地鐵盾構(gòu)法隧道施工質(zhì)量監(jiān)控重點(diǎn)及對(duì)策

內(nèi)容摘要】盾構(gòu)法隧道施工在上海地鐵建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛。在實(shí)施盾構(gòu)法隧道施工監(jiān)理工作
                  中監(jiān)理人員應(yīng)熟悉和掌握施工質(zhì)量監(jiān)控重點(diǎn)及相應(yīng)對(duì)策，從而為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的監(jiān)
                  理服務(wù)
【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)法隧道  監(jiān)理  監(jiān)控重點(diǎn)  對(duì)策
 
㈠引言
      近年來(lái)，為適應(yīng)城市發(fā)展需要和滿足城市居民日益增長(zhǎng)的出行需求，上海市地鐵建設(shè)不斷加快了建設(shè)步伐。根據(jù)上海地區(qū)軟土地質(zhì)的特點(diǎn)，地鐵區(qū)間隧道建設(shè)一般都采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機(jī)為隧道掘進(jìn)設(shè)備，以盾構(gòu)機(jī)的盾殼作支護(hù)，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，以開(kāi)挖面上拼裝預(yù)制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。盾構(gòu)機(jī)的類型有多種，目前在上海地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中以土壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。土壓平衡盾構(gòu)工藝原理是利用安裝在盾構(gòu)最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來(lái)的土進(jìn)入刀盤后面的密封艙內(nèi)，井使艙內(nèi)具有適當(dāng)壓力與開(kāi)挖面水土壓力平衡，以減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)地層土體的擾動(dòng)，從而控制地表沉降或隆起，在出土?xí)r由安裝在密封艙下部的螺旋運(yùn)輸機(jī)向排土口連續(xù)的將土渣排出。由于地鐵盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量要求高、不可預(yù)測(cè)因素多。因此，監(jiān)理人員應(yīng)熟悉和掌握盾構(gòu)法隧道施工監(jiān)理監(jiān)控重點(diǎn)及相應(yīng)對(duì)策，在監(jiān)理工作中才能真正做到有效地對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，從而為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的監(jiān)理服務(wù)。 本人有幸參加了地鐵二號(hào)線西延伸工程的施工監(jiān)理工作，在區(qū)間隧道掘進(jìn)施工監(jiān)理過(guò)程中，通過(guò)不斷摸索與總結(jié)，也積累了一些菲薄的工作經(jīng)驗(yàn)， 以下就以土壓平衡式盾構(gòu)為例，對(duì)隧道掘進(jìn)施工中監(jiān)理應(yīng)監(jiān)控的重點(diǎn)及采取的對(duì)策，談幾點(diǎn)體會(huì)，以為拋磚引玉。
 
㈡正文
1.盾構(gòu)始發(fā)（出洞）階段
      盾構(gòu)始發(fā)（出洞）階段是控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工的首要環(huán)節(jié)。在盾構(gòu)始發(fā)（出洞）前、后各項(xiàng)準(zhǔn)備工作中監(jiān)理需監(jiān)督承包單位做好充分的技術(shù)、人員、材料、設(shè)備準(zhǔn)備，并對(duì)盾構(gòu)是否具備出洞條件予以審查，確保盾構(gòu)在安全可靠的前提下能順利出洞。
1.1盾構(gòu)出洞土體加固
      為了確保盾構(gòu)出洞施工的安全和更好地保護(hù)附近的地下管線和建（構(gòu)）筑物，盾構(gòu)出洞前需對(duì)出洞區(qū)域洞口土體進(jìn)行加固。土體加固的方法較多（如水泥攪拌樁加固、旋噴樁加固等），但無(wú)論采用何種加固方法，對(duì)土體加固的效果檢驗(yàn)始終應(yīng)作為監(jiān)理重點(diǎn)控制的內(nèi)容。在確保加固效果滿足設(shè)計(jì)要求前提下，才能同意盾構(gòu)出洞，否則應(yīng)督促承包方及時(shí)采取補(bǔ)救措施。針對(duì)土體加固監(jiān)理人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三方面：
      ⑴加固土體與地墻間隙封閉
      由于加固土體與地墻之間存在間隙，監(jiān)理在審查土體加固專項(xiàng)方案時(shí)應(yīng)審查承包方是否在方案中有相應(yīng)的措施，一般可采用注漿、旋噴等方法封閉該間隙，并監(jiān)督承包方予以落實(shí)。
      ⑵加固土體的強(qiáng)度
      加固土體的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求是衡量加固效果的首要指標(biāo)，可通過(guò)對(duì)進(jìn)出洞加固范圍內(nèi)不同深度土體采用鉆芯取樣檢測(cè)的方式加以驗(yàn)證，監(jiān)理人員應(yīng)對(duì)承包方鉆芯取樣過(guò)程進(jìn)行見(jiàn)證，確保取樣工作的真實(shí)性。
      ⑶加固土體的均勻性
      檢驗(yàn)加固土體的均勻性目前尚無(wú)相應(yīng)的工具、手段，可通過(guò)打探孔方式進(jìn)行觀察。監(jiān)理人員應(yīng)監(jiān)督承包方在洞口割除圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土面鋼筋及鑿除砼后，合理布置探孔（選擇有代表性部位、數(shù)量一般不少于5個(gè)），現(xiàn)場(chǎng)觀察探孔有無(wú)滲漏或流砂等異常情況，作為判斷土體加固效果的輔助手段。
1.2盾構(gòu)始發(fā)基座設(shè)置
      盾構(gòu)始發(fā)前需將盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確的擱置在符合設(shè)計(jì)軸線的始發(fā)基座上，待所有準(zhǔn)備工作就緒后，沿設(shè)計(jì)軸線向地層內(nèi)掘進(jìn)施工。因此，盾構(gòu)出洞前盾構(gòu)始發(fā)基座定位的準(zhǔn)確與否，直接影響到盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)好壞。監(jiān)理在檢查盾構(gòu)始發(fā)基座時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核以下內(nèi)容：
      ⑴洞門位置及尺寸
      在基座設(shè)置前，監(jiān)理人員應(yīng)采用測(cè)量工具對(duì)洞口實(shí)際的凈尺寸、直徑、洞門中心的平面位置及高程進(jìn)行復(fù)核。
      ⑵盾構(gòu)始發(fā)基座位置
      盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)置依據(jù)不僅包括洞門中心的位置、還包括設(shè)計(jì)坡度與平面方向。在始發(fā)基座設(shè)置完畢，為確保盾構(gòu)機(jī)能以最佳的姿態(tài)出洞。監(jiān)理人員應(yīng)復(fù)核基座頂部導(dǎo)向軌的位置（平面位置及高程），確保盾構(gòu)擱置位置和方向滿足設(shè)計(jì)軸線的要求。
1.3盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)備井下驗(yàn)收
      盾構(gòu)法隧道施工主要依靠盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)及配套設(shè)備完成掘進(jìn)任務(wù)，由于受工作井內(nèi)空間限制，需將盾構(gòu)機(jī)及后配套臺(tái)車分節(jié)吊裝運(yùn)至井下，并在井下安裝、調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)備構(gòu)成主要由盾構(gòu)殼體（包括刀盤及切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾）、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。監(jiān)理在井下驗(yàn)收工作中的重點(diǎn)是對(duì)盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)備主要部件和系統(tǒng)檢查和核對(duì)，并對(duì)試運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行見(jiàn)證，在驗(yàn)收合格前提下可批準(zhǔn)盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備投入使用。以下為本工程日本小松φ6340土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)為例，對(duì)盾構(gòu)機(jī)井下調(diào)試、驗(yàn)收項(xiàng)目作一介紹。

1.4 后盾支撐系統(tǒng)安裝
      盾構(gòu)前進(jìn)的動(dòng)力是通過(guò)千斤頂來(lái)提供，而盾構(gòu)始發(fā)時(shí)千斤頂頂力是作用在后盾支撐系統(tǒng)之上。一般后盾支撐體系是由鋼反力架、鋼支撐、臨時(shí)襯砌（負(fù)環(huán)管片）等組成，監(jiān)理在監(jiān)督過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注后盾支撐系統(tǒng)是否滿足其技術(shù)要求，即后盾支撐系統(tǒng)必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，確保在頂力作用下不發(fā)生變形。
1.5洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除（出洞側(cè)）
      地鐵盾構(gòu)法隧道施工一般以車站主體結(jié)構(gòu)兩端端頭井作為盾構(gòu)始發(fā)井和接收井。盾構(gòu)在始發(fā)前需對(duì)始發(fā)井出洞側(cè)洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分次鑿除(一般分為兩次，第一次先割除背水面鋼筋及鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)砼至迎水面鋼筋，第二次出洞前再清除剩余部分)，一方面清除盾構(gòu)出洞前障礙，另一方面第一次鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)后通過(guò)打探孔可進(jìn)一步直觀的觀察盾構(gòu)出洞土體加固的效果。監(jiān)理在洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除后應(yīng)對(duì)其后土體自立性、滲漏等情況進(jìn)行觀察，判斷出洞區(qū)域土體的實(shí)際加固效果是否滿足盾構(gòu)安全出洞的要求。
1.6盾構(gòu)出洞裝置安裝
      由于隧道洞口與盾構(gòu)之間存在建筑間隙，易造成泥水流失，從而引起地面沉降及周圍建筑物、管線位移，因此需安裝出洞裝置。一般包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈等。監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)對(duì)簾布橡膠板上所開(kāi)螺孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核，對(duì)出洞裝置安裝的牢固情況進(jìn)行檢查，確保簾布橡膠板能緊貼洞門，防止盾構(gòu)出洞后同步注漿漿液泄漏。
1.7盾構(gòu)始發(fā)出洞
      盾構(gòu)出洞準(zhǔn)備工作就續(xù)后，為減少正面土體暴露時(shí)間，盾構(gòu)從始發(fā)基座導(dǎo)軌上應(yīng)及時(shí)向前推進(jìn)，使盾構(gòu)切口切入土層直至盾構(gòu)殼體進(jìn)入洞口的過(guò)程稱為“盾構(gòu)始發(fā)出洞”。該關(guān)鍵環(huán)節(jié)監(jiān)理應(yīng)進(jìn)行旁站監(jiān)督，并重點(diǎn)做好以下工作：
      ⑴觀察割除圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋后盾構(gòu)機(jī)應(yīng)迅速靠上洞口正面土體。
      ⑵觀察盾構(gòu)出洞期間洞口有無(wú)滲漏的狀況，發(fā)現(xiàn)洞口滲漏督促承包單位及時(shí)封堵。
      ⑶檢查前倉(cāng)土壓力設(shè)置是否合適，觀察土倉(cāng)有無(wú)砼塊，發(fā)現(xiàn)后督促承包單位及時(shí)清除。
      ⑷第一環(huán)正環(huán)拼裝前檢查最后一環(huán)負(fù)環(huán)管片的拼裝位置。
      ⑸檢查千斤頂使用狀況，防止盾構(gòu)出洞后出現(xiàn)姿態(tài)“上飄”現(xiàn)象。
2.盾構(gòu)試掘進(jìn)和正式掘進(jìn)階段
      根據(jù)盾構(gòu)法施工工藝的特點(diǎn)，盾構(gòu)安全出洞后需通過(guò)前100環(huán)試推進(jìn)尋求最佳施工參數(shù)，為全線的正常推進(jìn)提供符合實(shí)際土層特點(diǎn)的技術(shù)參數(shù)。不論在試掘進(jìn)還是正式掘進(jìn)階段，監(jiān)理可以通過(guò)觀察盾構(gòu)機(jī)控制室內(nèi)儀器儀表顯示的數(shù)據(jù)、審查承包單位上報(bào)的盾構(gòu)掘進(jìn)施工報(bào)表、通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析隧道及地面沉降情況等手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)掌握和分析施工技術(shù)參數(shù)變化，檢查盾構(gòu)掘進(jìn)中的姿態(tài)、管片拼裝的質(zhì)量、注漿作業(yè)的效果等，督促承包單位采取相應(yīng)的措施確保盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量和周邊環(huán)境的安全。
2.1盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)管理
      由于土壓平衡式盾構(gòu)采用電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能自動(dòng)控制刀盤轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)推進(jìn)速度及前進(jìn)方向，并及時(shí)反映掘進(jìn)中的施工參數(shù)。這些施工參數(shù)的確定是根據(jù)地質(zhì)條件情況、環(huán)境監(jiān)測(cè)情況，進(jìn)行反復(fù)量測(cè)、調(diào)整和優(yōu)化的過(guò)程，若發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)調(diào)整。因此，對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)的管理應(yīng)貫穿于盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程的始終。監(jiān)理在監(jiān)督過(guò)程中可通過(guò)審查承包方施工報(bào)表，觀察盾構(gòu)機(jī)控制室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備等手段，及時(shí)收集和分析有關(guān)施工參數(shù)的信息，通過(guò)信息反饋，動(dòng)態(tài)掌握施工參數(shù)的變化。盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能反映的施工參數(shù)很多（如土壓力、刀盤油壓和轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)掘進(jìn)速度等），對(duì)于這些施工參數(shù)的管理監(jiān)理在工作中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾項(xiàng)：
2.1.1土壓力
      土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的原理是建立開(kāi)挖面前后水土壓力平衡。在盾構(gòu)掘進(jìn)不同階段，盾構(gòu)機(jī)工況是從非土壓平衡通過(guò)在初始出洞階段逐步過(guò)渡到土壓平衡，再到進(jìn)洞階段由土壓平衡逐步過(guò)度到非土壓平衡，即土壓力設(shè)定是變化的（在理論數(shù)值上它與土體容重、覆土深度、側(cè)向土壓力系數(shù)有關(guān)），施工中需要不斷通過(guò)不同的土質(zhì)、覆土厚度、結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。因此，平衡土壓值的設(shè)定是土壓平衡式盾構(gòu)施工關(guān)鍵，監(jiān)理應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注，并通過(guò)計(jì)算理論土壓力與實(shí)際設(shè)定土壓力進(jìn)行比較，判斷實(shí)際設(shè)定土壓力是否滿足施工的需要，督促承包方合理的設(shè)定土壓力。
2.1.2出土量
      土壓平衡式盾構(gòu)是以切口環(huán)作為密閉土倉(cāng)，盾構(gòu)推進(jìn)中切削后土體進(jìn)入密閉土倉(cāng)，隨著進(jìn)土量增加建立一定的土壓力，再通過(guò)螺旋輸送機(jī)完成排土，而土倉(cāng)壓力值是通過(guò)出土量來(lái)控制的。因此，出土量的多少、快慢與設(shè)定的土壓力值密切相關(guān)，監(jiān)理人員可通過(guò)計(jì)算每環(huán)理論出土量與實(shí)際每環(huán)出土量相比較，判斷出土量是否正常。
2.1.3掘進(jìn)速度
      盾構(gòu)掘進(jìn)的速度主要受盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)、出土速度的限制，若進(jìn)出土速度不協(xié)調(diào)，極易出現(xiàn)正面土體失穩(wěn)和地表沉降等不良現(xiàn)象。因此，監(jiān)理應(yīng)重點(diǎn)督促承包方均衡連續(xù)組織掘進(jìn)作業(yè)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（如遇到阻礙、遇到不良地質(zhì)、盾構(gòu)姿態(tài)偏離較大等），應(yīng)及時(shí)停止掘進(jìn)，封閉正面土體，查明原因后采取相應(yīng)的措施處理。
2.1.4千斤頂推力
      盾構(gòu)是依靠安裝在支撐環(huán)周圍的千斤頂推力向前推進(jìn)的，推力的大小與盾構(gòu)掘進(jìn)所遇到的阻力有關(guān)，正確的使用千斤頂是盾構(gòu)是否能沿設(shè)計(jì)軸線（標(biāo)高）方向準(zhǔn)確前進(jìn)的關(guān)鍵。因此，在每環(huán)推進(jìn)前，監(jiān)理應(yīng)根據(jù)前面幾環(huán)承包方申報(bào)的盾構(gòu)推進(jìn)的現(xiàn)狀報(bào)表，分析盾構(gòu)趨勢(shì)，督促承包方正確的選擇千斤頂?shù)木幗M，合理地進(jìn)行糾偏。
2.2盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制
      所謂盾構(gòu)姿態(tài)具體是指盾構(gòu)掘進(jìn)中現(xiàn)狀空間位置（包括高程和平面位置）。盾構(gòu)姿態(tài)控制就是將盾構(gòu)軸線控制在與設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)。盾構(gòu)姿態(tài)控制的好壞，不僅關(guān)系到盾構(gòu)軸線是否能在已定的空間內(nèi)在設(shè)計(jì)軸線允許偏差內(nèi)推進(jìn)，而且還影響到后續(xù)工序管片拼裝的質(zhì)量（只有盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制在允許誤差之內(nèi)，才能確保管片拼裝能在理想的位置）。因此，在盾構(gòu)掘進(jìn)階段對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的控制始終應(yīng)做為監(jiān)理人員監(jiān)督的重中之重。根據(jù)《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50299-1999）8.4.4條（2003版）規(guī)定“盾構(gòu)掘進(jìn)中應(yīng)嚴(yán)格控制中線平面位置和高程，其允許偏差均為±50mm，發(fā)現(xiàn)偏離應(yīng)逐步糾正，不得猛糾硬調(diào)”。監(jiān)理在實(shí)施對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)控制時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格以規(guī)范要求為控制準(zhǔn)則。監(jiān)理在工作中針對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，首先應(yīng)熟悉和掌握設(shè)計(jì)線型要求，即隧道平面曲線和豎曲線的線型情況（包括里程、長(zhǎng)度、坡度、半徑等），其次還應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控以下內(nèi)容：
2.2.1盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)
      盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)包括自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)（盾構(gòu)機(jī)裝有自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，能反映盾構(gòu)運(yùn)行的軌跡和瞬時(shí)姿態(tài)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)）和人工測(cè)量復(fù)核數(shù)據(jù)（對(duì)自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)正確性進(jìn)行檢測(cè)和校正），監(jiān)理人員可對(duì)兩類數(shù)據(jù)綜合分析、比較，動(dòng)態(tài)掌握數(shù)據(jù)變化情況，正確指導(dǎo)盾構(gòu)正確、安全地推進(jìn)。
2.2.2盾構(gòu)糾偏量
      盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中不可能一直處于理想狀況（尤其是在曲線段），會(huì)產(chǎn)生不同程度的偏向。影響盾構(gòu)的偏向的因素很多，也很復(fù)雜（如地質(zhì)條件的因素、機(jī)械設(shè)備的因素、施工操作的因素等等），施工中一般可通過(guò)調(diào)整千斤頂編組或糾偏材料（粘貼在管片上）進(jìn)行糾偏。監(jiān)理工程師不僅應(yīng)做到及時(shí)根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)，分析盾構(gòu)姿態(tài)，督促承包商控制好掘進(jìn)方向，平穩(wěn)地控制盾構(gòu)推進(jìn)的軸線。而且在每環(huán)管片拼裝前對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)偏差，督促承包方合理的制定糾偏方案和糾偏量，及時(shí)采取糾偏措施，避免誤差累積。
2.3管片拼裝控制
      根據(jù)盾構(gòu)法施工工藝管片成環(huán)的特點(diǎn)：管片是盾殼的保護(hù)下在盾尾拼裝成環(huán)形成隧道的。
      它是盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵工序，管片拼裝的質(zhì)量好壞直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全和使用?