(shí)間、漿液的固結(jié)體強(qiáng)度等特性的控制。注漿材料和漿液配方的選取直接關(guān)系到注漿施工效果的好壞，不同地層對注漿材料的選取要求不同。（2）注漿參數(shù)選取風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)在控制注漿壓力、

41、注漿量、注漿速率和注漿時(shí)間等方面。注漿參數(shù)的選取關(guān)系到注漿效果的好壞以及對周圍環(huán)境的影響。（3）注漿施工風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)在注漿施工的準(zhǔn)備是否完善、漿液的配置以及漿液的存儲與運(yùn)輸?shù)确矫?。注漿施工是注漿效果能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。（4）注漿效果評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)在注漿監(jiān)測手段是否合理、注漿量是否滿足設(shè)計(jì)要求以及注漿檢測等方面。注漿效果評價(jià)是檢驗(yàn)注漿材料、注漿參數(shù)、注漿施工是否合理的重要環(huán)節(jié)，注漿效果評價(jià)的好壞直接關(guān)系到注漿的成功與否。3注漿材料風(fēng)險(xiǎn)控制由于隧道盾構(gòu)同步注漿材料的性能受巖體條件、施工方式、價(jià)格等多種因素的影響，所以在施工前針對該區(qū)間地層進(jìn)行分析，通過大量的室內(nèi)與現(xiàn)場對比試驗(yàn)，選擇了適合

42、本工程現(xiàn)場條件的同步注漿材料及配4注漿參數(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制4.1注漿量控制4.2注漿壓力控制注漿壓力最佳值應(yīng)在綜合考慮地基條件、管片強(qiáng)度、設(shè)備性能、漿液特性和土倉壓力的基礎(chǔ)上確定，理論上注漿壓力（壓入口處）應(yīng)略大于地層土壓和水壓之和，以達(dá)到對環(huán)向空隙有效充填而非劈裂注漿，以免擾動(dòng)管片周圍的原狀土而引起地面甚至隧道的沉降。一4.3注漿時(shí)間控制 注漿要在襯砌脫出盾尾，即盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)同步進(jìn)行，當(dāng)襯砌脫出盾尾，盾構(gòu)推進(jìn)到位后，定量的漿也應(yīng)全部壓完，以及時(shí)填充襯砌外的空隙，減少地面沉降。4.4注漿速度控制 注漿速度由掘進(jìn)速度決定，地層好時(shí)掘進(jìn)速度較快，一般掘進(jìn)一環(huán)僅需2025min，為了及時(shí)填充，采用手動(dòng)注漿。地

43、層較硬時(shí)，掘進(jìn)速度較慢，掘進(jìn)一環(huán)超過45 min，也采用手動(dòng)注漿，防止注漿量過大；掘進(jìn)一環(huán)速度在2545min時(shí)，采用自動(dòng)注漿。3盾構(gòu)同步注漿技術(shù)3.1盾構(gòu)同步注漿的目的 盾構(gòu)同步注漿就是在隧道內(nèi)將具有適當(dāng)?shù)脑缙诩白罱K強(qiáng)度的材料，按規(guī)定的注漿壓力和注漿量在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)填人盾尾空隙內(nèi)。其目的有以下幾個(gè)方面:a.盡早填充地層，減少地基沉陷量，保證環(huán)境安全b.確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性和間隙的密封性。.作為襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能。d.作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層，具有耐久性和一定強(qiáng)度。同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾脫離空隙形成的同時(shí)進(jìn)行的注漿工作

44、。漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時(shí)填充，從而使周圍巖體及時(shí)得到支撐，可以有效防止巖體的坍塌，控制地表的沉降。在穩(wěn)定性差的地層，采用EPB模式掘進(jìn)時(shí)，同步注漿的重要性更加突出和明顯。3.3.同步注漿主要技術(shù)參數(shù)注漿壓力 根據(jù)注漿目的要求，為充分充填盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地層空隙，避免由此引起的地表沉陷，影響地表建筑物與地下管線的安全，同時(shí)避免過大的注漿壓力引起地表有害隆起或破壞管片襯砌，并防止注漿損壞盾尾密封，注漿壓力最佳值應(yīng)在綜合考慮地基條件、管片強(qiáng)度、設(shè)備性能、漿液特性和土倉壓力的基礎(chǔ)上來確定。根據(jù)施工實(shí)際，同步注漿壓力控制在0.IMPa一0.3MPa。越三區(qū)間是通過壓力管理的方式進(jìn)行同步注漿管理的。3

45、.3.2注漿量注漿量的確定，以盾尾建筑空隙量為基礎(chǔ)，并合地層、線路及掘進(jìn)方式等，并考慮適當(dāng)?shù)娘枬M系數(shù)，以保證達(dá)到充填密實(shí)的目的。根據(jù)施工實(shí)際里的飽滿系數(shù)包括由注漿壓力產(chǎn)生的壓密系、取決于地質(zhì)情況的土質(zhì)系數(shù)、施工消耗系數(shù)、由掘進(jìn)方式產(chǎn)生的超挖系數(shù)等。一般主要考慮土系數(shù)和超挖系數(shù)。根據(jù)盾構(gòu)施工環(huán)形間隙注漿量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式算:3.3.3注漿速度注漿速度由注漿泵的性能、單環(huán)注漿量確定，應(yīng)與掘進(jìn)速度相適應(yīng)。假設(shè)掘進(jìn)速度為1.5m飛則泵注速應(yīng)制在70L/min一100Umin二1工程建設(shè)的特點(diǎn)目前,我國城市軌道交通地下工程的建設(shè),就地層特性,可分為四大類:一是軟弱地層,如上海市,隧道和地下車站修筑在軟土層中

46、;二是軟弱地層與巖層(風(fēng)化巖層)交變,如南京、廣州等地;三是以巖層為主,如重慶、青島等地;四是以砂卵層為主,如成都、北京等地。由于地質(zhì)條件不同,所采用的施工方法差異較大,這就造成了我國地鐵建設(shè)中工法多樣性的特點(diǎn)。上世紀(jì)90年代之前,由于我國的經(jīng)濟(jì)水平較低,裝備也較落后,在施工方法的選取中,重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)性;90年代中期以后,工程建設(shè)需要更加注重以人為本,并強(qiáng)化環(huán)境意識,于是一些新的工法便應(yīng)運(yùn)而生。這些新工法的共同點(diǎn)是減少或降低施工對環(huán)境所帶來的不良影響。我國城市軌道交通建設(shè)的另一主要特征是工期緊。造成這一現(xiàn)象主要有兩大因素:一是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,軌道交通影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,要求軌道交通應(yīng)盡快投入使

47、用,以使投資在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮效益;二是決策機(jī)構(gòu)在綜合考慮各種因素的前提下,需要盡可能地縮短建設(shè)期。針對工期的要求,也必須研究和開發(fā)新的工法。從總體上,可以將地下鐵道的施工分為3大類:盾構(gòu)法、明挖法和淺埋暗挖法。2盾構(gòu)法隧道在上海地鐵的建設(shè)中,分別于1963年、1964年在上海的粉土層和淤泥質(zhì)粘土層中進(jìn)行了圓形裝配式鋼筋混凝土管片襯砌的試驗(yàn)工作1,并初步獲得了地鐵盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。2.1盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圓形盾構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要解決以下問題:管片的分塊、拼裝方式;管片的厚度和寬度;防水結(jié)構(gòu)。這需要建立合理的計(jì)算圖式和獲得相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)。上海地鐵盾構(gòu)隧道的管片的厚度為450mm,寬度有90

48、0 mm、1 000 mm和1 200 mm等3種,拼裝方式有通縫拼裝和錯(cuò)縫拼裝兩種。廣州地鐵2號線盾構(gòu)隧道在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有所突破,管片的內(nèi)徑為5 400 mm,外徑為6 000 mm,厚度為300mm,寬度為1 500 mm,每環(huán)分6塊,單塊的最大重量達(dá)4.2 t。文獻(xiàn)2分別對管片的強(qiáng)度、抗裂性及各種變形量進(jìn)行了計(jì)算分析。文獻(xiàn)3對現(xiàn)行設(shè)計(jì)常用的自由變形圓環(huán)法計(jì)算參數(shù)的選取進(jìn)行了探討。目前,在總結(jié)既有實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,管片的寬度已逐漸增加,以減少接縫的數(shù)量,但寬度的增加受最小曲線半徑和盾構(gòu)靈敏度的限制。2.2盾構(gòu)隧道的施工控制上世紀(jì)60年代盾構(gòu)隧道施工,常采用氣壓平衡盾構(gòu),在軟土地層中施工

49、時(shí)還須輔以降水法;即使如此,盾構(gòu)頂推過程中引起的最大隆起和沉降量達(dá)16 cm1,高程和平面的軸向偏差量也大致為16cm。80年代后期,我國研制了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)4,并在此基礎(chǔ)上不斷開發(fā)研制了新的注漿工藝5,對于控制地層損失或失水引起的沉降起了重要的作用。根據(jù)現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)具,當(dāng)施工參數(shù)選取合適時(shí),可將地層變形控制在+1 cm-3 cm之間,特征地段盾構(gòu)頂進(jìn)引起地層變形量會(huì)偏大。廣州地鐵2號線的盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),由于地層軟硬相交,在相對軟弱的地層中推進(jìn)時(shí),需要采用土壓平衡式的控制方式,而在相對硬巖中開挖時(shí),則可以采用敞開式的挖掘方式,改變了原來盾構(gòu)開挖的單一模式。盾構(gòu)施工的控制系統(tǒng),包括方向定位和糾偏等

50、,已綜合了多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),但施工中最為常用的技術(shù)還是常規(guī)的測量定向。2.4盾構(gòu)隧道的防水盾構(gòu)隧道的防水包含兩方面的內(nèi)容:一是管片結(jié)構(gòu)的自防水;二是管片接縫的防水。前者可以通過材料的選取等手段進(jìn)行控制,而后者則是盾構(gòu)隧道防水的重點(diǎn)。目前國內(nèi)盾構(gòu)隧道的接縫防水大多采用遇水膨脹橡膠密封墊(止水帶)。其斷面形式如圖3所示。文獻(xiàn)7對這種形式的止水帶的防水性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)和模擬分析。止水帶在安裝中難免產(chǎn)生錯(cuò)縫,如圖4所示分別為準(zhǔn)確就位和錯(cuò)位10 mm的兩種情況。試驗(yàn)表明,當(dāng)張開量均為5 mm時(shí),不錯(cuò)位的防水壓力大于0.8 MPa,而錯(cuò)位10 mm的防水壓力僅為0.3 MPa。接觸應(yīng)力分析表明,錯(cuò)

51、位后的接觸應(yīng)力小于不錯(cuò)位情況,所以盾構(gòu)隧道施工中的管片的安裝精度將直接影響到隧道的防水能力。3淺埋暗挖法3.1大跨度淺埋暗挖法隧道北京地鐵復(fù)興門折返線首創(chuàng)了淺埋暗挖技術(shù)。隨后該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)若干城市的地下工程中得到推廣應(yīng)用。尤其突出的是地鐵的渡線區(qū),斷面復(fù)雜多變,跨度又相對較大,難以選用盾構(gòu)等掘進(jìn)機(jī)具進(jìn)行開挖施工,在現(xiàn)階段只能以明挖法和淺埋暗挖法作為首選。以廣州地鐵2號線公紀(jì)區(qū)間為例:該區(qū)間從廣州市人民公園下穿過,臨近廣州市政府大樓;同時(shí)在該區(qū)間又設(shè)計(jì)了存車線和交叉渡線,于是形成了單線、雙線和三線隧道,共有14種不同跨度的斷面形式;其中最大跨度達(dá)到21.6 m,覆跨比僅0.7。在施工方案選擇時(shí)曾

52、考慮采用明挖法,但明挖法對廣州市政府的交通影響太大,于是只號選擇了淺埋暗挖法施工。該工程通過研究,對淺埋大跨度區(qū)間采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑加拱部跳挖法施工,有效控制了上覆土層的沉降,在大跨度區(qū)段引起的最大地表沉降僅21 mm8。南京地鐵的鼓樓到玄武門區(qū)間的渡線區(qū)的最大跨度為15 m,對應(yīng)的地層為可塑至硬塑層,隧道從密集的民宅下通過,采用管棚法施工獲得了成功。該區(qū)間另有約200 m長的線路從軟弱土層中修建區(qū)間隧道。為此,南京地鐵建設(shè)公司會(huì)同國內(nèi)相關(guān)的科研、設(shè)計(jì)和施工單位,對這一特殊問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究;通過對管棚、注漿等輔助工法的調(diào)整,有效地控制了隧道施工對上部既有建筑物產(chǎn)生的不良影響。1廣州地鐵礦山法施

53、工現(xiàn)狀1.1礦山法在地鐵隧道施工中的地位用礦山法修建的廣州地鐵一、二號線隧道工程,取得了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。隧道施工中避免了明挖法施工的大面積拆遷,最大限度地減少了對沿線居民日常生活和出行的影響;其工程造價(jià)明顯低于盾構(gòu)法。尤其在過天河村、林和村、越秀山、解放路段等特殊地段,以及折返線、渡線、聯(lián)絡(luò)通道等復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)的隧道工程中,礦山法已成為難以取代的工法。1.2礦山法的施工水平 目前地鐵隧道工程用礦山法施工的主要機(jī)具包括:風(fēng)鎬、風(fēng)鉆、混凝土噴射機(jī)、注漿機(jī)、有軌或無軌運(yùn)輸、常規(guī)通訊設(shè)備、豎井提升架或提升機(jī)等。人工開挖或鉆爆法開挖等屬于半機(jī)械半人工的作業(yè)方式,施工條件比較惡劣。因此,施工水平的提高

54、主要是繼續(xù)引進(jìn)新機(jī)具、新工藝,如濕噴機(jī)械、單臂掘進(jìn)機(jī)、凍結(jié)法等的引進(jìn)。還有,針對特殊斷面結(jié)構(gòu)及不良地質(zhì)圍巖條件的隧道工程,相應(yīng)采用全斷面、半斷面、CD、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)洞(眼鏡)工法等施工方法以及大管棚、水平攪拌樁、深孔注漿、井點(diǎn)降水、旋噴注漿等技術(shù)措施,據(jù)以成功地建成了一批復(fù)雜、困難的單線隧道、雙線隧道、雙連拱隧道及三連拱隧道工程,使得礦山法的技術(shù)水平得以充實(shí)和提高。1.3礦山法施工中的問題 用礦山法修建的隧道工程普遍存在防水性差、二次襯砌混凝土裂紋較明顯、軟弱圍巖段的地表下沉值較大三大問題,這也是造價(jià)明顯高昂的盾構(gòu)工法發(fā)展迅速的原因所在。2礦山法施工中工程質(zhì)量控制要點(diǎn)2.1地質(zhì)預(yù)報(bào)和地質(zhì)資

55、料的核實(shí)貫穿于隧道施工的始終 (1)工程實(shí)踐表明,隧道開挖所揭示的圍巖條件與勘探設(shè)計(jì)資料不相吻合的情況時(shí)有發(fā)生,甚至因此發(fā)生涌泥、涌水等突發(fā)性災(zāi)害而措手不及,給工程的安全、進(jìn)度、投資造成直接的影響。為了避免或盡量減少突發(fā)性事故的發(fā)生以及使設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)符合實(shí)際的圍巖條件,必須在礦山法施工過程中進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和地質(zhì)資料的核實(shí)工作。(2)準(zhǔn)確的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料對隧道施工具有指導(dǎo)意義,并已引起業(yè)主的極大重視,已將地質(zhì)補(bǔ)勘、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、地質(zhì)素描等列入招標(biāo)文件的技術(shù)條款中,要求承包商單獨(dú)列項(xiàng)計(jì)算費(fèi)用,編制技術(shù)方案,以確保項(xiàng)目的實(shí)施。(3)施工階段的地質(zhì)補(bǔ)勘主要是彌補(bǔ)勘探階段因受地物限制而招致探孔遠(yuǎn)離線路或間距過大的缺陷,使得隧道范圍內(nèi)的探孔間距達(dá)到5060 m的要求,且在地質(zhì)急變地點(diǎn)布置有探孔,以提高地質(zhì)勘探資料的準(zhǔn)確性。2.2隧道開挖及初期支護(hù)的質(zhì)量控制與結(jié)構(gòu)防水關(guān)系密切(1)對于拱頂處于軟弱地層的地段,小導(dǎo)管注漿等超前支護(hù)及預(yù)加固、防水措施能有效地避免拱頂開挖臨空后至初期支護(hù)完成前的時(shí)段內(nèi)的圍巖坍方,必須嚴(yán)格控制小導(dǎo)管的角度、間距和注漿參數(shù),充分重視注漿壓力和封堵措施,確保其施工質(zhì)量;對于硬巖地段,一般宜采用微震動(dòng)爆破等控制爆破技術(shù),并根據(jù)地層變化及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù),避免超、欠挖,控制住隧道開挖輪廓線的尺寸、中線、高程和內(nèi)凈空。(2)格柵鋼架的安裝質(zhì)量決定了初期支護(hù)的受力條