淺談地鐵工程特點(diǎn)與盾構(gòu)法施工的質(zhì)量控制

1、淺談地鐵工程特點(diǎn)與盾構(gòu)法施工的質(zhì)量控制 【摘 要】 闡述了地鐵工程的特點(diǎn)以及盾構(gòu)法施工的工藝及技術(shù)要求，淺談監(jiān)理對地鐵工程質(zhì)量控制的要求和任務(wù)?！娟P(guān)鍵詞】 地鐵工程；監(jiān)理；盾構(gòu)法施工；質(zhì)量控制【中圖分類號】 TU745.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1727-5123（2012）03-017-031概述本篇文章講述了在地鐵建設(shè)過程中，地鐵工程的特點(diǎn)以及監(jiān)理部門對是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)施工的質(zhì)量控制，結(jié)合本人對南京地鐵號線標(biāo)段監(jiān)理工作的一些理解，2地鐵工程的特點(diǎn)與質(zhì)量特點(diǎn)2.1地鐵工程項(xiàng)目是一個(gè)投資大、建設(shè)速度慢、施工技術(shù)復(fù)雜、危險(xiǎn)因素多、與社會環(huán)境間的相互影響大的復(fù)雜系統(tǒng)工程，大都屬于地下

2、結(jié)構(gòu)物，施工方法和技術(shù)多種多樣，因此有以下特點(diǎn)：隱蔽性大，未知因素多；工作面狹窄，施工工序干擾大；施工作業(yè)的循序性強(qiáng)；作業(yè)的綜合性強(qiáng)；施工過程的地質(zhì)力學(xué)狀態(tài)和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)是變化的，因此施工是動態(tài)的；作業(yè)環(huán)境惡劣；作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性大。2.2地鐵工程質(zhì)量的特點(diǎn)是由地鐵工程本身的特點(diǎn)決定的。正是由于上述地鐵建設(shè)工程的特點(diǎn)而形成地鐵工程質(zhì)量本身具有以下特點(diǎn)：地鐵項(xiàng)目質(zhì)量形成過程復(fù)雜；影響因素多；質(zhì)量波動大；項(xiàng)目質(zhì)量評定難度大；地鐵工程項(xiàng)目周期長。3地鐵盾構(gòu)法施工過程中監(jiān)理的質(zhì)量控制盾構(gòu)法隧道工程是一項(xiàng)綜合性施工技術(shù)（包括盾構(gòu)機(jī)械技術(shù)、隧道測量技術(shù)、地下防水技術(shù)、盾構(gòu)施工安全技術(shù)等）。盾構(gòu)機(jī)全名叫盾構(gòu)隧

3、道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機(jī)為隧道掘進(jìn)設(shè)備，盾殼作支護(hù)，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，以開挖面上拼裝預(yù)制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)：施工基本于地下進(jìn)行，不拘束于風(fēng)雨等氣候條件，對周邊設(shè)施影響小；盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理；土方量少；穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)；在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。因?yàn)槎軜?gòu)法施工技術(shù)難度大、質(zhì)量要求高、不可預(yù)測因素多，監(jiān)理人員應(yīng)熟悉和掌握盾構(gòu)法隧道施工監(jiān)理監(jiān)控重點(diǎn)及相應(yīng)對策，才能真正做到有效地對施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，從而為業(yè)主提供優(yōu)

4、質(zhì)的監(jiān)理服務(wù)。3.1盾構(gòu)始發(fā)（進(jìn)洞）階段。盾構(gòu)始發(fā)階段是控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工的首要環(huán)節(jié)。在盾構(gòu)始發(fā)前、后各項(xiàng)準(zhǔn)備工作中監(jiān)理需監(jiān)督承包單位做好充分的技術(shù)、人員、材料、設(shè)備準(zhǔn)備，并對盾構(gòu)是否具備進(jìn)洞條件予以審查，確保盾構(gòu)在安全可靠的前提下能順利進(jìn)洞。3.1.1盾構(gòu)進(jìn)洞土體加固。為了確保盾構(gòu)進(jìn)洞施工的安全和更好地保護(hù)附近的地下管線和建（構(gòu)）筑物，盾構(gòu)進(jìn)洞前須對進(jìn)洞區(qū)域洞口土體進(jìn)行加固。監(jiān)理人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三方面： 加固土體與地連墻間隙封閉，監(jiān)理審查土體加固專項(xiàng)方案中是否有相應(yīng)的處理措施，一般可采用注漿、旋噴等方法封閉該間隙，并監(jiān)督承包方予以落實(shí)。加固土體的強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求，可通過對進(jìn)出洞加固范圍內(nèi)

5、不同深度土體采用鉆芯取樣檢測的方式加以驗(yàn)證，監(jiān)理人員進(jìn)行見證。洞口割除圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土面鋼筋及鑿除砼后，監(jiān)理人員監(jiān)督承包方合理布置探孔（選擇有代表性部位，不少于處）以進(jìn)行加固土體的均勻性檢驗(yàn)，觀察探孔有無滲漏或流砂等異常情況。3.1.2盾構(gòu)始發(fā)基座設(shè)置。盾構(gòu)始發(fā)前需將盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確的擱置在符合設(shè)計(jì)軸線的始發(fā)基座上。監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核以下內(nèi)容：在基座設(shè)置前，監(jiān)理人員對洞口實(shí)際的凈尺寸、直徑、洞門中心的平面位置及高程進(jìn)行復(fù)核。盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)置依據(jù)包括洞門中心的位置、設(shè)計(jì)坡度與平面方向。監(jiān)理人員應(yīng)復(fù)核基座頂部導(dǎo)向軌平面位置及高程，確保盾構(gòu)機(jī)能以最佳的姿態(tài)進(jìn)洞。3.1.3盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備井下驗(yàn)收。盾構(gòu)法隧道施工

6、主要依靠盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備完成掘進(jìn)任務(wù)，工作井內(nèi)空間狹小，需將盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備分節(jié)吊裝運(yùn)至井下，并在井下安裝、調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備構(gòu)成主要由盾構(gòu)殼體（包括刀盤及切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾）、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、油脂潤滑系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。監(jiān)理在井下驗(yàn)收工作中的重點(diǎn)是對盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備主要部件的系統(tǒng)檢查和核對，并對試運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行見證，驗(yàn)收合格可批準(zhǔn)盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備投入使用。3.1.4后盾支撐系統(tǒng)安裝。盾構(gòu)前進(jìn)的動力由千斤頂提供，而盾構(gòu)始發(fā)時(shí)千斤頂頂力是作用在后盾支撐系統(tǒng)之上。一般后盾支撐系統(tǒng)是由鋼反力架、鋼支撐、臨時(shí)襯砌（負(fù)環(huán)管片）等組成，監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注后盾支撐系統(tǒng)是否有足夠的剛度

7、和強(qiáng)度，確保在頂力作用下不發(fā)生變形。3.1.5洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除（進(jìn)洞側(cè)）。盾構(gòu)法施工一般以車站主體結(jié)構(gòu)兩端端頭井作為盾構(gòu)始發(fā)井和接收井。盾構(gòu)在始發(fā)前須對始發(fā)井進(jìn)洞側(cè)洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分次鑿除（一般分為兩次，第一次先割除背土面鋼筋及鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)砼，第二次進(jìn)洞前再清除迎土面鋼筋），鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)后通過打探孔可進(jìn)一步觀察土體自立性、滲漏等情況，判斷進(jìn)洞區(qū)域土體的實(shí)際加固效果是否滿足盾構(gòu)安全進(jìn)洞的要求。3.1.6盾構(gòu)進(jìn)洞裝置安裝。由于隧道洞口與盾構(gòu)之間存在建筑間隙，易造成泥水流失，從而引起地面沉降及周圍建筑物、管線位移，因此需安裝進(jìn)洞裝置。一般包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈等。監(jiān)理應(yīng)

8、重點(diǎn)對進(jìn)洞裝置安裝的牢固情況進(jìn)行檢查，確保簾布橡膠板能緊貼洞門，防止盾構(gòu)進(jìn)洞后同步注漿漿液泄漏。3.1.7盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞。盾構(gòu)進(jìn)洞準(zhǔn)備工作就續(xù)后，為減少正面土體暴露時(shí)間，盾構(gòu)從始發(fā)基座導(dǎo)軌上應(yīng)及時(shí)向前推進(jìn)，使盾構(gòu)切口切入土層直至盾構(gòu)殼體進(jìn)入洞口的過程稱為“盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞”。該關(guān)鍵環(huán)節(jié)監(jiān)理應(yīng)進(jìn)行旁站監(jiān)督，并重點(diǎn)做好以下工作：觀察割除圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面鋼筋后盾構(gòu)機(jī)應(yīng)迅速靠上洞口正面土體。觀察盾構(gòu)進(jìn)洞期間洞口有無滲漏的狀況，發(fā)現(xiàn)洞口滲漏督促承包單位及時(shí)封堵。檢查前倉土壓力設(shè)置是否合適，觀察土倉有無砼塊，發(fā)現(xiàn)后督促承包單位及時(shí)清除。第一環(huán)正環(huán)拼裝前檢查最后一環(huán)負(fù)環(huán)管片的拼裝位置。檢查千斤頂使用狀況，防止盾構(gòu)進(jìn)

9、洞后出現(xiàn)姿態(tài)“上飄”現(xiàn)象。 .盾構(gòu)試掘進(jìn)和正式掘進(jìn)階段。根據(jù)盾構(gòu)法施工工藝的特點(diǎn)，盾構(gòu)安全進(jìn)洞后需通過前環(huán)試掘進(jìn)尋求最佳施工參數(shù)，為全線的正常推進(jìn)提供符合實(shí)際土層特點(diǎn)的技術(shù)參數(shù)。不論在試掘進(jìn)還是正式掘進(jìn)階段，監(jiān)理可以通過觀察盾構(gòu)機(jī)控制室內(nèi)儀器儀表顯示的數(shù)據(jù)、審查承包單位上報(bào)的盾構(gòu)掘進(jìn)施工報(bào)表、通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析隧道及地面沉降情況等手段進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，及時(shí)掌握和分析施工技術(shù)參數(shù)變化，檢查盾構(gòu)掘進(jìn)中的姿態(tài)、管片拼裝的質(zhì)量、注漿作業(yè)的效果等，督促承包單位采取相應(yīng)的措施確保盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量和周邊環(huán)境的安全。3.2.1盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)管理。由于土壓平衡式盾構(gòu)采用電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能自動控制刀盤轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)推進(jìn)

10、速度及前進(jìn)方向，并及時(shí)反映掘進(jìn)中的施工參數(shù)。因此，對盾構(gòu)施工參數(shù)的管理應(yīng)貫穿于盾構(gòu)掘進(jìn)過程的始終。監(jiān)理可通過審查承包方施工報(bào)表，觀察盾構(gòu)機(jī)控制室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備等手段，動態(tài)掌握施工參數(shù)的變化。首先，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的原理是建立開挖面前后水土壓力平衡。初始進(jìn)洞階段是從非土壓平衡逐步過渡到土壓平衡，再到出洞階段由土壓平衡逐步過度到非土壓平衡，即土壓力設(shè)定是變化的（在理論數(shù)值上它與土體容重、覆土深度、側(cè)向土壓力系數(shù)有關(guān)）。監(jiān)理應(yīng)通過計(jì)算理論土壓力與實(shí)際設(shè)定土壓力進(jìn)行比較，督促承包方設(shè)定滿足施工的土壓力。其次，盾構(gòu)以切口環(huán)作為密閉土倉，盾構(gòu)推進(jìn)中切削后土體進(jìn)入密閉土倉，隨著進(jìn)土量增加建立一定的土壓力，再

11、通過螺旋輸送機(jī)完成排土，而土倉壓力值是通過出土量來控制的。因此，出土量的多少、快慢與設(shè)定的土壓力值密切相關(guān)，監(jiān)理人員可通過計(jì)算比較每環(huán)理論與實(shí)際出土量，判斷出土量是否正常。再次，盾構(gòu)掘進(jìn)的速度主要受盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)出土速度的限制，若進(jìn)出土速度不協(xié)調(diào)，極易出現(xiàn)正面土體失穩(wěn)和地表沉降等不良現(xiàn)象。監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)督促承包方均衡連續(xù)組織掘進(jìn)作業(yè)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（如遇到阻礙、遇到不良地質(zhì)、盾構(gòu)姿態(tài)偏離較大等），應(yīng)及時(shí)停止掘進(jìn)，封閉正面土體，查明原因后采取相應(yīng)的措施處理。最后，支撐環(huán)周圍的千斤頂推動盾構(gòu)的掘進(jìn)，推力的大小與盾構(gòu)掘進(jìn)所遇到的阻力有關(guān)。在每環(huán)推進(jìn)前，監(jiān)理應(yīng)根據(jù)前面幾環(huán)承包方申報(bào)的盾構(gòu)推進(jìn)的現(xiàn)狀報(bào)表，分析

12、盾構(gòu)趨勢，督促承包方正確的選擇千斤頂?shù)木幗M，合理地進(jìn)行糾偏。3.2.2盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制。所謂盾構(gòu)姿態(tài)具體是指盾構(gòu)掘進(jìn)中現(xiàn)狀空間位置（包括高程和平面位置），盾構(gòu)姿態(tài)控制就是將盾構(gòu)軸線控制在設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)。根據(jù)地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299-1999）8.4.4條（2003版）規(guī)定“盾構(gòu)掘進(jìn)中應(yīng)嚴(yán)格控制中線平面位置和高程，其允許偏差均為50mm，發(fā)現(xiàn)偏離應(yīng)逐步糾正，不得猛糾硬調(diào)”。監(jiān)理首先應(yīng)熟悉和掌握設(shè)計(jì)線型要求，即隧道平面曲線和豎曲線的線型情況（包括里程、長度、坡度、半徑等），其次還應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控以下內(nèi)容：盾構(gòu)姿態(tài)測量數(shù)據(jù)包括自動測量數(shù)據(jù)和人工測量復(fù)核數(shù)據(jù)，監(jiān)理人員可對兩類數(shù)據(jù)綜合分

13、析、比較，動態(tài)掌握數(shù)據(jù)變化情況，正確指導(dǎo)盾構(gòu)正確、安全地推進(jìn)。盾構(gòu)在推進(jìn)過程中會產(chǎn)生不同程度的偏向（尤其是在曲線段）。偏向的因素很多（如地質(zhì)條件、機(jī)械設(shè)備、施工操作的因素等等），一般可通過調(diào)整千斤頂編組或使用糾偏材料（粘貼在管片上）進(jìn)行糾偏。監(jiān)理人員應(yīng)做到及時(shí)根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測量數(shù)據(jù)分析盾構(gòu)姿態(tài)，在每環(huán)管片拼裝前對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)偏差，督促承包方實(shí)施合理的糾偏措施，避免誤差累積。3.2.3管片拼裝控制。管片是在盾殼的保護(hù)下在盾尾拼裝成環(huán)形成隧道的，它是盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵工序。管片拼裝的質(zhì)量好壞直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全和使用功能。因此，為確保管片拼裝的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)抓好以下

14、環(huán)節(jié)：首先，地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299-1999）8.11條對管片制作質(zhì)量提出明確的要求：制作管片模具的精度符合規(guī)范要求；制作管片類型、管片脫模后成品外觀質(zhì)量及尺寸偏差滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；管片的砼抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求；管片的檢漏檢測和三環(huán)試拼裝檢驗(yàn)符合規(guī)范要求。其次，管片運(yùn)輸至現(xiàn)場后，監(jiān)理進(jìn)行復(fù)查。重點(diǎn)包括：根據(jù)管片排序圖核對進(jìn)場管片規(guī)格是否滿足施工需要；審查進(jìn)場管片出廠質(zhì)保資料；復(fù)查進(jìn)場管片外觀質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)督促承包單位進(jìn)行修補(bǔ)。再次，根據(jù)管片接縫防水設(shè)計(jì)要求一般需粘貼防水密封墊，監(jiān)理人員應(yīng)在管片拼裝前對密封墊粘貼位置和粘貼質(zhì)量逐塊檢查。最后，地下鐵道工程施

15、工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299-1999）8.6.5條對管片拼裝質(zhì)量提出了具體的要求。監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)檢查以下內(nèi)容：高程和平面偏差；縱、環(huán)向相鄰管片高差和縱、環(huán)向縫隙寬度；縱、環(huán)向相鄰管片螺栓連接質(zhì)量。3.2.4注漿作業(yè)監(jiān)控。由于盾構(gòu)殼體與拼裝管片之間存在“建筑空隙”，如不及時(shí)填充，勢必產(chǎn)生土層擾動變形，造成地面變形（嚴(yán)重的危及到地面建筑和地下管線的安全使用）或隧道結(jié)構(gòu)變形。注漿作業(yè)是盾構(gòu)法隧道施工控制地面和隧道結(jié)構(gòu)變形主要技術(shù)措施之一，通過壓漿填充“建筑空隙”控制變形量。注漿工藝分為同步注漿、襯砌后補(bǔ)注漿，無論采用哪種工藝，監(jiān)理重點(diǎn)關(guān)注漿液配合比、注漿量、注漿壓力等主要技術(shù)指標(biāo)，并督促二次注漿。3.

16、3盾構(gòu)接收（出洞）階段。盾構(gòu)接收（出洞）階段是盾構(gòu)法隧道施工最后一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在盾構(gòu)出洞前后監(jiān)理需監(jiān)督承包單位做好充分的盾構(gòu)接收的準(zhǔn)備工作，確保盾構(gòu)以良好的姿態(tài)出洞，就位在盾構(gòu)接收基座上。3.3.1盾構(gòu)出洞土體加固。盾構(gòu)出洞區(qū)域土體加固一般與進(jìn)洞區(qū)域同時(shí)進(jìn)行，檢驗(yàn)可參照對盾構(gòu)進(jìn)洞土體加固。3.3.2盾構(gòu)接收基座設(shè)置。盾構(gòu)接收基座用于接收出洞后的盾構(gòu)機(jī)。由于盾構(gòu)出洞姿態(tài)是未知的，在盾構(gòu)接收（出洞）前監(jiān)理仍需復(fù)核接收井洞門中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面為原則），確保盾構(gòu)機(jī)出洞后能平穩(wěn)、安全推上基座。3.3.3在盾構(gòu)出洞前100環(huán)監(jiān)理對已貫通隧道內(nèi)布置的平面導(dǎo)線控制點(diǎn)及高程水準(zhǔn)基

17、點(diǎn)做復(fù)核測量，是準(zhǔn)確評估盾構(gòu)出洞前的姿態(tài)和擬定出洞段掘進(jìn)軸線的重要依據(jù)。監(jiān)理復(fù)核數(shù)據(jù)應(yīng)通過與承包方復(fù)核數(shù)據(jù)的比較，分析誤差是否在允許偏差之內(nèi)，從而正確的指導(dǎo)出洞段盾構(gòu)推進(jìn)的方向。3.3.4洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除（出洞側(cè)）。盾構(gòu)出洞前需對接收井內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土面鋼筋進(jìn)行割除及圍護(hù)砼鑿除。監(jiān)理在洞門圍護(hù)砼鑿除后同樣需對其后土體自立性、滲漏等情況進(jìn)行觀察，判斷出洞區(qū)域土體的加固效果是否滿足盾構(gòu)安全出洞的要求，否則應(yīng)督促承包方采取補(bǔ)救措施。3.3.5盾構(gòu)接收（出洞）準(zhǔn)備工作就續(xù)后，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，在前端刀盤露出土體直至盾構(gòu)殼體順利推上接收基座的過程稱為“盾構(gòu)接收出洞”。該關(guān)鍵環(huán)節(jié)監(jiān)理應(yīng)進(jìn)行旁站監(jiān)督，并重點(diǎn)做好以下工作：觀察出洞洞口有無滲漏的狀況，發(fā)現(xiàn)洞口滲漏督促承包單位及時(shí)封堵。督促承包方及時(shí)安裝洞口拉緊裝置，并檢查其牢固性。4結(jié)語盾構(gòu)法施工近年來在國內(nèi)地鐵建設(shè)中得到了廣泛