浅谈地铁工程特点与盾构法施工的质量控制

【摘 要】 阐述了地铁工程的特点以及盾构法施工的工艺及技术要求，浅谈监理对地铁工程质量控制的要求和任务。

【关键词】 地铁工程；监理；盾构法施工；质量控制

【中图分类号】 TU745.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）03-017-03

1　概述

本篇文章讲述了在地铁建设过程中，地铁工程的特点以及监理部门对是土压平衡式盾构机施工的质量控制，结合本人对南京地铁１０号线Ｄ１０－ＴＡ０６标段监理工作的一些理解，

2　地铁工程的特点与质量特点

2.1　地铁工程项目是一个投资大、建设速度慢、施工技术复杂、危险因素多、与社会环境间的相互影响大的复杂系统工程，大都属于地下结构物，施工方法和技术多种多样，因此有以下特点：①隐蔽性大，未知因素多；②工作面狭窄，施工工序干扰大；③施工作业的循序性强；④作业的综合性强；⑤施工过程的地质力学状态和围岩的物理力学性质是变化的，因此施工是动态的；⑥作业环境恶劣；⑦作业风险性大。

2.2　地铁工程质量的特点是由地铁工程本身的特点决定的。正是由于上述地铁建设工程的特点而形成地铁工程质量本身具有以下特点：①地铁项目质量形成过程复杂；②影响因素多；③质量波动大；④项目质量评定难度大；⑤地铁工程项目周期长。

3　地铁盾构法施工过程中监理的质量控制

盾构法隧道工程是一项综合性施工技术（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）。盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。盾构法的主要优点：施工基本于地下进行，不拘束于风雨等气候条件，对周边设施影响小；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理；土方量少；穿越河道时不影响航运；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，有较高的技术经济优越性。因为盾构法施工技术难度大、质量要求高、不可预测因素多，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工监理监控重点及相应对策，才能真正做到有效地对施工质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。

3.1　盾构始发（进洞）阶段。盾构始发阶段是控制盾构掘进施工的首要环节。在盾构始发前、后各项准备工作中监理需监督承包单位做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备进洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠的前提下能顺利进洞。

3.1.1　盾构进洞土体加固。为了确保盾构进洞施工的安全和更好地保护附近的地下管线和建（构）筑物，盾构进洞前须对进洞区域洞口土体进行加固。监理人员应重点关注以下三方面： ①加固土体与地连墙间隙封闭，监理审查土体加固专项方案中是否有相应的处理措施，一般可采用注浆、旋喷等方法封闭该间隙，并监督承包方予以落实。②加固土体的强度必须满足设计要求，可通过对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员进行见证。③洞口割除围护结构背土面钢筋及凿除砼后，监理人员监督承包方合理布置探孔（选择有代表性部位，不少于５处）以进行加固土体的均匀性检验，观察探孔有无渗漏或流砂等异常情况。

3.1.2　盾构始发基座设置。盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上。监理应重点复核以下内容：①在基座设置前，监理人员对洞口实际的净尺寸、直径、洞门中心的平面位置及高程进行复核。②盾构始发基座的设置依据包括洞门中心的位置、设计坡度与平面方向。监理人员应复核基座顶部导向轨平面位置及高程，确保盾构机能以最佳的姿态进洞。

3.1.3　盾构机及配套设备井下验收。盾构法隧道施工主要依靠盾构机及配套设备完成掘进任务，工作井内空间狭小，需将盾构机及配套设备分节吊装运至井下，并在井下安装、调试和试运转。土压平衡式盾构机及配套设备构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂系统、监控系统等组成。监理在井下验收工作中的重点是对盾构机及配套设备主要部件的系统检查和核对，并对试运转情况进行见证，验收合格可批准盾构机及配套设备投入使用。

3.1.4　后盾支撑系统安装。盾构前进的动力由千斤顶提供，而盾构始发时千斤顶顶力是作用在后盾支撑系统之上。一般后盾支撑系统是由钢反力架、钢支撑、临时衬砌（负环管片）等组成，监理应重点关注后盾支撑系统是否有足够的刚度和强度，确保在顶力作用下不发生变形。

3.1.5　洞门围护结构凿除（进洞侧）。盾构法施工一般以车站主体结构两端端头井作为盾构始发井和接收井。盾构在始发前须对始发井进洞侧洞口围护结构进行分次凿除（一般分为两次，第一次先割除背土面钢筋及凿除围护结构砼，第二次进洞前再清除迎土面钢筋），凿除围护结构后通过打探孔可进一步观察土体自立性、渗漏等情况，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。

3.1.6　盾构进洞装置安装。由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙，易造成泥水流失，从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移，因此需安装进洞装置。一般包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈等。监理应重点对进洞装置安装的牢固情况进行检查，确保帘布橡胶板能紧贴洞门，防止盾构进洞后同步注浆浆液泄漏。

3.1.7　盾构始发进洞。盾构进洞准备工作就续后，为减少正面土体暴露时间，盾构从始发基座导轨上应及时向前推进，使盾构切口切入土层直至盾构壳体进入洞口的过程称为“盾构始发进洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：①观察割除围护结构迎土面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体。②观察盾构进洞期间洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。③检查前仓土压力设置是否合适，观察土仓有无砼块，发现后督促承包单位及时清除。④第一环正环拼装前检查最后一环负环管片的拼装位置。⑤检查千斤顶使用状况，防止盾构进洞后出现姿态“上飘”现象。

３.２　盾构试掘进和正式掘进阶段。根据盾构法施工工艺的特点，盾构安全进洞后需通过前１００环试掘进寻求最佳施工参数，为全线的正常推进提供符合实际土层特点的技术参数。不论在试掘进还是正式掘进阶段，监理可以通过观察盾构机控制室内仪器仪表显示的数据、审查承包单位上报的盾构掘进施工报表、通过监测数据分析隧道及地面沉降情况等手段进行动态监控，及时掌握和分析施工技术参数变化，检查盾构掘进中的姿态、管片拼装的质量、注浆作业的效果等，督促承包单位采取相应的措施确保盾构掘进施工质量和周边环境的安全。

3.2.1　盾构机施工参数管理。由于土压平衡式盾构采用电子计算机控制系统，能自动控制刀盘转速、盾构推进速度及前进方向，并及时反映掘进中的施工参数。因此，对盾构施工参数的管理应贯穿于盾构掘进过程的始终。监理可通过审查承包方施工报表，观察盾构机控制室内监控设备等手段，动态掌握施工参数的变化。

首先，土压平衡式盾构机掘进的原理是建立开挖面前后水土压力平衡。初始进洞阶段是从非土压平衡逐步过渡到土压平衡，再到出洞阶段由土压平衡逐步过度到非土压平衡，即土压力设定是变化的（在理论数值上它与土体容重、覆土深度、侧向土压力系数有关）。监理应通过计算理论土压力与实际设定土压力进行比较，督促承包方设定满足施工的土压力。

其次，盾构以切口环作为密闭土仓，盾构推进中切削后土体进入密闭土仓，随着进土量增加建立一定的土压力，再通过螺旋输送机完成排土，而土仓压力值是通过出土量来控制的。因此，出土量的多少、快慢与设定的土压力值密切相关，监理人员可通过计算比较每环理论与实际出土量，判断出土量是否正常。

再次，盾构掘进的速度主要受盾构设备进出土速度的限制，若进出土速度不协调，极易出现正面土体失稳和地表沉降等不良现象。监理应重点督促承包方均衡连续组织掘进作业，当出现异常情况时（如遇到阻碍、遇到不良地质、盾构姿态偏离较大等），应及时停止掘进，封闭正面土体，查明原因后采取相应的措施处理。

最后，支撑环周围的千斤顶推动盾构的掘进，推力的大小与盾构掘进所遇到的阻力有关。在每环推进前，监理应根据前面几环承包方申报的盾构推进的现状报表，分析盾构趋势，督促承包方正确的选择千斤顶的编组，合理地进行纠偏。

3.2.2　盾构掘进姿态控制。所谓盾构姿态具体是指盾构掘进中现状空间位置（包括高程和平面位置），盾构姿态控制就是将盾构轴线控制在设计允许偏差范围内。根据《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）8.4.4条（2003版）规定“盾构掘进中应严格控制中线平面位置和高程，其允许偏差均为±50mm，发现偏离应逐步纠正，不得猛纠硬调”。监理首先应熟悉和掌握设计线型要求，即隧道平面曲线和竖曲线的线型情况（包括里程、长度、坡度、半径等），其次还应重点监控以下内容：①盾构姿态测量数据包括自动测量数据和人工测量复核数据，监理人员可对两类数据综合分析、比较，动态掌握数据变化情况，正确指导盾构正确、安全地推进。②盾构在推进过程中会产生不同程度的偏向（尤其是在曲线段）。偏向的因素很多（如地质条件、机械设备、施工操作的因素等等），一般可通过调整千斤顶编组或使用纠偏材料（粘贴在管片上）进行纠偏。监理人员应做到及时根据盾构姿态测量数据分析盾构姿态，在每环管片拼装前对盾构姿态进行复查，发现偏差，督促承包方实施合理的纠偏措施，避免误差累积。

3.2.3　管片拼装控制。管片是在盾壳的保护下在盾尾拼装成环形成隧道的，它是盾构法施工的关键工序。管片拼装的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。因此，为确保管片拼装的质量满足设计和规范的要求，监理应重点抓好以下环节：

首先，《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）8.11条对管片制作质量提出明确的要求：制作管片模具的精度符合规范要求；制作管片类型、管片脱模后成品外观质量及尺寸偏差满足设计和规范要求；管片的砼抗压强度及抗渗指标满足设计要求；管片的检漏检测和三环试拼装检验符合规范要求。

其次，管片运输至现场后，监理进行复查。重点包括：根据管片排序图核对进场管片规格是否满足施工需要；审查进场管片出厂质保资料；复查进场管片外观质量，若发现缺陷应及时督促承包单位进行修补。

再次，根据管片接缝防水设计要求一般需粘贴防水密封垫，监理人员应在管片拼装前对密封垫粘贴位置和粘贴质量逐块检查。

最后，《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）8.6.5条对管片拼装质量提出了具体的要求。监理应重点检查以下内容：高程和平面偏差；纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度；纵、环向相邻管片螺栓连接质量。

3.2.4　注浆作业监控。由于盾构壳体与拼装管片之间存在“建筑空隙”，如不及时填充，势必产生土层扰动变形，造成地面变形（严重的危及到地面建筑和地下管线的安全使用）或隧道结构变形。注浆作业是盾构法隧道施工控制地面和隧道结构变形主要技术措施之一，通过压浆填充“建筑空隙”控制变形量。注浆工艺分为同步注浆、衬砌后补注浆，无论采用哪种工艺，监理重点关注浆液配合比、注浆量、注浆压力等主要技术指标，并督促二次注浆。

3.3　盾构接收（出洞）阶段。盾构接收（出洞）阶段是盾构法隧道施工最后一个关键环节。在盾构出洞前后监理需监督承包单位做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态出洞，就位在盾构接收基座上。

3.3.1　盾构出洞土体加固。盾构出洞区域土体加固一般与进洞区域同时进行，检验可参照对盾构进洞土体加固。

3.3.2　盾构接收基座设置。盾构接收基座用于接收出洞后的盾构机。由于盾构出洞姿态是未知的，在盾构接收（出洞）前监理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），确保盾构机出洞后能平稳、安全推上基座。

3.3.3　在盾构出洞前100环监理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复核测量，是准确评估盾构出洞前的姿态和拟定出洞段掘进轴线的重要依据。监理复核数据应通过与承包方复核数据的比较，分析误差是否在允许偏差之内，从而正确的指导出洞段盾构推进的方向。

3.3.4　洞门围护结构凿除（出洞侧）。盾构出洞前需对接收井内围护结构背土面钢筋进行割除及围护砼凿除。监理在洞门围护砼凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断出洞区域土体的加固效果是否满足盾构安全出洞的要求，否则应督促承包方采取补救措施。

3.3.5　盾构接收（出洞）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“盾构接收出洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：①观察出洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。②督促承包方及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。

4　结语

盾构法施工近年来在国内地铁建设中得到了广泛的应用，多年来人们不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术。这些都对监理人员的素质提出了更高的要求，监理人员应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的对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的监督管理。

参考文献

1　中国建设监理协会编.建设工程质量控制[M].中国建筑工业出版

社，2003

2　周直主.工程项目管理[M].人民交通出版社，2000

3　陈馈等.盾构施工技术[D].人民交通出版社，2009

4　地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999 国家质量技术监督

局.中华人民共和国建设部，1999