地铁盾构施工的质量管理.doc

地铁盾构施工的质量管理
Subway Shield Construction
Quality Management
(黄良杰)

摘 要：随着社会经济和城市规模的快速发展，人民生活水平也得到极大提高，近几年来福州市的私有汽车数量持续增长，历史古城的市政交通环境已不堪重负。如果不采取有效措施，交通环境将严重影响福州市的可持续发展。因此，福州市政府规划在未来20年内建设7条地下轨道交通线路，以改善交通环境。其中1号线长28.8公里，计划2014年建成通车；2号线长26.5公里，计划2018年前建成通车。地铁的建设需要严谨科学理论作为指导，丰富的施工经验作为基础。本文通过对地铁盾构管片施工过程中主要的四种工程质量问题影响的重要性判别，规范要求解读，成因分析，探讨其具体预防措施，以阐述盾构隧道管片质量管理的方法及其重要性,从而为提高工程质量作理论准备。
Abstract: Along with the social economy and urban scale of rapid development, people's living standard have been improved significantly in recent years, the number of private cars in Fuzhou continue to grow, historical ancient municipal traffic environment already crumbling. If you don't take effective measures, the traffic environment will seriously affect the sustainable development of Fuzhou city. Therefore, Fuzhou city government planning over the next 20 years construction 7 underground transit lines to improve traffic conditions. Which line 1 long 28.8 kilometers, plan 2014 completed and open to traffic, No.2 line length 26.5 kilometers, plan 2018 years ago completed and open to traffic. The subway construction required rigorous scientific theory as guidance, abundant experiences as the foundation. This article Through identifying the importance of four major quality problems , interpreting Codes, analysing causes , exploring the specific preventive measures of the subway shield tunnel segment quality problems during the construction, to elaborate the methods and importance of shield tunnel segment quality management. so as to prepare theory for improving the quality of the project.
关键词：盾构隧道 渗漏 错台 裂缝 质量管理
Key words: shield tunnel leakage dislocation cracks quality management

1 社会背景
随着“沿江向海、东扩南进西拓”发展战略的实施，福州城市规模迅速扩大。据预测，到2020年，福州主城区总人口将达到475万人，是目前的近两倍，福州的主城区面积将扩大1.46倍，城市交通也会日益拥堵。
福州小汽车的拥有量快速增长，同时每天约有102万人次乘坐公交车。而福州目前的公共交通已不堪重负，在公交路线集中的市中心等地，高峰时段十分拥挤，有时5～6辆公交车同时停靠在一个车站。
同时，对于福州这个历史悠久的文化名城来说，城市发展明显受到道路空间扩张的限制。
正是这种状况，催生了《福州市轨道交通网络规划》，实行以轨道交通为骨干的公交优先政策，已成为共识。
地铁的设计使用年限一般为100年。为贯彻“百年大计，质量第一”的政策方针，在地铁建设施工过程中，应该有一套系统的质量管理程序，以对施工中经常发生的质量问题，有针对性的制定对策和预防措施，达到保证工程质量的目的。
目前国内外修建地铁隧道的主要施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法、盾构法等。其中盾构法是隧道按挖法的一种。盾构法施工因其独特的优越性而得到最广泛使用。本文从盾构施工中存在的主要质量问题入手，探讨影响地铁盾构施工问题的主要因素，制定对策和措施，已到达保证地铁隧道质量的目的。
2 地铁盾构施工中存在的质量问题与地铁隧道的技术要求
随着国内外盾构地铁隧道工程经验的不断积累，逐步形成了较成熟的盾构地铁隧道设计、施工的计算理论和实践体系。但地铁盾构施工仍存在一些尚未得到很好解决的问题，如：盾构隧道的渗漏、隧道管片错台、管片破损、裂缝等。
盾构隧道渗漏是指隧道管片纵环接缝之间或结构面表面出现湿渍、滴水、线漏、和泥沙等现象。一般盾构隧道工程的防水等级为二级，二级的防水具体要求为：结构表面不允许漏水，表面可以少量湿渍，总湿渍面积不应大于总防水面积的6‰；任意100m²防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2 m²。地铁隧道渗漏容易导致漏电、断电、信号不稳定甚至中断等一系类影响地铁正常运营的质量问题。
隧道管片错台即为每相邻管片的高差和纵向相邻环管片的交错。规范要求错台高差控制为：管片在盾尾内拼装完成后，每环管片相邻管片高差6mm；地铁建成后，每环管片相邻允许高差10mm，纵向相邻环管片允许高差15mm。隧道管片偏差会影响隧道表面质量和隧道整体受力结构，同时受到管道偏差超出允许范围也容易造成受到轴线超限。隧道错台根据其管片间高差大小可分为严重质量缺陷和轻微质量缺陷。
隧道管片破损主要是指在各种内、外力作用下，隧道管片产生的各种开裂、破损等现象。一般情况下，能修复的隧道破损为轻微质量缺陷；如果破损严重，会影响到隧道结构的防水、安全时则认为是严重质量缺陷。
裂缝是指隧道管片上产生的裂隙。因为其不利于隧道防水、反腐，对隧道安全将产生较大且较长期的危害，规范明确规定地铁隧道管片结构表面上不允许出现裂缝。隧道管片裂缝被定为严重的质量缺陷。
3 地铁盾构施工中质量问题产生的原因及预防措施
3.1 渗漏
渗漏往往发生在地铁隧道管片与管片的交接缝处，但是管片之间的交接缝却不一定是隧道管片质量缺陷产生的地方。由此，准确判断隧道管片渗漏产生的本质原因就显得尤其重要。
3.1.1 渗漏产生的原因
1) 管片制作方面原因分析
管片制作过程中可能产生的将会导致管片渗漏的原因可以归纳为：管片制作材料工艺不佳、管片制作精度不足、管片接缝防水质量缺陷等。
在管片制作过程中，混凝土的配合比、水泥标号，水泥用量、入模温度、浇捣工艺、养护时间、养护温度、养护湿度、外加剂掺量等都会对管片成品的防水质量造成一定的影响。
管片制作精度在管片制作工艺中是一个重要的先决条件。如果管片制作精度不足，管片拼装后每一环产生的误差最终将累计叠加在一起，影响管片间的密封条件，一起渗漏，甚至造成严重的质量缺陷。
管片接缝防水施工的质量缺陷可能是引起地铁隧道渗漏的一个直接原因。管片接缝防水也是控制盾构隧道防渗的关键技术。
2) 管片破损方面原因分析
隧道管片精度要求高，任何细微的损坏都有可能造成其质量缺陷。管片在装车、运输、保存、施工过程中的磕碰、磨损等都有可能造成管片的损坏，从而隧道渗漏的原因之一。
3) 管片施工方面原因分析
盾构隧道的施工工艺是影响隧道防水工程质量的一个关键因素。掘进过程控制不当，盾构与管片的姿态不好将影响到管片的拼装质量，造成管片间错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。管片错位装拼，装拼不到位也将引发渗漏。壁后注浆有控制地面沉降、充当隧道防水的第一道防水防线的作用，壁后注浆施工质量缺陷有可能会引起管片渗漏。
3.1.2 渗漏预防措施
1) 严格按照设计要求科学进行硂的搅拌、浇注、养护，出厂前进行严格质量检查并进行与拼装。
2) 管片在装车、运输、保存、施工过程要格外小心，注意保护，避免磕碰、磨损等造成管片损坏。
3) 保持管片基面干净，保证止水条黏贴牢靠，安装工程中要经常检验，发现止水条损坏要及时更换。
4) 选用缓膨时间较长的橡胶止水条，施工中要对其涂刷缓膨剂，发现其脱落要及时处理。
3.2 错台
管片错台是拼装好的管片同一环各片，或者是管片与管片之间的内弧面不平整。管片的错台，一般是由于受力不均匀造成的，当某点的集中荷载超过了承载极限后，必然会导致管片的相对位移。
3.2.1 错台产生的原因
1) 管片选型不当，管片拼装的中心与盾构机中心不同心，管片与盾尾相碰，为了安装管片，人为将管片径向偏移，造成错台。
2) 管片安装时，在盾尾残留的渣土未清理干净，尤其是底部，有时是盾尾漏泥沙，清理困难，在此位置的某片管片很难就位，甚至螺栓难以插入，造成错台。或由于采用人工操作机械安装，安装时不按照规范要求，未调整好管片内环面平整度，引起错台。管片安装完毕后，未采用保圆装置，以及管片螺栓未按照要求复紧造成错台。
3) 注浆压力过大引起的错台。在掘进过程中，当围岩状况或隧道轴线曲率发生改变时，如果注浆和压力条件不及时调整，当注浆量过大，压力过高时将引起管片错台。
4) 盾构机姿态控制不当，或者由于其它原因姿态不利控制时候，引起盾构机姿态大幅度调整。管片脱离管片时，受到盾构机壳体的挤压力而造成管片错台。有时错台甚至会延续多环。
5) 施工完成后管片的错台管片上浮或隧道围岩条件发生变化也会造成管片错台。
3.2.2 错台防止措施
1) 优化线路曲线设计，尽量避免小直径的曲线段。根据设计线路确定管片，对于曲线半径较小的，可以采用较小宽度的管片。
2) 合理配置各种类型的管片，转弯管片的比例必需达到实际施工的需求，严格控制管片螺栓的质量。
3) 在施工过程中，依据实际施工情况，根据不同类型的管片设计参数，选择合理类型的管片，保证管片轴心与盾构机轴心一致.施工时主要以千斤顶形程差，和盾尾间隙等为依据。
4) 安装管片时，必须严格执行操作规范。
5) 严格注浆管理，根据不同地层，调整不同的注浆方式，控制注浆压力。
6) 不应对盾构机姿态过急的调整。
总之，因为每个工程都有其自身的特点，发生错台的原因都不完全相同。当施工中，发现管片错台时，应分析相应原因并及时调整施工，一般可得到有效控制，从而保证了隧道的质量。
3.3 管片破损
大多数管片的破损,都伤及钢筋，即使修复也将容易受到再次的损坏，管片的损坏对永久结构的使用寿命有一定的影响
1. 管片破损产生的原因
1) 吊运和拼装过程中的碰撞，边缘部分混凝土的脱落。
2) 千斤顶撑靴顶在管片上不正(盾尾间隙不均匀时)会使管片内侧或外侧的混凝土破损。
3) 盾构机姿态调整时,急于纠偏造成受力不均匀、千斤顶行程差过大而导致受力不均出现管片损坏。
2. 管片破损防治措施
1) 在吊装、运输、安装过程中应做好防护措施，做好保护工作。
2) 盾构机姿态调整不宜过急，适当安排千斤顶形成差。
3.4 裂缝
1. 裂缝产生的原因
1) 混泥土各向异性影响。
2) 混凝土内外温差影响。
2. 裂缝的预防措施
1) 严格选择混凝土材料、优化各材料配合比例。
2) 合理控制混凝土浇注、养护的环境温度，湿度。
4 质量管理过程
质量管理的过程是发现问题、分析问题、处理问题、总结分析的一个过程。在地铁隧道盾构施工项目管理工程中，应反复循环进行发现问题、分析问题、处理问题、总结分析的过程，以最大限度的提高施工质量。盾构施工是一个流水式作业，高度机械化施工的过程，这个过程中隐蔽着各种各样的质量问题。在设计施工过程中充分考虑各方面影响因素，优化设计施工。

参考文献
[1]李鸿威,刘树亚.地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进办法.西部探矿工程.2003年 第12期.88～86
[2]北京城乡建设委员会.地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999. 1999.06.
[3]周文波著.盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社.2004.11.
[4]朱伟译.日本土木学会编.隧道标准规范(盾构篇)及解说.北京:中国建筑工业出版社.2005.12.152～153
[5]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨.隧道建设.洛阳: 2003年第1期.4～6