對我國當前盾構施工技術存在問題的探討

1、對我國當前盾構施工技術存在問題的探討建材與裝飾2008年1月中旬刊 張智1施工技術比較 我國城市軌道交通地下工程的建設,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中工法多樣性的特點。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、盾構法等施工技術,有的已經達到了國際先進水平。（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,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,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,因此施工進度慢,作業(yè)效率低,勞動強度大,安全性差。施工的防水質量不易保證。施工對地表沉降的控制難度較大,尤其是在不良地質段或地面房屋密集區(qū)施工時,很難將地表沉降

3、控制在較小范圍內；（3）暗挖法雖然地面干擾小,造價低,但機械化程度低,進度慢,勞動強度高,環(huán)境惡劣,風險大；（4）蓋挖法雖然占用場地時間短,對地面干擾小,安全,但施工工序復雜,交叉作業(yè),施工條件差。它多用于修建地鐵車站；（5）盾構法對城市的正常功能及周圍環(huán)境的影響很小。除盾構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。可以在深部穿越地上建筑物、河流；在地下穿過各種埋設物和已有隧道而不對其產生不良影響。施工一般不需要采取地下水降水等措施,也無噪聲、振動等施工污染?？筛鶕┕に淼赖臄嗝娲笮?、埋深條件等施工隧道特點和地基圍巖的基本條件進行設計

4、、制造或改造盾構機,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械制造的程度。由于斷面不能隨意調整,對隧道軸線的偏離、管片拼裝精度也有很高的要求?？梢钥闯?盾構法對地面結構影響可能性最?。粚Νh(huán)境無不良影響,地下水位可保持；對工作人員較安全,勞動強度低,進度快；機械化程度高；隧洞形狀準確；質量高,襯砌經濟。2我國盾構技術的發(fā)展 正是由于盾構施工的這些優(yōu)點,使得這項技術已經發(fā)展、細化為大量、復雜的施工技術,并逐步在實際工程上廣為利用。盾構法在國際上起步較晚,但近年發(fā)展較快。我國盾構法隧道施工技術近年來也有了較大的發(fā)展。國內盾構技術發(fā)展開始于20世紀50年代,

5、首先應用于修建煤礦巷道,1963年上海結合地下鐵道的籌建,開始開發(fā)盾構技術,并于1990年開始在地鐵一號線大量引進盾構進行施工。1991年上海地鐵1#線引進法國FCB公司的7臺土壓平衡式盾構,采用大刀盤開挖、螺旋輸送機排土,同時備有同步壓漿、計算機控制系統等,性能比較完善。上海利用這7臺盾構機建成地鐵1#線區(qū)間隧道,全長18.5km。該盾構直徑為6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每環(huán)6塊,環(huán)寬1.0m。隧道經過淤泥土和淤泥質亞粘土,覆土深度518m,盾構進尺為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驗

6、。經過多年的發(fā)展,在上海等軟弱地質條件的盾構施工技術已相當成熟。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年以上述城市引進了近40臺盾構用于地鐵施工。目前,國內許多城市的軌道交通建設采用了盾構施工技術。如北京市南北交通路網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,途經天壇、東單、雍和宮和和平里等重要地區(qū),就是采用盾構法施工技術。3我國盾構技術需要解決的主要問題 任何新技術的開發(fā)、產生要根據市場需求和國情,進行仔細的論證。就目前我國盾構技術在城市軌道交通系統建設使用的情況而言,一些問題的解決、新

7、技術的開發(fā)將成為當務之急。（1）研究盾構機,生產國產盾構機。目前的盾構機以進口為主,這就增加了盾構法施工的費用。在如今經濟迅猛發(fā)展的形式下,應將盾構機的生產轉為國內為主。（2）在國產盾構機還沒有被接納的情況下,造價的問題同時使得盾構機的反復使用變得明顯。盾構機是根據施工隧道的特點和圍巖情況進行設計、制造。盾構機必須根據施工隧道的斷面大小、埋深條件、地基圍巖的基本條件進行設計、制造是適合于某一區(qū)間的專用設備。但是,由于盾構機本身是一個非常昂貴的設備,以我國的工程造價水準,還不具備一項工程完全折舊的能力。因此,在購置設備時,一定要考慮到機械的反復使用問題,盡可能設計多功能、多用途的機械以充分發(fā)揮其

8、作用。（3）研究長距離施工。因為盾構法施工效率高,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機的耐磨性能以外,研究刀頭等易磨損部件的更換技術也是比較實用的方法。當然地下接合技術也是一個非常有效的技術,但必須考慮到使用時地下接合對盾構機的要求和對施工管理精度的要求。（4）結合國內主要隧道結構形式,研究雙圓形或眼鏡形盾構。我國的地鐵隧道采用單圓雙線隧道施工,容易出現后續(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進行施工,這些問題將會得到解決。而這一新技術能否得到使用的另一個決定因素就是造價問題,也就是施工兩

9、個單圓隧道和施工一個雙圓形或眼鏡形隧道的經濟性比較問題。（5）研究采用3圓形盾構,減少施工費用。由于地鐵車站一般設置在城市繁華地區(qū),很多工程已經遇到難以確保施工用地或施工用地拆遷費過高的問題。如果能夠采用3圓形盾構施工地鐵車站將會使這一難題得到解決。（6）研究管片技術,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。由于管片技術的發(fā)展必須與管片設計理論相結合,而且需要相應的試驗驗證工作。 盾構施工技術除了上述問題外,還存在著其它待改進和提高的問題。如隧道設計和盾構施工中除了要保證工程本身安全、質量的要求外,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。盾構隧道設計、施工和管理等方面工作要圍繞如何加快重點工程建設進度進行精心施工要做到方便施工,簡化工序,節(jié)約投資,加強盾構隧道的耐久性,提高隧道的抗?jié)B、抗蝕能力。盾構法施工的幾點問題及其發(fā)展方向張榮國武漢理工大學國外建材科技 2004年 第25卷 第4期2 盾構施工引起地表下沉的問題及隧道沉降 在軟土中采用盾構法進行隧道施工時,一般會引起隧道上方地表下沉,并且在隧道施工階段和運營階段還會產生隧道沉降。因此,必須認真研究盾構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。在設計和施工中采取合理

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 盾構施工時,導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:開挖面上的土水壓力不平衡導致開挖面失去穩(wěn)定性。此時,壓力艙壓力大于開挖面土壓力和水壓力時出現地基隆起,相反會出現地基沉降。盾構推進對圍巖的擾動。盾構殼板和圍巖的摩擦、以及圍巖的擾動會引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲線推進時如采用超挖,會使圍巖松動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。盾構施工必然產生盾尾空隙,這一空隙會引起地基的應力釋放而產生彈塑性變形。一般可通過實施壁后注漿來控制,但壁后注漿的材料、注漿時間、位置、壓力、注漿量都

12、會影響地基的變形量。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性,盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間,以防地層塌陷。確保壓漿數量,控制注漿壓力。改進壓漿材料的性能。(5)管片技術: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。由于管片技術的發(fā)展必須與管片設計理論相結合,而且需要相應的試驗驗證工作。這一方面尚需要進行大量的研究工作。盾構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隧道內漏水原因與防治3.1隧道內漏水原因

13、盾構隧道是由一片片獨立的管片通過螺栓聯接起來，管片接縫部位為防水的薄弱環(huán)節(jié)，隧道內漏水部位一般出現在管片接縫處。產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加強管片制作、運輸和拼裝的管理提高管片的制作精度和質量，控制水平拼裝環(huán)、縱縫間隙小于2mm，確保管片密實無裂縫，抗?jié)B要求達到設計標準。加強管片起吊、運輸及堆放管理，避免出現貫穿性裂縫。管片堆放時內弧面向上，寬度方向應上下對齊，不準傾斜。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，結合前環(huán)成果報表決定本環(huán)糾偏量和措施。管片拼裝要防止出現錯縫、臺階差，可以通過加貼

14、楔子微量調整間隙來保持環(huán)面的平整度，楔子不得超過4mm。豎曲線段推進時，應計算上下左右的超前量，分段粘貼低壓石棉板，在推進過程中，使其經千斤頂壓縮后成一平整楔行環(huán)面，粘貼環(huán)面的面積一般應大于整個環(huán)面的一半。糾偏楔子厚度超過設計厚度時，止水帶也應加貼遇水膨脹條。封頂塊兩側的止水條在拼裝前涂表面潤滑劑，以減少封頂塊插入時的摩阻力。管片如遇損壞，輕則就地修補，重則重新調換后方可繼續(xù)進行。3.2.2加強止水條質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，操作不會使遇水膨脹止水帶和螺栓墊圈在拼裝前遇水預膨脹或變形，影響止水效果，

15、故應在粘貼止水帶的地方做好防雨措施，搭設活動防雨棚和在止水帶表面涂緩膨劑。冬季施工時應設置烘房設施，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符合設計要求，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，所以在拼裝前應涂水性潤滑劑，以減少封頂塊插入時摩阻力。盾構法隧道施工背后注漿技術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)，盾構施工技術越來越多地應用于城市的地鐵隧道以及市政設施隧道中。當盾構機在一定深度地層中推進時，可根據盾構機與

16、地表上某點的相對距離，將盾構掘進過程分成到達前、到達時、通過、脫出、脫出后等2個子過程。當盾構機從該點脫出后，在管片襯砌和天然土層之間會留下空隙，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來完成。如果這一空隙不能及時有效地得到填充，則天然土體將處于側向無支撐狀態(tài)，從而產生很大的地面沉降，造成地表建筑物的破壞。因此，背后注漿技術是盾構法隧道施工中的一項關鍵技術，本文將介紹國內外背后注漿技術的發(fā)展現狀，旨在促進該技術今后的推廣應用。!背后注漿的作用和種類在盾構機脫出后，采用背后注漿技術具有以下2個方面的作用，即：!及時充填盾尾空隙，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、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；$作為隧道襯砌結構的加強層，提高其耐久性；%在采用泥水平衡盾構時，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，使隧道盡快達到穩(wěn)定。背后注漿有兩種形式，一是采用盾殼外表設置的注漿孔隨盾構推進同步注漿；二是由管片上的預留注漿孔進行壓漿，其中同步注漿是一種較先進的技術，下面將對其作詳細介紹。%注漿施工工藝注漿方式應根據盾構機脫出管片時，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，同步注漿對盾尾預置的)個注漿孔同時進行壓注，在每個注漿孔出口設置分壓器，對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進行檢測與控制，從而達到對管片背后對稱均勻壓注。同步注漿結束標準為注漿壓力達到設計壓力，注漿量達到設計注漿量的.*5以上，對注漿不足或注漿效果不好的地方應進行補強注漿，以提高注漿層的密實性和防水效果。為保證背后注漿的順利完成，施工時應注意以下問題：$注漿前進行詳細的漿液配比試驗，選定合適的注漿材料及漿液配比，保證所選漿液配比、強度和耐久性等物理力學指標符合設計施工要求；%制訂詳細的注漿施工設計、工藝流程及注漿質量控制程序，嚴格按要

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

20、以解決盾構穿越飽和含水地層時防止涌水的問題。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,進一步推動了盾構法隧道在城市建設中的應用。1865年巴爾勞首次采用圓形斷面盾構,之后這種斷面就成為盾構隧道的基本斷面。20世紀6070年代,繼法國研制了泥水加壓式盾構后,日本也研究開發(fā)了土壓平衡式盾構,這種閉胸式頭部、刀盤機械開挖的技術結合管片襯砌、壁后注漿及防水技術成為近30年盾構技術的主流。我國上世紀50年代初首次在東北阜新煤礦采用盾構法修建了直徑2.6 m的輸水巷道,1966年在上海采用網格式擠壓盾構修建了直徑達到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進行地鐵隧道的修建,80年代末期我國開始使用泥水加壓式盾構,并在1994年成功地進行了上海延安東路南線越江隧道工程。至今有多項重點隧道工程均采用了盾構法施工,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改造的復合式盾構施工2,南京地鐵一號線釣魚臺盾構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的6 340 mm土壓平衡鉸接式盾構機施工3,南水北調中線工程穿黃工程4、西氣東輸工程通過長江均采用泥水加壓式盾構施工5。盾構隧道常見質量問題分析李永鴻（深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳518026）隧道與地下工程目前國內地鐵盾構隧道主要由鋼筋混凝土預制管片構成，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構穩(wěn)定，并承擔盾構機的頂推力、注漿壓力、圍巖壓力和地下水壓力。盾構隧道管片是隧道的主要結構形式，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量和防水質量是影響隧道質量的直接因素1。雖然盾構法在地鐵隧道工程中的應用非常普遍，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、錯臺和滲漏水等。筆者依據深圳地鐵二期工程的施工實踐，對管片拼裝時各類質量缺陷產生的主要原因進行了分析，并提出了一些控制措施。工程中管片主要質量缺陷統計見表1。表1深圳地鐵二期盾構隧道管片主要質量缺陷統計1管片滲

23、漏水1.1原因分析管片滲漏水是盾構隧道施工中最常見的質量通病，其產生原因可以歸結為以下幾個方面：1）管片拼裝不到位。當縫隙不均勻或接縫中有夾雜物，管片縱縫有內外張角、前后喇叭時，管片外弧面接縫處產生應力集中，混凝土出現楔塊狀碎裂，致使止水條與管片間不能密貼。2）成品保護不足或止水條的粘貼不牢固。管片拼裝時的錯動，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。3）注漿效果差。注漿孔是盾構隧道防水中的薄弱環(huán)節(jié)，進行同步注漿時的漏漿、注漿量不足、注漿后封堵不到位，都會引起管片漏水。4）盾構機姿態(tài)控制不當。盾構與管片的姿態(tài)不好，會引起成型隧道管片錯位，相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊，引

24、起管片漏水；掘進過程中推力不均勻或者推力過大，也會造成管片受力不均勻而產生裂紋。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，導致環(huán)縫止水條被扯破或移位，縱縫出現內外張角。1.2控制與預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，根據設計合理選擇管片形式，保證盾尾間隙合理；加強管片運輸過程中的成品保護工作，嚴格檢查驗收進場管片。2）進行管片拼裝作業(yè)時，嚴格控制千斤頂的伸縮，1.2控制與預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，根據設計合理選擇管片形式，保證盾尾間隙合理；加強管片運輸過程中的成品保護工作，嚴格檢查驗收進場管片。2）進行管片拼裝作業(yè)時，嚴格控制千斤頂的伸縮，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方面：1）設計原因。在進行管片的配筋（特別是管片接縫面的構造配筋）設計，以及確定管片設計參數、管片接頭形式、接頭螺栓的形式時，未充分考慮曲線半徑與管片長度之間的適應性。2）制作原因。混凝土制作、振搗、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)操作不規(guī)范，會影響管片混凝土的強度；不精細和不準確的模具經常導致管片外觀和尺寸與設計不符。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鍵。管片的拼裝順序與精度控制不當，就會發(fā)生錯縫、開縫或環(huán)縫夾砂，角部就可能呈點接觸或線接觸從而導致受力不均勻而產生裂紋。管片錯臺也容易導致相鄰塊管片間產生應力集中現象，使管片邊緣發(fā)生開裂、崩角。另外，管片安裝質量與安裝速度和操作工人的熟練程度有很大關系。4）盾構推力和姿態(tài)原因。盾構機的推進千斤頂作用在管片上，依靠管片提供反力使盾構機向前掘進，盾構掘進過程中總推力過大或推力不均勻，均會導致管片開裂。當盾構的方向與管片的方向產生差異時，會發(fā)生盾構與管片爭高低（擠壓）的現象，從而導致管片的損傷或變形，管片寬度越大這

27、種現象發(fā)生的概率就越高。另外，盾構姿態(tài)調整時糾偏過猛，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，均會使管片局部受力不均而產生開裂和破損。注漿壓力過大，還可能使面板破損、K管片產生大的變形，這種現象在隧道施工過程中多次發(fā)生3。2.2控制與預防措施 工程實踐證明，任何可見裂縫都是微裂縫發(fā)展的結果?；炷脸霈F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構的使用，但是會對隧道的防水造成影響。為了提高管片安裝質量，施工前應做好詳細的計劃，并在施工過程中嚴格執(zhí)行計劃；操作人員要經過培訓后上崗，嚴格遵守盾構掘進

28、方向及姿態(tài)的控制規(guī)程；此外，還應加強進場管片的外觀質量檢查及管片拼裝過程質量控制。 根據施工經驗總結，控制管片破損與開裂的主要措施有以下幾個方面：1）合理選擇管片類型，選型時以適應盾尾間隙為主，兼顧設計線形，確保盾尾間隙均勻。2）通過試驗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有機結合，優(yōu)化施工工藝及配筋構造設計。3）結合盾構機機型和地層特點，合理設置掘進參數，控制盾構的扭轉，選擇合理的推力，做到事前控制。4）加強盾構操作，避免姿態(tài)糾偏過猛。正確控制好轉彎地段的盾構姿態(tài)，控制原則以適應設計線形為主，適時糾偏，切忌過急過猛；總推力過大時，在土艙內注入泡沫，防止出現“泥餅”現

29、象，減小掘進扭矩和總推力。另外，盾構機過站時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。根據人工測量管環(huán)的數據變化情況，適當增加卸水孔及管片外弧面注雙液漿次數，多級測量復核以消除導向系統的誤差。當管片環(huán)面不平整或千斤頂撐靴重心偏位時，要及時更換新的千斤頂撐靴，并予以調整。6）控制注漿壓力和注漿量，確保填充質量。二次注漿時復緊注漿管片周邊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管片錯臺3.1原因分析管片錯臺是指管片與管片之間的內弧面不平整，一般是由于受力不均勻造成的。盾構隧道施工中管片錯臺不僅影響

30、隧道外觀質量，而且會導致隧道漏水。盾構隧道管片發(fā)生錯臺的因素很多，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，管環(huán)面不平整，出現上翹或下翻；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；管片徑向內移，造成過大的環(huán)高差；另外，掘進時未能及時復緊管片螺栓，管片受力不均勻，也會引起錯臺。2）注漿控制不當。圍巖裂隙發(fā)育、地下水豐富等因素會增加同步注漿難度，致使管片外弧面的束縛力較小。管片二次補注漿時，如果注漿壓力控制不當，會產生注漿偏壓，從而引起管片錯臺。3）盾構機姿態(tài)控制不好。掘進工程中，盾構機姿態(tài)控制不好時，千斤頂對拼裝好的管片產生不均勻推力，擠壓彈性密封

31、墊，引起管片間縱向位移，導致錯臺發(fā)生。4）線路弧度和坡度影響。盾構機姿態(tài)控制與曲線段不匹配時容易導致管片錯臺；在上軟下硬地層、變坡段等線路中，掘進壓力容易產生偏差，刀具嚴重磨損后未能及時更換，導致推力過大等情況，均會產生錯臺。 經過調查統計發(fā)現，管片拼裝錯臺現象主要發(fā)生在環(huán)向連接縫處，縱縫處的錯臺出現較少且數值較小，破損也少。深圳地鐵二期2號線某區(qū)間管片環(huán)縫錯臺及縱縫錯臺統計見表2。根據GB 50446-2008盾構法隧道施工與驗收規(guī)范，地鐵盾構隧道相鄰管片徑向錯臺允許偏差為10 mm，相鄰管片環(huán)向錯臺允許偏差為15 mm。錯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，當相鄰管片錯臺量達到7 mm以上時，管片間的防水方式與設計情況已經不一致。3.2控制與預防措施盾構機在掘進過程中，運動軌跡很難與設計軸線完全重合，而是圍繞隧道設計軸線作蛇形運動，盾構掘進總是處于不斷糾偏的過程中5。減少管片錯臺的措施主要從以下幾個方面考慮：1）優(yōu)化線路設計，盡量避免小直徑的曲線段。根據設計線路選擇管片，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，轉彎管片的比例必需達到實際施工的需求，嚴格控制管片螺栓的質量。管片在盾構內居中拼裝，避免管片與盾殼碰撞，保證管片軸心與盾構機軸心一致，施工時嚴格控制千斤頂行程差和

33、盾尾間隙等。3）盾構機姿態(tài)控制。掘進時不應對盾構機姿態(tài)作過急的調整，運動軌跡應盡量平順。糾偏時宜慢不宜急，防止盾構機蛇形量過大，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，必須加強監(jiān)督管片拼裝過程，規(guī)范管片安裝程序。掘進時及時復緊撐靴后4環(huán)的管片螺栓，防止管片上浮。5）嚴格注漿管理，加強同步注漿控制。根據地層狀況調整注漿方式，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結論盾構施工對管片拼裝質量的要求很高，因此在掘進控制和管片選型時一定要謹慎。盾構隧道施工中大多數質量問題可以在施工過程中得到控制，提高盾構隧道質量最

34、直接有效的措施就是加強施工過程的質量控制。外觀質量的控制應以預防為主，工程項目管理中的質量控制主要表現為施工組織和現場控制。合理選擇與安裝管片是關鍵，管片依據盾構的機盾尾間隙來選擇。只有生產、運輸、安裝和維護等各個環(huán)節(jié)嚴格按照技術規(guī)范操作，才能將隧道和管片襯砌產生破壞缺陷的可能性降到最小。盾構機的選擇也十分重要，主要考慮盾構機的功能配備、設備使用性能、各項系統的技術規(guī)格、關鍵系統或項目的參數指標等。該階段的控制要點關鍵在盾構機的工程適應性和設備的使用性能7。盾構施工時工程人員需要深入現場，仔細觀察分析實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量缺陷產生的原因，將制定的糾正

35、、預防措施落實整改到位，不僅有效地解決施工中存在的實際問題，而且隧道質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,尤其是幾個重要城市都已開始了地下鐵路的建設工程。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,使得傳統的施工方法難以普遍適用。在這種情況下,對城市正常機能影響很小的隧道施工方法-盾構施工法普遍得到了人們的關注,并且在一些地區(qū)已經有了較為廣泛的使用。雖然我國在盾構隧道施工方面已有了一定的成功經驗和技術積累,但仍然存在大量的技術問題。除盾構機械制造和施工控制管理等綜合技術問題以外,在巖土工程的領域內也存在許多尚待解決的理論和技術問題。比如,盾構

36、隧道管片設計理論的統一、系統化問題;隧道開挖面穩(wěn)定機理和控制問題;相鄰或疊交隧道相互影響的評價問題等等,都還需要我們進行不懈的研究和積累。另一方面,盾構施工技術在近十年還會有突飛猛進的發(fā)展。這是基于我國城市建設和各種基本建設的需求所作出的較為客觀的預測。其背景是各大城市地下鐵路的建設工程、城市上下水隧道工程,此外,國家的重點建設項目如南水北調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法進行隧道施工。因此,盾構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、更經濟、更安全地使用盾構技術,有必要把我國盾構技術現狀進行總結。進一步,根據國外的經驗指出解決

37、各種技術問題的一般思路,明確今后盾構技術應該發(fā)展的方向。2我國盾構技術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施工的記載。但能夠較為完整地反映盾構技術在我國的使用歷史的還是具有軟土地基特點的上海地區(qū),發(fā)展歷史可以總結為圖5。從60年代開始試驗施工,1966年打浦路越江隧道使用網格式盾構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的網格式盾構施工都是具有標志性意義的工程。從1985年開始使用土壓平衡式盾構以來,這種適合于上海軟土地基的盾構型式得到了廣泛地使用。從1990年

38、開始建設的上海地鐵1號線,1996年開始建設的上海地鐵2號線基本都是使用土壓平衡式盾構進行施工。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。隨后,中折裝置(彩圖5)及矩形盾構(彩圖1)等新技術也相繼得到了使用。各種盾構的使用情況統計如圖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,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。在廣州,1996年開始的地鐵1號線的建設中就使用了從日本引進的泥水加壓式盾構2臺和土壓平衡式

39、盾構1臺。廣州地區(qū)基巖埋深起伏較大,殘積土層和風化巖是盾構的主要通過層位。這也是國內首次在地質條件較為復雜的地基中進行盾構施工。正在建設的廣州地鐵2號線繼續(xù)使用多臺土壓平衡式盾構進行施工,考慮到地層軟硬相間在刀盤設置了輪式刀頭以外,也考慮了遇到基巖時可以進行敞開式施工。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)間采用了盾構隧道施工技術。所使用的盾構機多為從日本或德國進口的泥土壓盾構并裝備中折裝置。從各地盾構使用情況看來,我國盾構技術已經全面進入使用閉胸式盾構的階段,尤其是土壓平衡式盾構的使用已經非常廣泛。經過這些工程實踐,已在盾構施工對周圍影響的控制、盾構出發(fā)到達技術、管片制造技

40、術等方面有了一定的經驗積累。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。并結合我國國情,摸索出盾構機反復使用的方式和方法解決很多實際工程問題。盾構施工同步注漿由于具有隱蔽性、復雜性和不確定性等特點，施工過程中會遇到很多困難和障礙。本文就引起盾構施工同步注漿風險變化的各種因素進行分析，并對盾構施工同步注漿風險進行控制。2同步注漿風險分析（1）注漿材料和漿液配方選取風險。主要表現在注漿材料的流動性、漿液的凝膠時間、漿液的固結體強度等特性的控制。注漿材料和漿液配方的選取直接關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）注漿參數選取風險。主要表現在控制注漿壓力、

41、注漿量、注漿速率和注漿時間等方面。注漿參數的選取關系到注漿效果的好壞以及對周圍環(huán)境的影響。（3）注漿施工風險。主要表現在注漿施工的準備是否完善、漿液的配置以及漿液的存儲與運輸等方面。注漿施工是注漿效果能否達到設計要求的關鍵。（4）注漿效果評價風險。主要表現在注漿監(jiān)測手段是否合理、注漿量是否滿足設計要求以及注漿檢測等方面。注漿效果評價是檢驗注漿材料、注漿參數、注漿施工是否合理的重要環(huán)節(jié)，注漿效果評價的好壞直接關系到注漿的成功與否。3注漿材料風險控制由于隧道盾構同步注漿材料的性能受巖體條件、施工方式、價格等多種因素的影響，所以在施工前針對該區(qū)間地層進行分析，通過大量的室內與現場對比試驗，選擇了適合

42、本工程現場條件的同步注漿材料及配4注漿參數風險控制4.1注漿量控制4.2注漿壓力控制注漿壓力最佳值應在綜合考慮地基條件、管片強度、設備性能、漿液特性和土倉壓力的基礎上確定，理論上注漿壓力（壓入口處）應略大于地層土壓和水壓之和，以達到對環(huán)向空隙有效充填而非劈裂注漿，以免擾動管片周圍的原狀土而引起地面甚至隧道的沉降。一4.3注漿時間控制 注漿要在襯砌脫出盾尾，即盾構推進時同步進行，當襯砌脫出盾尾，盾構推進到位后，定量的漿也應全部壓完，以及時填充襯砌外的空隙，減少地面沉降。4.4注漿速度控制 注漿速度由掘進速度決定，地層好時掘進速度較快，一般掘進一環(huán)僅需2025min，為了及時填充，采用手動注漿。地

43、層較硬時，掘進速度較慢，掘進一環(huán)超過45 min，也采用手動注漿，防止注漿量過大；掘進一環(huán)速度在2545min時，采用自動注漿。3盾構同步注漿技術3.1盾構同步注漿的目的 盾構同步注漿就是在隧道內將具有適當的早期及最終強度的材料，按規(guī)定的注漿壓力和注漿量在盾構推進的同時填人盾尾空隙內。其目的有以下幾個方面: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、穩(wěn)定的防水功能。d.作為隧道襯砌結構加強層，具有耐久性和一定強度。同步注漿是通過同步注漿系統及盾尾的注漿管，在盾構向前推進盾尾脫離空隙形成的同時進行的注漿工作

44、。漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時填充，從而使周圍巖體及時得到支撐，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模式掘進時，同步注漿的重要性更加突出和明顯。3.3.同步注漿主要技術參數注漿壓力 根據注漿目的要求，為充分充填盾構施工產生的地層空隙，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，注漿壓力最佳值應在綜合考慮地基條件、管片強度、設備性能、漿液特性和土倉壓力的基礎上來確定。根據施工實際，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，并合地層、線路及掘進方式等，并考慮適當的飽滿系數，以保證達到充填密實的目的。根據施工實際里的飽滿系數包括由注漿壓力產生的壓密系、取決于地質情況的土質系數、施工消耗系數、由掘進方式產生的超挖系數等。一般主要考慮土系數和超挖系數。根據盾構施工環(huán)形間隙注漿量經驗計算公式算: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，應與掘進速度相適應。假設掘進速度為1.5m飛則泵注速應制在70L/min一100Umin二1工程建設的特點目前,我國城市軌道交通地下工程的建設,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中工法多樣性的特點。上世紀90年代之前,由于我國的經濟水平較低,裝備也較落后,在施工方法的選取中,重點考慮經濟性;90年代中期以后,工程建設需要更加注重以人為本,并強化環(huán)境意識,于是一些新的工法便應運而生。這些新工法的共同點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的另一主要特征是工期緊。造成這一現象主要有兩大因素:一是經濟的快速發(fā)展,軌道交通影響區(qū)域的經濟發(fā)展,要求軌道交通應盡快投入使

47、用,以使投資在最短的時間內發(fā)揮效益;二是決策機構在綜合考慮各種因素的前提下,需要盡可能地縮短建設期。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:盾構法、明挖法和淺埋暗挖法。2盾構法隧道在上海地鐵的建設中,分別于1963年、1964年在上海的粉土層和淤泥質粘土層中進行了圓形裝配式鋼筋混凝土管片襯砌的試驗工作1,并初步獲得了地鐵盾構隧道的設計和施工經驗。2.1盾構隧道的結構設計圓形盾構結構設計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;防水結構。這需要建立合理的計算圖式和獲得相應的計算參數。上海地鐵盾構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縫拼裝兩種。廣州地鐵2號線盾構隧道在結構設計方面有所突破,管片的內徑為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4.2 t。文獻2分別對管片的強度、抗裂性及各種變形量進行了計算分析。文獻3對現行設計常用的自由變形圓環(huán)法計算參數的選取進行了探討。目前,在總結既有實踐的成功經驗基礎上,管片的寬度已逐漸增加,以減少接縫的數量,但寬度的增加受最小曲線半徑和盾構靈敏度的限制。2.2盾構隧道的施工控制上世紀60年代盾構隧道施工,常采用氣壓平衡盾構,在軟土地層中施工

49、時還須輔以降水法;即使如此,盾構頂推過程中引起的最大隆起和沉降量達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機4,并在此基礎上不斷開發(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。根據現有的盾構機具,當施工參數選取合適時,可將地層變形控制在+1 cm-3 cm之間,特征地段盾構頂進引起地層變形量會偏大。廣州地鐵2號線的盾構掘進時,由于地層軟硬相交,在相對軟弱的地層中推進時,需要采用土壓平衡式的控制方式,而在相對硬巖中開挖時,則可以采用敞開式的挖掘方式,改變了原來盾構開挖的單一模式。盾構施工的控制系統,包括方向定位和糾偏等

50、,已綜合了多媒體技術和網絡技術,但施工中最為常用的技術還是常規(guī)的測量定向。2.4盾構隧道的防水盾構隧道的防水包含兩方面的內容:一是管片結構的自防水;二是管片接縫的防水。前者可以通過材料的選取等手段進行控制,而后者則是盾構隧道防水的重點。目前國內盾構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7對這種形式的止水帶的防水性能進行了系統的試驗和模擬分析。止水帶在安裝中難免產生錯縫,如圖4所示分別為準確就位和錯位10 mm的兩種情況。試驗表明,當張開量均為5 mm時,不錯位的防水壓力大于0.8 MPa,而錯位10 mm的防水壓力僅為0.3 MPa。接觸應力分析表明,錯

51、位后的接觸應力小于不錯位情況,所以盾構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興門折返線首創(chuàng)了淺埋暗挖技術。隨后該項技術在國內若干城市的地下工程中得到推廣應用。尤其突出的是地鐵的渡線區(qū),斷面復雜多變,跨度又相對較大,難以選用盾構等掘進機具進行開挖施工,在現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;同時在該區(qū)間又設計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;其中最大跨度達到21.6 m,覆跨比僅0.7。在施工方案選擇時曾

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)間采用了雙側壁導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,南京地鐵建設公司會同國內相關的科研、設計和施工單位,對這一特殊問題進行了試驗研究;通過對管棚、注漿等輔助工法的調整,有效地控制了隧道施工對上部既有建筑物產生的不良影響。1廣州地鐵礦山法施

53、工現狀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,取得了顯著的社會和經濟效益。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;其工程造價明顯低于盾構法。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、聯絡通道等復雜斷面結構的隧道工程中,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具包括:風鎬、風鉆、混凝土噴射機、注漿機、有軌或無軌運輸、常規(guī)通訊設備、豎井提升架或提升機等。人工開挖或鉆爆法開挖等屬于半機械半人工的作業(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)引進新機具、新工藝,如濕噴機械、單臂掘進機、凍結法等的引進。還有,針對特殊斷面結構及不良地質圍巖條件的隧道工程,相應采用全斷面、半斷面、CD、CRD、雙側壁導洞(眼鏡)工法等施工方法以及大管棚、水平攪拌樁、深孔注漿、井點降水、旋噴注漿等技術措施,據以成功地建成了一批復雜、困難的單線隧道、雙線隧道、雙連拱隧道及三連拱隧道工程,使得礦山法的技術水平得以充實和提高。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,這也是造價明顯高昂的盾構工法發(fā)展迅速的原因所在。2礦山法施工中工程質量控制要點2.1地質預報和地質資

55、料的核實貫穿于隧道施工的始終 (1)工程實踐表明,隧道開挖所揭示的圍巖條件與勘探設計資料不相吻合的情況時有發(fā)生,甚至因此發(fā)生涌泥、涌水等突發(fā)性災害而措手不及,給工程的安全、進度、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)生以及使設計支護參數符合實際的圍巖條件,必須在礦山法施工過程中進行地質超前預報和地質資料的核實工作。(2)準確的工程地質及水文地質資料對隧道施工具有指導意義,并已引起業(yè)主的極大重視,已將地質補勘、地質超前預報、地質素描等列入招標文件的技術條款中,要求承包商單獨列項計算費用,編制技術方案,以確保項目的實施。(3)施工階段的地質補勘主要是彌補勘探階段因受地物限制而招致探孔遠離線路或間距過大的缺陷,使得隧道范圍內的探孔間距達到5060 m的要求,且在地質急變地點布置有探孔,以提高地質勘探資料的準確性。2.2隧道開挖及初期支護的質量控制與結構防水關系密切(1)對于拱頂處于軟弱地層的地段,小導管注漿等超前支護及預加固、防水措施能有效地避免拱頂開挖臨空后至初期支護完成前的時段內的圍巖坍方,必須嚴格控制小導管的角度、間距和注漿參數,充分重視注漿壓力和封堵措施,確保其施工質量;對于硬巖地段,一般宜采用微震動爆破等控制爆破技術,并根據地層變化及時調整爆破參數,避免超、欠挖,控制住隧道開挖輪廓線的尺寸、中線、高程和內凈空。(2)格柵鋼架的安裝質量決定了初期支護的受力條