地铁隧道盾构法施工质量控制措施

徐国栋

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

地铁隧道是贯穿于地铁工程的重要建设形式，因其施工环境复杂，对施工技术提出较高的要求，通常基于盾构法展开施工作业。

盾构法在应用中存在诸多技术要点，加强质量控制十分必要。

1 盾构施工法

1.1 基本原理

盾构机是主要施工设备，开挖过程中可维持周边土体的稳定性，以免出现坍塌现象，同时提供隧道掘进、出渣功能。施工过程中可在机内拼装管片，构成完整的衬砌结构，期间周边土体处于稳定状态，在安全的环境下顺利完成隧道的修筑作业。盾构法的工程理念中，以尽可能减少围岩扰动量为基本目标，以最快的速度完成地铁隧道施工作业，在形成地铁隧道主体结构的同时维持周边既有建（构）筑物的稳定性。图1 为盾构施工示意。

图1 盾构机井下施工示意

1.2 阶段划分

盾构施工包含3 个阶段：①始发作业阶段，例如设置盾构工作井，根据施工需求选择合适型号的盾构机并安装等；②掘进阶段，此时的工作量较大，如盾构连续掘进、设备转换等；③盾构到达阶段，主要指的是各项收尾工作，如针对接收井洞口土体的加固处理，有序组织盾构机的拆卸作业等。

2 地铁隧道盾构法施工技术

2.1 盾构始发、接收

盾构施工涉及到的各阶段中，盾构始发、接收是重要工作。破除洞门围护结构后，全方位检查掌子面的土体情况，以便给盾构机的运行提供便捷的条件，使其能够有效顶到掌子面[1]。若洞口出现渗漏现象，则要视实际情况采取合适的补救措施。此外，检查仓内压力，并做好混凝土块等杂物的清理工作。

2.2 正式开始掘进

结束盾构始发后，即可进入到掘进环节，期间要注重对管片拼装的检查以及盾构姿态的调整。加强监测，例如掘进时的推力、扭矩等，各项指标都要稳定在合理范围内。为给掘进施工提供正确的引导，需选择具有代表性的试验段（长度以100 m 为宜），根据此段的盾构掘进施工效果修正设计参数，以便盾构施工作业可顺利推进[2-3]。此外，盾构姿态对施工效果的影响较为显著，因此要加强监测，严格控制盾构轴线偏差，不可超出许可范围。

2.3 盾构接收

盾构接收为收尾环节，但依然会对盾构效果带来明显影响，因此要得到施工人员的高度重视。实际工作中，需兼顾隧道轴线的复测、洞门止水帷幕的施工、盾构机导轨的安装等多个环节，在各项准备工作无误后才满足盾构接收的条件。此外，要在现场布设合适的控制点导线，使盾构机按照设计的姿态要求顺利进洞。

3 地铁隧道盾构法施工质量控制措施

3.1 开挖土体和开挖面支护

伴随盾构施工作业的持续推进，铲除后的土层需要统一转移到土体存储仓内。开挖作业的难度较大，易出现土层的水土压力失衡现象，因此要加强对土仓内部压力的控制，通过此途径调整水土压力，使其处于均衡状态。而达到此效果的关键是控制螺旋输送机的工作状态，如转动速度，并视实际情况调整千斤顶的推进速度，使各项参数相协调，各套设备协同运行。通过对螺栓输送机运行速度的控制，可灵活调整输送机的工作状态，如输送土量、切削扭矩等，使开挖的土量控制在合理范围内。

3.2 加强管片质量控制

管片制作是重要环节，同时难度也相对较大，包含钢筋笼焊接、模具组装、浇筑、振捣以及养护等关键工序。管片的钢筋骨架应满足稳定、高精度的要求，可通过钢筋焊接靠模的方式实现；配备专业的吊装工具，避免吊装过程中出现扭曲变形等问题；清理钢模中的杂物，无误后方可浇筑作业，合拢前要做好模板的清理工作；挑选满足要求的原材料，按照特定的配比生产高性能混凝土，浇筑期间加强振捣；在满足强度要求后即可出模，随后通过遮覆养护的方式保证管片质量，以免因失水等情况导致管片出现裂纹。

3.3 机器设备

盾构机运行中易发生姿态偏差，例如设备中心与管片中心不能完全达到同心。对此，需灵活调整盾构机设备，可通过调整铰链千斤顶行程的方式，使其维持同心关系。

3.4 施工管理

制作好的管片存放时应放置垫木，起到缓冲作用。按照操作方式的不同，吊装包含立吊和平吊两类，因此要选择合适的吊具，全程遵循轻吊慢放的原则，严格控制堆放量，最多为3 层；在车辆运输过程中，要加强对行车速度的控制，做到慢速且匀速。可以用橡胶板粘贴在车厢上，避免管片与车厢直接碰撞，通过橡胶板的缓冲作用有效保护管片。对于管片的拼装作业，应逐块拼装到位，检查各个接缝处的防水条，不可出现破损现象；曲线段的施工难度更大，其对于管片的环向定位精确度提出了更高的要求，因此要严格按照规范施工作业，加强质量控制。

3.5 盾构设备始发、接收施工要点

首要工作是确定盾构施工线路，严格控制轴线位置，使其偏差在许可范围内，避免对施工质量造成影响，或是出现资金浪费等现象。盾构的始发和接收施工难度较大，对设计方案提出更高的要求，必须在前期准备充分，并采取动态化控制措施，以地质条件为依据，准确判断盾构施工条件，灵活调整工艺方法，使盾构始发和接收顺利完成。

3.6 盾构推进和衬彻管片拼接

千斤顶在盾构施工中的作用是提供足够的推力，以便盾构可持续向前推进，期间将受到地层的阻碍，例如土体的压力以及盾体自身在运行中所形成的摩擦阻力。要考虑总阻力情况，经过科学的计算后确定盾构推力，要给予机械设备推力适当的富余量，以便增强在施工中的适应性。

3.7 盾尾脱空和衬砌壁后注浆

通过千斤顶的推动作用，盾构机能够持续向前运行，安装在盾壳内部的管片易出现脱离盾壳的现象，导致衬砌外围形成不同程度的建筑空隙，并伴有明显的地层损失，若缺乏合理的处理措施，将导致地面发生大范围沉降。对此，在盾构推进时必须持续向盾尾空隙内注浆，此举具有多重作用：①缓解地表沉降甚至完全消除，避免出现土层损失；②确保结构稳定性，避免发生衬砌管片位移现象；③强化隧道整体功能，使其具有更强的防水能力。为满足注浆需求，准备4 根注浆管并将其置于盾尾内侧，分别向各注浆孔同步注浆。施工中及时检查孔内的静水压力，确定各孔的实际值后计算并得到总和，要求所得结果需略小于注浆压力，期间浆液要沿着特定的轨迹流动，不可出现土舱内渗入浆液的现象。

3.8 预防隧道轴线偏差的措施

（1）加强对平衡压力的控制，根据实际情况灵活调整出土量，缩小与理论值的差距，控制好开挖进尺，不可出现超挖或欠挖现象，施工中盾构机的姿态要维持合理的状态。

（2）盾构施工中要做好关键控制指标的监测工作，同时要复核测量基站。

（3）若存在盾构姿态偏差，则要及时调整，保证盾构过程中设备均按照既定的隧道轴线安全推进，纠偏作业不可盲目，要做到“少量多次”，纠偏过急将直接影响管片的施工效果，出现管片错台等问题。

4 施工监测方法

（1）地表沉降监测。地表沉降可以反映盾构掘进过程中围岩变形的全过程，特别是在下穿既有建筑物或在其附近有建筑物时，必须对地表沉降情况进行严格监控：建立地面沉降监测网，按二等水准测量的要求进行精确测量，监测基点埋设在沉降影响范围以外的稳定区域内，以基点为标准水准点进行沉降监测，并绘制沉降随时间变化曲线、沉降随距掌子面距离的变化曲线，据此可以判断围岩的稳定状态，注意在施工过程中要定期对监测基点进行联测、复核，确保起算点的准确。

（2）地下管线变形监测。地铁施工所经处管线一般较多，荷载的改变会引起土层的位移，不均匀位移可造成地下管线的变形，管线变形过大会导致管线的破坏，要严格控制，按照地下管线位置图，探明地下管线的具体位置，每隔一定距离或在管线重点接头处埋设抱箍式标志。施工过程中保护好测点，在不宜开挖的地方，用钢筋直接打入地下，其深度与管底平齐，用水准仪直接量测测点标高，计算管线沉降量和差异沉降量。

（3）收敛变形。隧道开挖后，周边点的收敛是围岩和支护力学形态变化的最直接反映，根据设计图纸要求，管片拼装完成后，将收敛预埋件埋设于拱腰位置，应使预埋件位于同一轴线上，测线同管片拱顶沉降布设在同一断面，根据量测数据作出时间-沉降及距离-沉降曲线，以此判断隧道的稳定性。如果数值变化过大，应采取措施改善周围岩体或土体的稳定性；改变开挖方法，以减小开挖对周围土体的扰动；调整施工参数，加强支护等措施，以确保收敛值在允许范围内。

5 结束语

综上所述，盾构施工是地铁隧道工程的重要环节，盾构机作为施工关键设备，盾构机钢壳具有较强的支护能力，通过千斤顶提供推力，使盾构机向前移动，有序完成切削土体、输送土渣、设置衬砌等环节的相关工作。目前，盾构法已经成为地铁隧道工程的主要施工方法，作为施工单位，在积极引入该方法的同时，还要实现创新与发展，保证盾构施工质量。