超大直径盾构越江隧道质量管理和控制分析

2021-01-18王波

散装水泥 2021年3期

王波

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京 210000）

随着我国经济迅猛发展和城市化进程不断加快，超大直径盾构机技术在越江隧道施工中得到了广泛应用。超大直径盾构施工技术对施工工艺要求较高、施工技术相对复杂，对参与施工的相关部门和施工监理单位提出了更高的要求。因此，在对超大直径盾构隧道进行质量控制时，要深入分析实际工程项目施工中的质量通病，并提出相应的控制策略，通过超大直径盾构技术的应用为工程建设提供技术支持，提高隧道施工整体质量。

1 工程概况与布置

1.1 工程总体布置

艮山东路过江隧道西起12号大街与23号大街交叉口以东、东至大江东滨江二路互通立交（规划）接线，主要包括过江隧道、综合管廊（约1 600m）、机电、装修、地面接线道路等工程。过江隧道主线工程全长4 616m，其中隧道段4 462.26m，路基段153.74m；设风塔2座，管理中心1座。根据功能、路线埋深的不同以及施工需要，分为下沙暗埋段、下沙工作井（接收井）、盾构段、大江东工作井（始发井）、大江东暗埋段、大江东敞开段、路基段等。

1.2 隧道横断面布置

越江隧道的横断面布置分为两个阶段：第一阶段为盾构阶段。盾构阶段为圆形横断面，圆形隧道的横断面分为上、中、下三大部分，上部主要布置排烟通道，中间为行车道层，底层是服务层。车道宽3.5×2+3.75=10.75m，路缘带宽度0.5 m，侧净宽度0.75m，总宽12.25m。隧洞外直径14.5m，内直径13.3m，管片厚度0.6m。环径为2m，环段为9+1，采用普通楔行环方式进行错缝拼接，以及斜螺栓连接。第二阶段为明挖段。主隧道明挖暗埋段横断面为两车道孔+中间管道廊道；开口明挖段为 U形结构，工程设备主要布置在两侧边墙上。

2 超大直径盾构越江隧道施工要点

（1）超大直径盾构驾驶者要熟练掌握机械性能，正确操作盾构机械，避免发生隧道轴线、地面沉降等问题。

（2）实时检测越江隧道的沉降，一旦发生突发事件，需要在第一时间进行施工参数调整。

（3）需要收集超大直径盾构实际施工参数，并结合实时监测数据资料进行分析，充分发挥盾构在纠正隧道轴线和地面沉降等方面的作用，从而为江底施工提供数据保障。

（4）相关人员要熟练掌握相关构件拼接工艺技术，以保证整体施工质量。

3 超大直径盾构越江隧道施工质量管理与控制

3.1 工程管线较长，规模较大

艮山东路过江隧道主线全长4 614m，工程面多、线路长、规模大，越江隧道眼线构造多、管线多、实际施工困难。同时，工程所需施工方法、大型设备较多。在江的两岸边段采用明挖现浇钢筋混凝土结构，施工主要采用SMW工法桩、重力式挡墙及地下连续墙等多种围护结构。除有关土建工程外，还包括空调、通风、排水、照明供电等多项工程设备的安装。工程实际规模较大，所采用的施工方法和设备管理是施工中的重点和难点。

交代结构(即钠长石交代集合体)：主要由叶片状钠长石和糖粒状钠长石两种组成，次有石英、针状电气石。叶片状钠长石(即板柱状、柱状)：其粒度为0.1mm×0.1mm，最大粒度为1mm×2mm，一般为0.5mm×1mm，糖粒状钠长石晶体大小一般为0.1mm×0.1mm。

根据工程建设特点，无论是政府还是施工监理单位都需要提前介入工程质量管理工作，做好相关重点与难点的沟通。一方面，要加强预控能力。施工单位首先要对实际施工设计方案和监理单位进行统一规划，对比较重要的方案要提前进行设计，对施工监理、验收等环节要提前做好准备，对相关技术的应用也要提前协调。另一方面，需要设立专家小组。本工程中专家小组充分利用相关数据资源，为施工项目的全过程提供数据支持，使工程中出现的问题在第一时间得到解决，保证了施工质量。

3.2 参建单位较多，协调困难

艮山东路越江隧道工程是一个较为复杂的系统工程项目，参与单位比较多，如总承包商、施工单位、设计单位、材料供应商、政府部门、分包单位等。因此，在工程实际施工期间，如果需要施工协调则牵涉单位较多，如果无法在一开始就得到协调结果，很可能会延误施工进度、影响施工质量。所以，如何用科学有效的方法进行协调工作管理是该项目的重点和难点问题。

（1）成立各单位项目协调小组。由各单位的项目主管下一级成立协调小组，也可由其中一个单位成立施工质量管理小组，配备现代化OA系统和 BIM技术系统，以建立一个工程项目平台，供各单位主管之间进行沟通协调。

（2）与参与施工的各单位负责人做好内部沟通。主要针对施工项目进行宏观管理分析，这样做可以在一定程度上防止工程出现较大质量问题。

（3）明确各参建单位的管理责任。在艮山东路过江隧道工程建设过程中，参建单位较多，各参建单位之间要签订相关合同，建立相应的管理制度，细化施工进度计划和管理制度，明确各责任单位，避免因各参建单位管理责任划分不清而造成施工质量问题。

3.3 复杂条件下超大直径盾构推进

艮山东路过江隧道采用单圆双线盾构形式，盾构段全长3 210m。盾沿地质构造较为复杂，覆土浅、净距小、盾构埋深大，这种情况对大型盾构设备和工程现场管理都有很高的施工要求。

（1）超大直径泥水平衡盾构进出洞。在盾构出洞段施工中，覆土层厚度浅、净距小，虽然属于浅覆土盾构施工范围，但安全风险相对较大，在施工质量控制层面无法有效掌握，洞门封堵是施工中的技术重点。在实际施工过程中，相关技术人员必须按要求使用设备性能极高的密封止水设备，在出洞时密封装置才能起到保护作用，验收时也要严格遵守出洞条件。在这个过程中需要成立管理小组，有效协调、管理现场。

（2）盾构段埋深较大，最大埋深为44.2m，这对盾构施工提出了很高要求。要科学合理地根据工程实际情况选择合适的盾构机型号，计算盾构机尾部壳体的强度，防止盾构推进过程中出现盾尾变形而引发施工安全问题。

（3）长距离贯通测量分析。艮山东路过江隧道盾构全长3 210m，盾构贯通面在贯通过程中会出现纵向或横向的错位问题，为有效避免错位，需要在越江隧道中心点进行定位。由于施工环境比较复杂，需采用现代化的GPS控制网，在施工控制的基础上，布设涵盖沿线单线工程的测量控制网，以保证工程数据的准确性。

（4）盾构穿越沼气层。根据《艮山东路过江隧道工程有害气体探测专项报告》得出，艮山东路过江隧道工程下沙段浅层发现明显有害气体，③7砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、⑥2淤泥质粉质黏土夹粉土、⑥21砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、⑥31层淤泥质粉质黏土检测到有害气体存在；过江段和江东段浅部地层未发现明显有害气体。根据实际的现场探测情况，本工程的⑥2层、⑥31层为气源层，③5层、③7层、⑥2层、⑥21层、⑥31层、⑥3层为储集层，浅部粉砂性地层土的孔隙较大，对天然气的圈闭作用很差，不具备大量存储有害气体的条件。

3.4 轴线与地面沉降控制

3.4.1 轴线的控制

（1）管片的选型。合适的管片选型可以更加精确地控制施工轴线，特别是在施工过程中使用的通用环管片，通过管片旋转时对应不同方向的楔形量，确定管片转动角度。实际工程中若能正确选择管片转动角度，可以提升施工装配的整体质量，从而保证越江隧道符合轴线设计。此外，在超大直径盾构机施工中，环形管片作为盾构推进的后盾设备，起着引导盾构推进的作用。

（2）盾构姿态的控制。超大直径盾构姿态控制是盾构技术施工的主要环节。推进过程中，主要以千斤顶为动力向前推进，这样便于控制主轴。采用千斤顶推进时应严格控制盾构机推进速度，同时，盾构驾驶人员通过实时监控系统随时查看盾构推进过程的方位信息，及时调整推进姿态和推进方向，以减少纠偏量。

3.4.2 地面沉降的控制

（1）为了使盾构推进的实测资料更加准确，需要建立良好的信息沟通网络。在盾构推进过程中，要充分利用信息数据的实时反馈控制地面沉降，使盾构各轴线位置的沉降点保持一致，以便及时跟踪沉降相关数据，及时调整相关参数。

（2）在推进过程中，需要控制切口水压波动范围在±0.01MPa内，以使切口和土壤保持稳定，减少对土壤的伤害。

（3）根据现场施工的实际地面沉降情况，及时调整水泥相关数据指标，以保证开挖面的安全稳定。

（4）有效控制浆液质量，同步注浆工艺参数，对于沉降量范围较大的区域进行补浆。

3.5 同步施工分析

同步施工是艮山东路越江隧道施工重点，也是决定隧道超大直径盾构推进和整体内部结构质量安全问题的核心部分。该施工工序较多，在大直径盾构推进过程中，输送浆料、输送管片以及运输车辆往来较为频繁，同时，在越江隧道内还有许多大型构件吊装及运输组织等活动，如果缺乏管理秩序，势必造成严重的安全事故，直接影响施工工序。总承包施工方案中应明确同步施工的管理程序，包括施工技术管理、组织措施、管理措施等内容。艮山东路过江隧道工程中的同步施工管理包括车辆限速、行人通行专区、设立临时调度员等，这些都是保障施工顺利进行的举措。