盾构工法是我国城市地铁隧道建设的主要工法,施工人员熟悉和掌握地铁隧道的施工质量控制重点及方法,对保证隧道的安全生产及质量具有重大意义。

关键词:盾构工法;施工质量;控制重点;措施   引言       我国城市地铁隧道建设正步入快速发展的轨道,由于盾构工法具有工期短、造价低、施工领域宽、自动化程度高等特点,因此得到广泛应用。就沈阳地铁2号线土压平衡盾构的施工实践,论述盾构隧道质量的控制方法,并对一些质量控制重点及方法进行探讨。 1 盾构始发阶段 1.1 盾构端头井土体加固(始发)等相关质量控制       在盾构始发时,提高地基强度,防止沉陷,防止地下水突出及土砂等流入端头井内,需进行洞圈周围土体的加固和改良。常用方法有搅拌桩法、药液注入法、冻结法等。无论采取何种方法,加固和改良的效果是质量控制的关键。       (1)加固效果要通过在不同部位、不同深度钻心取样等手段进行验证,确保满足设计要求。       (2)降低地下水位。在始发期间,端头井周围地       下水位要降至洞圈以下1.5—2m,要实施实时监测,并有备用降水井和降水设备。       (3)临时墙拆除。这是在盾构施工中最应引起注意的一道作业,有很大的危险性。国内外有多种始发掘进的方法:①根据地基改良等情况保持始发井前面土体稳定的同时,拆除临时挡土墙进行掘进。②将始发部位做成双层墙结构,边拔除前面的墙边掘进。③用盾构机边直接切削临时墙边掘进。现在多采用第一种方法。拆除临时墙时应掌握门封的具体结构,制定针对性的措施。拆除临时墙的时间应在盾构机调试达到稳定推进条件后。临时墙与盾构机间应预留不小于1.2m的作业空间。拆除临时墙前应钻梅花型探孔(不少于5点)观察,观察时间不少于12h。考虑到综合因素,始发推进尽量选在白天上午。目前正在开发一种盾构机刀盘直接切削的新材料来替代钢筋,可以不必拆除临时墙,无需释放土体应力,就可以使盾构机安全推进,值得关注。       (4)出洞止水密封装置安装。帘布橡胶板上的安装螺栓必须齐全紧固,防翻卷装置加工牢固,帘布橡胶板紧贴洞门,防泥水流失。       (5)始发出洞应做如下工作:①洞门凿除后,盾构机应迅速靠上洞口土体。②观察洞口有无渗漏,如有应及时封堵(应急封堵材料及排水设备)。③盾构机土仓内不得有砼块、钢筋等,临时墙周边钢筋不得伸入盾构切削圆周内。④第一正环拼装时检查最后一负环管片的位置、真圆度等。⑤控制推进千斤顶的使用情况,防止盾构机磕头或上飘。⑥严格控制负环管片的真圆度。 1.2 盾构始发设备 1.2.1 盾构机基座质量控制重点       (1)位置及尺寸。基座设置前,应对洞中的实际净尺、平面位置、直径及高程进行复核,确定基座的位置和高程。盾构姿态的调整,测量基点的布置。(2)基座的加固焊接质量,导向轨的夹角,基座的防移动加固。(3)考虑设计坡度和盾构机预沉降防范措施(可将预先抬高基座20cm以内)。(4)前端应有防盾构机磕头装置。 1.2.2 反力架       反力架由临时管片(负环管片)、反力架、调节装置等部分组成。质量控制重点: (1)必须尽可能地保持负环管片的真圆度。(2)使用钢材等按设计调整正1环与竖井坑口部位的位置关系。(3)负环顶部作为运输开口时,必须用钢材加固该开口。(4)反力架的支撑中,受力混凝土的强度,要达到设计推力的要求(初始推力约在800t以内)。 1.3 盾构机及后配套设备质量控制       盾构机在隧道内有只能进不能退的特点,因此盾构机的质量是隧道能否顺利施工的关键,现场应有厂方经验丰富的组装和调试工程师。现场应加强对隐蔽组装部位以及盾构机出洞后不便观察检查等部位的检查验收,如刀盘安装螺栓(力矩、数量)、止水密封圈、同步注浆和加泥系统的止回装置等。始发前主要对盾构进行部件、系统功能性、运转状况进行验收,应制定详细的验收表格,逐项验收,确保盾构机的组装调试质量。 2 盾构试掘进和正式掘进阶段       盾构机在初始推进时,需进行各功能系统的带载试验,完善各功能系统,并进行整合。同时在掘进过程寻求最佳施工参数,为全线正常推进提供符合土质特点的基本施工参数。试掘进过程基本在100环左右。无论是试掘进还是正式掘进都需加强过程管理来保证盾构施工的安全,保证隧道施工质量。www.tmgc8.com 2.1 土压式盾构的掘进管理流程实例(见图1) 2.2 开挖面的土压力管理       (1)理论土压力值计算       理论的土压力值是个范围值,其公式为:       上限值Pmax=地下水压力+静止水压力+预备压力(约取10—20kN/m²)       下限值Pmin=地下水压力+(主动土压力或松动土压力)+预备压力(约取10—20kN/m²)       由于盾构机工况复杂,合理的土压力是变化的,这要通过与理论值进行对比,并不断通过综合监测,利用千斤顶推力、速度、螺旋机转速等参数进行调整,以保证掘进面的稳定。       (2)设置备用的土压力计,异常时切换使用。       (3)设置土压计的更换机构进行检查和更换。 2.3 切削土量的管理      为了保持开挖面稳定,顺利进行掘进,就必须确切地排出与掘进量相一致的切削土砂。由于地质改良关系,切削土体积与重量将产生变化,不能单独地进行切削土量计算,通常与土压力一起考虑,来判断开挖面的稳定状态。切削土量的管理方法有重量管理和体积管理两种,都需要通过计算与理论出土量进行比较。这也是选用渣土车的台数及体积需要考虑的。通过出土量的统计和计算,可以判断超挖量和掘进面是否出现了塌方。由于螺旋机转数不太容易记录,一般不用螺旋机的转数来计算出土量。 2.4 推进速度与推力       (1)盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制,若出土速度不协调,极易出现土面土体失稳和地表沉降等不良现象,因此推进应尽量均衡连续作业。(2)千斤顶推力是盾构前进的动力,正确地使用千斤顶是盾构能否沿设计轴线(标高)方向准确前进的关键,应根据盾构趋势,合理选择千斤顶和设定千斤顶的推力。 2.5 盾构机姿态控制要点       (1)盾构姿态的测量数据包括自动测量数据和人工测量数据。人工测量数据是对自动测量数据正确性的检测和校正。两类数据要进行比较、分析,动态掌握数据变化情况,正确指导盾构机正确、安全地推进。(2)基准点的前移和复测。隧道内测点设置间距大约为20—50m,隧道内测点必须定期复测和修正。(3)以测量结果为基础,绘制盾构及管片与设计线之间的位置关系图。(4)发现盾构机偏向时,应及时纠正,不得猛纠硬调。进行大方向的纠正时,要确保盾尾间隙,可采用纠偏材料、异形管片进行纠偏。 2.6 管片拼装的质量控制       管片拼装是盾构工法的关键工序,管片拼装质量的好坏直接影响隧道结构的使用功能和安全,为此应重点做好以下工作: (1)按《地下铁道工程施工及验收规范》的要求,对管片进行严格验收。(2)管片运输、搬运时要防止损伤边角和防水装置。(3)管片拼装要符合设计要求(通缝或错缝)。(4)管片接缝间严禁夹有杂物(如砂土等)。(5)管片定位应慎重,防止接头表面碰撞和挤坏止水装置。(6)按组装顺序收缩该部位的千斤顶,不可全缩。(7)轴入插入K型管片难以向下方向错动,而端部有微上翘的倾向。(盾尾长度要加长到管片宽度的1/3至1/2)要充分注意不要损伤管片及产生密封材料的剥离。(8)管片定位后,首先拧紧管片螺栓,再拧紧环接头的螺栓。(9)待拼装一环管片后,利用全部的盾构千斤顶均匀压紧新拼装的管片,正式紧固。一般在盾尾后方10—15m左右,需按设计力矩再度复紧。(10)拼装管片时,接触面要严密对准,防止拼装中的管片与已有管片的转角处成点接触或线接触状态,在受千斤顶推力时会产生缺陷和开裂。当盾构方向与管片方向不同时,盾尾会挤伤管片,此时就要瞬时改变盾构的方向,以杜绝挤压。(11)K管片的位置变化可进行细微纠偏,但需注意不可将管片拼装成通缝。(12)在负环管片拆除或掘进终了,管片脱离盾构机时,在二次注浆不充分或没固化时,一般应采用钢材将端头的10环左右管片连接成体,防应力释放、环缝增大或管片移动。 2.7 同步注浆       同步注浆主要起固定管片,防止地基变形、止水等作用。注浆质量直接影响到隧道长期防水效果,因此要认真对待。www.tmgc8.com       (1)壁后注浆材料中的流动性、强度、收缩率、水密性及胶凝时间都是选用材料的指标,应定期检查试验。       (2)施工时应注意事项:①注浆的配比(可参考相似工程实例);②材料在搅拌时的投入顺序;③水泥及膨润土的分散状态和杂物是否混入;④搅拌时间及有无离析;⑤注浆位置;⑥注浆压力及注浆量;⑦盾尾密封的泄漏及向开挖面陷进情况。       (3)注浆量一般按计算空隙量的143%来注入;注浆压力在管片注浆口处一般为13kgf/cm³。应以注浆实际效果的反馈来指导具体施工。 3 盾构机到达的质量控制 3.1 盾构进洞区域土体加固       盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行,对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。 3.2 盾构接收基座设置        盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机,由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收(进洞)前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置(一般以低于洞圈面为原则),确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。 3.3 进洞前盾构姿态监控       在盾构进洞前约100环应对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量,是准确评估盾构进洞前姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。 3.4 洞门围护结构凿除(进洞侧)       盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除,通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察,判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求,否则应采取补救措施。 3.5 盾构接收进洞观察       盾构接收(进洞)准备工作就续后,盾构机向前推进,在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节重点做好以下工作: (1)观察进洞洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏及时封堵; (2)及时安装洞口拉紧装置,并检查其牢固性。 4 结语       盾构法隧道工程是一项综合性施工技术(如包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等),通过多年不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术,在地铁建设中得到了广泛的应用。盾构法施工技术也在原有的基础上不断发展(单元、小直径逐步向多元、大直径),国内盾构施工技术也取得了可喜的成绩。这对施工人员素质提出了更高的要求,更需施工人员通过不断学习和实践,熟悉这些相关的施工技术,掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策,才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。   参考文献: [1][日]地盘工学会著(牛清山,陈凤英,徐华译).盾构法的调查、设计、施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008. [2]张凤祥,朱合华,傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.
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