盾构隧道掘进施工的质量管理和验收用表编制

蔡文豪 李 婕

（1．广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510500；2．广州地铁集团有限公司，广东 广州 510380）

一般来讲，隧道的掘进施工分为明挖法和暗挖法，其中盾构法就是暗挖法的一种。由于它可以实现土体开挖、管片安装、盾构掘进、渣土输运等全自动机械化作业，具备高度智能化、高度自动化、高效施工速率以及施工作业非常隐蔽、对周围环境影响小等诸多优点，而广泛应用于地铁隧道的掘进施工中。盾构法已经成功地应用于各种复合地质条件和各种复杂地形，其各项施工技术亦得到了长足发展[1]。在地质条件合适的区段，盾构法施工早已成为地铁区间隧道掘进施工的优先方法。其大致施工过程如下：当盾构机在土壤中向前掘进时，安装在盾构机前方的旋转切削刀盘对岩土进行切削，传送装置将切削下来的土体运至已成型隧道的运土工具中，而依靠盾构机坚固的外壳支撑外部土体压力和提供进动力，当盾构机掘进一段距离后，自动安装预制管片并与已成型隧道拼接。这种“挖掘前进-拼接管片”的过程即为盾构过程。

相较于传统的矿山法，盾构法无疑具有施工过程安全、劳动强度低、施工快捷高效等前者无法比拟的优点。随着我国越来越多城市地铁的修建，盾构法也被越来越多的建设者、研究人员乃至普通民众所了解，而其缺点也逐渐暴露：首先是盾构管片的生产、运输和存放管理问题。由于管片的拼接需要极高的精度，一个环节的错误都将造成无法挽回的损失；其次是盾构管片错台、管片破损等质量问题。由于管片拼接后一般是不可逆的，任何一点质量缺陷都是永久的安全隐患。因此，盾构隧道掘进施工过程中的风险管理越来越受到地铁建设者们的重视，这对于节约施工成本、降低安全事故、提高安全生产效率有着重要意义[2]。

1 盾构隧道的技术难点

盾构法施工的过程为了尽可能、最大限度地减小对周边建筑物、构筑物的扰动，一般可使用盾构机压力仓中的泥土压力和盾构机坚实的钢壳来实现被动支护[3]。这种支护形式对预制管片同样带了巨大挑战。一般来讲，一条盾构隧道的贯通离不开以下三个阶段：

一是盾构始发阶段。该阶段按照设计要求，在指定位置明挖盾构始发井，并对始发井进行加固，然后将盾构机零部件吊装至井内并安装调试；

二是盾构掘进阶段。该过程主要是按照设计线路、结合盾构机的自动导向系统进行土体挖掘-管片拼装；

三是盾构到达阶段。该阶段与始发阶段相反，主要进行盾构机的拆装、运力地面等工作。

由于盾构机的体型巨大、地铁隧道直径大、埋深深，加之复杂、多变的地质条件因素，盾构隧道的主要技术难点体现在以下三个方面：

（1）管片渗水。管片渗水是盾构隧道常见的一种病害，在建和运营隧道中时有发生。管片渗水通常是由于管片自身质量瑕疵、止水带损坏、衬砌注浆不足等原因造成，且多发生于管片拼接缝以及螺栓处。渗漏水若不及时处理，会加速隧道内金属设备锈蚀，严重时引起积水。

（2）管片错台。所谓错台是指管片拼接时拼接缝两侧弧面不平整，一般是由岩土压力不均或是其他应力集中问题造成。错台问题若不及时控制，会严重影响列车运行安全。

（3）管片破损。管片破损可出现在管片预制、运输、存储和拼接等任何一环节，破损的管片极大地影响了地铁隧道的使用寿命。

盾构隧道在施工掘进过程中，除了隧道自身出现的一些技术难点之外，盾构机以及盾构掘进过程也会集中表现出诸多技术难点问题，例如盾构始发、螺旋输送机的喷涌现象、刀盘泥饼现象、中途尾刷更换技术等。

2 盾构隧道技术控制重点

首先，盾构机的选型。盾构机的选型是否合适，对盾构掘进的效率、施工质量乃至盾构的成败都起着关键作用。要根据地质条件、线路埋深等因素选取参数合适的盾构设备。由于盾构机面临复杂多变的恶劣地质环境，参数不合适的盾构机可能会导致机器经常出现故障停机等情况，从而影响工程进程。

其次，科学合理的掘进工艺。施工工艺很大程度上对施工质量其决定性影响，因此，选择科学、合理的掘进工艺尤为重要。就一般工程经验而言，大部分不合理的掘进工艺体现在盾构管片设计、拼接和盾构机安装、运行参数选取等方面，这些都是在使用中应避免的。

再次，盾构机的姿态控制。按照相关规范要求，盾构隧道贯通后隧道中心线偏离误差不能超过50 mm，这就需要掘进施工过程中，对盾构机的方向进行密切监控和及时纠偏。

最后，二次补浆的控制。正如前文所述，渗漏水是盾构隧道常见病害，而衬砌背后注浆不足就是导致其出现渗漏水的原因之一。因此，二次注浆主要用来应对管片渗漏水问题，但是注浆过程应保证注浆压力在一定范围之内，否则就会造成补漏失败或增加管片压力等后果。

3 盾构隧道验收用表编制

基于上述质量管理和质量控制的要点，依据《盾构法隧道施工与验收规范》（GB 50446—2017）和《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015）等相关标准规范的要求，盾构隧道区间质量验收用表在通用表格的基础上应增加表格：《管片钢模及拆除工程质量验收记录》《管片进场检验批质量验收记录》《盾构掘进施工质量验收记录》《管片注浆检查质量验收记录》《成型盾构隧道工程检验批质量验收记录》。

由于管片质量与其预制工艺质量密不可分，而管片钢模的精度很大程度决定最终盾构管片的精度，因此，首先将管片钢模拆除工程质量验收和管片进场质量验收合并介绍。《管片钢模及拆除工程质量验收记录》和《管片进场检验批质量验收记录》表格的编制主要基于混凝土管片生产工艺及质量控制措施。地铁盾构隧道的管片形式有钢管片和混凝土管片两种，后者是其主要形式，在实际工程中，一般要求其抗渗等级不低于P10、强度等级不低于C45。作为隧道的主要受力构件，不仅要求其外观和精度达到规范要求，对其结构强度、耐久性、耐腐蚀性等性能提出了更高要求[4]。

预制混凝土管片的生产工艺大致可总结为模具的制作与校核、脱模剂的涂抹、配筋与混凝土浇筑、混凝土的养生、拆模等几个部分。为了控制混凝土管片的精度，首先要求严格控制模具和组模的精度。组模时应特别注意检查各模具对应位置脱模剂涂抹是否均匀，查看各模板连接处的胶带是否脱落，模具的拧紧连接螺栓是否推到合适标志位置，各拧固螺栓的装配顺序是否合规。只有严格控制上述各项要求符合相关规范，才能有效保证模具安装不丢失精度。此外，每一个模具拼接完成之后，都应对其尺寸偏差进行检测并作详细记录，模具精度要求见表1[4]。

表1 混凝土换片模具精度要求

因此，《管片钢模及拆除工程质量验收记录》表应涵盖模具制作、组模及使用性能要求、避免脱模剂污染、管片出模强度、钢模容许偏差、预留孔中心线位置允许偏差等验收项目。这些仅仅是管片钢模制作和使用过程中的质量要求和验收项目，在钢模拆除过程中，应按照规定顺序依次拆除各紧固螺栓。严禁使用蛮力对模板进行敲打，应使用专用设备将脱模管片进行起吊、清理、拆除。此外起吊过程中应保持管片及钢模的受力均匀，避免因受力不均造成模具变形。因此，《管片钢模及拆除工程质量验收记录》表验收项目中，应继续增加钢模拆除工程质量验收相关内容和验收项目。

盾构管片是盾构隧道的最重要的衬砌结构和最核心的保护屏障，它承载了土层、地下水以及其他特殊载荷的压力。由于结构的特殊性，盾构管片还是盾构隧道的永久衬砌结构，每一片管片的质量对整个隧道的质量都起着至关重要的作用。因此，在盾构管片进场时就应该对其进行严格质量把关，《管片进场检验批质量验收记录》也因此编制。由于盾构管片分为钢管片和混凝土管片两种类型，该表格的验收项目应分别从两种类型的管片方面进行考虑。其中，混凝土管片进场验收应记录其混凝土强度、抗渗等级、管片结构性能、几何尺寸和主筋保护层厚度偏差等；钢管片进场验收应记录其外观质量、外观裂缝、表面锈蚀情况、几何尺寸偏差和钢管片焊缝等。此外，二者皆应记录一般缺陷的管片数量，作为总体样本的占比分析。

为保证地铁隧道盾构施工顺利安全推进，盾构掘进过程要时刻注意以下4个事项[5]：

（1）实时推算反馈相关作用力，设置合理参数以确保盾构机掘进过程的平稳顺利。最重要的是控制盾构隧道的掘进方向，以及保证其超欠挖在一定的范围内，按照规范要求，该值应该控制在±5 mm；

（2）采取有效的、针对性的措施来控制管片在施工过程的上浮。盾构隧道下穿硬质地层或者上软下硬地层过程中极易发生上浮，施工过程应密切注意采用一致饱和度注浆、设置合理顶推力等措施来控制管片上浮；

（3）制定详细计划确保盾构机始发和达到时安全、有序、顺利进行。盾构机体型巨大、结构复杂，其始发和到达一般要进行下吊、组装、离吊、拆解等作业，通常面临作业空间小、工序复杂、精度要求高，甚至部分工程还面临小转弯半径始发和分体始发等挑战，需要在事前制定详细计划；

（4）严格控制各项参数，以最大限度地减少盾构作业对周围环境的影响、特别是避免岩土崩溃和地面沉陷等事故的发生。地铁隧道掘进常有隧道涌水、涌沙、地陷等事故伴随，如控制不当可能引起更大的灾害，因此，在掘进施工过程中应严格控制各项参数，以确保施工安全和减少对外环境的影响。

鉴于此，《盾构掘进施工质量验收记录》表应涵盖开挖面土体稳定与否、管片和管片防水密封质量、螺栓质量及拧紧程度、掘进过程中的壁后注浆、地表沉降值、隧道轴线平面位置、隧道轴线高程等验收项目，并且在施工中应加强对上述参数的监控。

如前文所述，管片注浆的主要目的是于填充管片衬砌与岩土之间的缝隙，并封堵隧道内的渗漏水。管片注浆过程中，首先用单浆将压力控制在一定范围，并观察渗漏水点情况，并依此来调节注浆压力。在无法封堵渗漏水的情况下，可以使用注入双浆或者提高注浆压力的方法进一步堵漏。因此，《管片注浆检查质量验收记录》表的验收项目应包含注浆材料、注浆质量、及时注浆、注浆检查及清洗等。

按照地铁盾构隧道掘进施工工序，当前述所有工序完工后便进行区间的整体验收，对于始发推进后的隧道还需进行百环验收。成型盾构隧道的质量验收主要是从整个区间隧道来评估和验收其质量的优劣，与检查单一的管片区别开来。《成型盾构隧道工程检验批质量验收记录》表的验收项目包括了以下九个内容：

①结构表面无裂缝；②管片接缝严密与否；③隧道防水；④衬砌结构不侵限界；⑤隧道轴线平面位置；⑥隧道轴线高程；⑦衬砌环直径椭圆度；⑧衬砌环内错台；⑨衬砌环间错台等。

需要注意的是，《管片进场检验批质量验收记录》重点关注的是单个管片的质量；而《成型盾构隧道工程检验批质量验收记录》则重点关注整体隧道的质量。前者是单元，后者是整体。二者虽有差异，但却是一个有机的整体，只有将单元的质量控制好了，才能保证整体的质量；而整体的质量又包含每一个单元的质量。

4 结语

由于设备的特殊性和工艺的先进性，盾构隧道的质量管理和安全风险管控备受关注。盾构管片发挥了盾构隧道永久衬砌的功能与作用，因此，其质量监督和质量把关更是盾构隧道安全的重中之重。正因此，盾构隧道区间质量验收用表在通用表格的基础上应新增一系列关于管片生产工艺及质量控制的表格，并在生产中严把质量关，在工程应用中严格落实各项安全质量要求，并按照规范做好质量验收工作。