地铁盾构施工技术质量控制措施分析.pdf

总658期2023年第28期（10月 上）0 引言地铁运输能够缓解城市交通压力，助力城市绿色低碳发展。在城市轨道交通建设中，地铁隧道常需要穿越铁路、河流、建筑等复杂地段，对国家公共财产和城市居民生活有深广影响。对盾构施工质量控制进行应用技术、作业措施的研究，具有重要的技术应用价值。1 工程概况杭州地铁 10号线一期工程施工总承包标段包含 6座车站和7个盾构区间，线路长9.654 km，盾构区间长7.613 km，盾构区间地下穿越土体主要为复杂粉质黏土层。其中吴家路站-新兴路站区间盾构掘进时，下穿新华河、新老宣杭铁路，里程长1 206 m，应用1 750 kW电驱盾构机，该区间于 2019 年 8 月 20 日盾构始发，2020年11月5日通过验收。2 盾构施工技术概述城市轨道交通线路的纵横交错，得益于盾构机的开山拓土与管片衬砌的有力支撑。地铁盾构施工是靠千斤顶后部加压顶进，切削装置在前挖掘土体，出土机械运出土渣，最后利用管片的力学性能支撑四周土体岩石，形成隧道。盾构施工首先需要施工方在隧道的起点位置和终点位置各建设有一个“工作井”，为盾构设备提供始发与到达的工作界面。随后，施工方吊装盾构机下井到位，依靠千斤顶推力，使盾构机从始发工作井墙壁开孔处推出，在地层中沿着盾构区间的设计轴线挺进，同时不断运出渣土废物、拼接安装衬砌管片。经过正常的掘进，盾构机最终到达工作井，作业人员吊拆，完成盾构任务。在技术方面，掘进参数的选择直接关系着隧道掘进的速度和开挖面的稳定。其中，注浆参数对盾构区间的周围的土体的变形控制与成环隧道的结构的稳定更是具有重要的影响。在盾构掘进过程中，首先，施工方需要根据不同地质、地面情况和全体施工人员以往工作中总结出的经验，设定初始的盾构掘进参数。其次，施工方需要根据现场监测结果随时优化参数，保证盾构机姿态稳定。施工过程中，可以通过研究不同土体地层的掘进特点，分析出在本项目、本区间最适合的盾构掘进参数，确保盾构施工快速掘进且安全。3 盾构施工准备3.1 前期调查前期调查的主要内容是工程地质、水文地质的勘探与地表地貌及建筑物调查的踏勘。地质勘探方面，隧道沿线探孔间距最大50 m且离隧道外3 m为宜。地质复杂地段应加密勘探点，但勘探孔间距不宜大于25 m。建筑物踏勘方面，隧道施工前需要对地面以上的建筑物、道路和交通情况、地面以下的管线等进行调查分析。3.2 设备准备首先进行盾构选型工作，应根据地下地质、隧道外径、隧道衬砌结构形式等条件，经综合比较和技术分析后，选定保证隧道开挖土体界面稳定的盾构设备。其次，施工方需要根据项目隧道施工的施工工艺，设置符合条件的拌浆站，进行盾尾同步注浆。最后，施工方需要选择合适的供电设备、盾构基座、水平及垂直运输设备、洞圈密封装置等，满足盾构吊装、始发、掘进、接收等各阶段以及检修、解体各情况下的盾构施工要求。3.3 作业准备施工方需要根据工程规模、现场条件和盾构设备，对施工现场的道路交通、仓库堆场、消防器材、拌浆系统、临时房屋与水电管线、垂直运输机械设备等作收稿日期：2023-03-03作者简介：吴波（1996），男，河北保定人，助理工程师，研究方向为交通工程（城市轨道交通）。地铁盾构施工技术质量控制措施分析吴波（中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司，北京 101304）摘要：为消除地铁盾构施工中的始发、掘进、到达各阶段引起施工质量不合格的因素，安全、保质、按期地完成施工任务，保证地铁工程项目经济效益，结合工程实例，介绍了盾构施工的准备要点，对地铁盾构施工盾构吊装和吊拆阶段、盾构始发与到达阶段、盾构掘进阶段的质量控制措施进行分析，供相关人员参考。关键词：盾构施工；质量控制；城市轨道交通中图分类号：U215文献标识码：B34交通世界TRANSPOWORLD出合理的现场规划与布置。盾构始发井、接收井的宽度应大于（盾构直径+1.5 m2），进出洞的洞口底标高应高于井底板0.65 m。盾构始发和接收作业时，施工方应进行端头加固，洞圈间隙要密封，保证盾构始发和接收安全。3.4 技术准备在盾构始发前，需要对起吊、注浆、管片运输以及防雨、供电等相关设施设备进行完好性检查，对各工区使用的水准点和控制点进行复核确认。根据地质及水文勘探、地表地貌及建筑物踏勘、工程及盾构施工特点等条件进行风险应急预案和施工组织设计，组织施工方作业人员岗前技术培训，阐明施工要点。其中，盾构施工在穿越风险较大的不良地层、地下管线、地表设施前，施工方应设计专项施工方案，做好复杂地段盾构施工的技术保障。4 盾构施工技术的质量控制措施4.1 盾构吊装和吊拆阶段盾构机吊装时，盾构机主机应该按照中、前、后、刀盘顺序进行下井组装，组装过程中，每根管路标识应清楚明了，管路连接一一对应，连接螺栓强度需满足结构使用要求，构件连接部位密封条需安装到位。在盾构机吊装、吊拆过程中，施工方需要根据被吊装盾构件的大小、重量来确定吊点及绑扎点，对吊索与盾构件绑扎处采取防护措施，确保吊装的平稳、安全。反力架（为盾构机提供反作用力的部件）安装方面，施工方首先需要使用全站仪测定、利用组装门式起重机配合校正反力架安装的水平偏角和倾角，使反力架高程的偏差控制在5 mm以内，左右偏差和上下偏差控制在10 mm以内，不得产生超限倾斜，保证反力架在足够的刚度和强度下，精准承受 1 500 t 的环形作用力。负环管片（为盾构机提供始发向前推进力的单元）安装方面，建议施工方在盾壳内安设圆钢来保证合适的盾尾间隙，保证拼装好的负环管片能顺利推进。在负环管片脱离盾尾时，用木楔垫实负环管片与导轨间隙，负环管片在脱出盾尾后，用钢丝绳将每一环进行紧固，并进行螺栓复紧，保证管片真圆度，防止管片松动。盾构机吊拆时，消防器材、水源等设施需提前到位，机具性能必须良好。施工前，需要将所有牵引油缸收回，将螺旋机闸门油缸、提升油缸、推进油缸缩到底。同时，中折千斤顶收回，拼装机平移装置置于朝下位置，电动葫芦停在单轨梁的后部，双横梁电动葫芦停在拼装平台下双梁后部。然后，清洗土仓、盾体和后部台车，便于焊接吊耳和切割。在进行正式起吊前均需进行试吊作业，检查吊车各部位是否完好，测试起升吊件至离地高度500 mm处悬停5 min，再把吊件从左吊至右侧，在这一过程中测量基坑变形情况，经过测量，显示基坑均安全，则可以继续进行下井吊拆作业。4.2 盾构始发与到达阶段盾构机始发与到达阶段是盾构施工高风险阶段，工序繁杂。其中，端头加固直接关系着施工方隧道盾构施工能否顺利始发和到达，需要严格控制始发与到达端头的地层加固质量，保证始发与到达阶段的土体强度足够、抗渗性强。施工方可使用注浆、旋喷桩、冻结法等加固的方法，加固沿隧道轴线方向长 8.0 m、洞门圈底部以下深 3.0 m、洞门圈两侧各 4.0 m 宽的范围，也可以增设降水井。端头加固后，施工方需要对端头加固的咬合部位进行垂直取芯，沿盾构开挖面圆周进行水平取芯，以检测土体连续和止水性。盾构机掘进到达掌子面或者脱离加固区，施工方在进行施工作业时，很可能会出现盾构机“叩头”、超限的情况。为此，技术上通常采用安装始发导轨、抬高盾构机始发姿态或者进入土体后适当加大下部千斤顶推力来防止这一现象。4.3 盾构掘进阶段以本工程案例实际情况分析，盾构每分钟的正常掘进速度控制在45 cm为宜。施工方还需要注意盾构区间地表沉降，隧道中心线左右两侧10 m横向区域内为盾构穿越房屋复杂地段，此段盾构每分钟的掘进速度控制在23 cm为宜。土仓压力是盾构穿越施工过程中需要研究确定的一个重要技术参数，盾构掘进过程中，刀腔会被挖出的土体填充，所以需要根据不同土质的理论计算确定土压上下值，设定土压，调节排土压力，保障前后土压的平衡。土压可由公式计算得出，例如以下公式为盾构机穿越黏土等低渗透性土体时开挖面前方土体的土压计算公式：P0=K0(H+q)（1）式（1）中：P0为静止土压力；K0为静止土压力系数；为土体容重；H为地层深度；q为土体自重应力。K0和两个物理力学指标可通过地质勘察、土工试验或施工经验得出。施工方需要根据实时的监测数据以及当前的地层情况来调整土仓压力。同时，需要保持渣土排出量与掘进开挖量匹配，保证支撑压力值的合适、稳定，保障盾构机工作状态稳定。管片衬砌对防止围岩变形或坍塌具有决定性作用，应保证管片制作、运输、选型、拼装、修补过程中的质量控制措施充分。管片制作过程中，当管片的混凝35总658期2023年第28期（10月 上）土强度达到设计强度的36%时可脱模，施工方可以利用真空吸附机来吊装管片，防止脱模起吊过程中管片与模具的磕碰。管片运输过程中，管片吊运装车应保证吊具与管片之间的柔性接触，保护管片角部的弧面完整性。堆放管片场地需坚实平整，无积水。管片周围均应设置保护措施，如放置垫木，避免磕碰破碎。如果采用立式放置，则需要单独设置防撞装置，保证管片合理间距，避免撞击破碎。管片选型过程中，管片的平面应与盾构机轴线垂直，如此，推进油缸才能垂直于管片进行推进，保证管片的受力均匀，因此，盾构掘进路线偏离设计路线时，管片选型应适应当时的盾构机姿态。同时，需要注意盾尾间隙过小导致的管片摩擦破坏，否则可能造成管片破损。管片姿态良好、盾尾间隙合适，才能保证管片选型合适、准确。管片拼装过程中，错台对隧道质量影响很大，需严格控制管片错台。首先，应严格控制拼装质量，保证管片错台在允许值之内。其次，在成环后，环向错台容许值为5 mm，纵向错台容许值为6 mm，管片最大裂缝宽度不得超过0.2 mm。对已经完成拼装的管片，为保证施工精度，应进行真圆度抽查，为保证施工质量，应进行二次加固。管片修补过程中，应选用黏接性能好、抗压强度大、力学性能好、耐水、抗冻、美观的材料，修补管片裂缝、崩角、破损处，被修补处应当压实平整。管片修补后，24 h内应防止被水冲淋，进行必要的养护。盾构注浆是通过盾体和管片的预留注浆孔来注入浆液，用来填充建筑空隙、加固地层、控制沉降、堵水防漏，具有增加衬砌接缝的防水功能、改善衬砌的受力状况、防止地表变形、减少隧道沉降量的作用，且有利于盾构纠偏。1）同步注浆。注浆以控制隧道与地面结构变形作用的大小作为评判注浆技术水平和注浆技术效果的原则，注浆浆液需具备良好和易性及可泵性，在注浆过程中，及时清理注浆管路，防止压力异常，当注浆压力达到设计压力时，该位置可停止注入。每环的注浆量应为理论建筑空隙的180%以上。2）二次注浆。在管片脱出盾尾510环时，待同步注浆浆液凝固后进行二次注浆作业。注浆量可根据作业人员检测到的沉降监测数据来进行微调。注浆过程中注浆压力应不大于0.4 MPa，如果盾尾漏浆，则需停注510 min后再行注入。惰性浆液在主要成分加量不变的情况下，只需调节添加剂的加量就能有效控制浆液性能，施工方可以比较方便地通过对注浆浆液性能的调整，更好、更快地适应不同掘进进度、不同地层对注浆浆液性能的要求。盾构机在上软下硬的地层中掘进时，应随时利用信息化系统观测设计线路与盾构掘进路线的差异，控制好盾构机姿态。同时，原始手段的人工复核也很重要，隧道的中线和高程的人工复测对盾构偏离问题的发现和盾构纠偏有重要作用，可避免施工误差超限。5 结束语城市轨道交通建设中各种施工影响因素相互交错，施工情况复杂多变，不同的城市，不同的环境，又需要经过多种地质单元和复杂地段。盾构施工技术以其抗干扰能力强、施工效率高的特点，在诸多城市轨道交通建设方法中脱颖而出，并成为主流。随着盾构施工技术在城市轨道交通建设领域的广泛应用，保证盾构施工的安全和质量尤为重要。本文对盾构施工技术的质量控制措施进行了分析，旨在消除地铁盾构施工中的始发、掘进、到达各阶段引起施工质量不合格的因素，安全、保质、按期地完成隧道建设工程施工任务。参考文献：1 颜振华.建筑工程管理的现状及控制措施分析J.居舍，2020（12）：60.2 王晓军.城市地铁盾构施工关键技术及要注意的若干问题J.建材与装饰，2018（36）：246.3 吴野.地铁盾构施工技术研究J.建筑技术开发，2017（12）：67-68.4 张晓利.盾构法施工对隧洞施工技术改进的方法研讨J.城市建设理论研究（电子版），2017（34）：168.5 张建刚，何川.盾构隧道衬砌整环力学机理模型J.工程力学，2013（7）：136-141.36