地铁盾构工程质量安全管控分析

地铁盾构工程质量安全管控分析

董立安

福州地铁集团有限公司运营事业部，福建 福州 350013

摘要：地铁运输能够缓解城市交通压力，助力城市绿色低碳发展。在城市轨道交通建设中，地铁隧道常需要穿越铁路、河流、建筑等复杂地段，对国家公共财产和城市居民生活有深广影响。对盾构施工质量控制进行应用技术、作业措施的研究，具有重要的技术应用价值。立足于地铁盾构施工特点以及常见质量安全问题，提出地铁盾构工程的质量安全管控思路，同时给出特殊情况下地铁盾构工程质量安全管控措施，供相关人员参考。

关键词：地铁；盾构；质量；安全

引言

地铁作为从传统地面铁路系统发展而来的电力牵引式、大运量地下运输轨道交通，以其快速便捷、绿色节能等优点，已成为缓解交通拥堵问题的重要城市轨道交通组成部分。由于地铁工程修建于地下，整个施工阶段处于复杂的岩石地质环境，相对于其他交通工程，地铁在设计和施工中的不可预测因素更多，很难在施工过程中准确预测隧道及周围环境的动态响应。因此做好地铁盾构工程质量安全管控具有明显的现实意义，十分必要。

1地铁盾构法施工技术

1.1盾构法施工原理

盾构法施工技术起源于英国，已有近200年的发展历史。盾构法施工原理为：盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盘旋转切削掌子面土体（保持土舱压力），通过螺旋输送机（管道）把渣土输送出来，拼装机拼装管片形成衬砌，管片背后同步注浆，形成永久结构。

1.2盾构法施工技术优势

盾构法施工的最大特点，也是其关键性优势，就是：（1）安全性高。施工过程是在盾构的掩护条件中进行掘进、衬砌和浇筑作业；（2）不中断交通。通常对地面设施不造成影响，避免地面交通中断，即使在水下河底施工，也不影响河道通航；（3）受天气条件影响小；（4）产生的噪声及震动对施工环境、居民日常生活的影响有限，对地面建筑物、地面附着物产生的震动损害小。

2盾构工程质量安全常见问题

虽然盾构施工质量安全管理水平稳步提升，但仍存在一些常见问题。常见质量问题如管片拼装质量不高，存在明显错台、破损、渗漏，管片螺栓锈蚀或两边外露丝扣长短不一，管片修补工作普遍不到位，现场管片修补材料不符合方案要求，违规采用发泡聚氨脂进行堵漏造成脆性较差，盾构始发段及接收段未采取拉紧措施等。常见安全问题如始发方案未对反力架抗浮进行验算，盾构施工工程项目应急预案（喷涌、盾尾失效等）缺乏可操作性，电瓶车防溜钩无法钩住轨道，起不到防溜作用，同步注浆压力控制与方案不一致，盾尾、联络通道积水未及时抽排，风管敷设过低，新风没有送入工作区，盾构隧道修补作业时防护栏杆、脚手板、防护网安装不到位，测试应急照明不亮等。

3地铁盾构工程质量安全管控措施

3.1构吊装和吊拆阶段

盾构机吊装时，盾构机主机应该按照中、前、后、刀盘顺序进行下井组装，组装过程中，每根管路标识应清楚明了，管路连接一一对应，连接螺栓强度需满足结构使用要求，构件连接部位密封条需安装到位。在盾构机吊装、吊拆过程中，施工方需要根据被吊装盾构件的大小、重量来确定吊点及绑扎点，对吊索与盾构件绑扎处采取防护措施，确保吊装的平稳、安全。反力架（为盾构机提供反作用力的部件）安装方面，施工方首先需要使用全站仪测定、利用组装门式起重机配合校正反力架安装的水平偏角和倾角，使反力架高程的偏差控制在5mm以内，左右偏差和上下偏差控制在10mm以内，不得产生超限倾斜，保证反力架在足够的刚度和强度下，精准承受1500t的环形作用力。负环管片（为盾构机提供始发向前推进力的单元）安装方面，建议施工方在盾壳内安设圆钢来保证合适的盾尾间隙，保证拼装好的负环管片能顺利推进。在负环管片脱离盾尾时，用木楔垫实负环管片与导轨间隙，负环管片在脱出盾尾后，用钢丝绳将每一环进行紧固，并进行螺栓复紧，保证管片真圆度，防止管片松动。盾构机吊拆时，消防器材、水源等设施需提前到位，机具性能必须良好。施工前，需要将所有牵引油缸收回，将螺旋机闸门油缸、提升油缸、推进油缸缩到底。同时，中折千斤顶收回，拼装机平移装置置于朝下位置，电动葫芦停在单轨梁的后部，双横梁电动葫芦停在拼装平台下双梁后部。然后，清洗土仓、盾体和后部台车，便于焊接吊耳和切割。在进行正式起吊前均需进行试吊作业，检查吊车各部位是否完好，测试起升吊件至离地高度500mm处悬停5min，再把吊件从左吊至右侧，在这一过程中测量基坑变形情况，经过测量，显示基坑均安全，则可以继续进行下井吊拆作业。

3.2盾构始发与到达阶段

盾构机始发与到达阶段是盾构施工高风险阶段，工序繁杂。其中，端头加固直接关系着施工方隧道盾构施工能否顺利始发和到达，需要严格控制始发与到达端头的地层加固质量，保证始发与到达阶段的土体强度足够、抗渗性强。施工方可使用注浆、旋喷桩、冻结法等加固的方法，加固沿隧道轴线方向长8.0m、洞门圈底部以下深3.0m、洞门圈两侧各4.0m宽的范围，也可以增设降水井。端头加固后，施工方需要对端头加固的咬合部位进行垂直取芯，沿盾构开挖面圆周进行水平取芯，以检测土体连续和止水性。盾构机掘进到达掌子面或者脱离加固区，施工方在进行施工作业时，很可能会出现盾构机“叩头”、超限的情况。为此，技术上通常采用安装始发导轨、抬高盾构机始发姿态或者进入土体后适当加大下部千斤顶推力来防止这一现象。

3.3盾构掘进阶段

盾构每分钟的正常掘进速度控制在4～5cm为宜。施工方还需要注意盾构区间地表沉降，隧道中心线左右两侧10m横向区域内为盾构穿越房屋复杂地段，此段盾构每分钟的掘进速度控制在2～3cm为宜。土仓压力是盾构穿越施工过程中需要研究确定的一个重要技术参数，盾构掘进过程中，刀腔会被挖出的土体填充，所以需要根据不同土质的理论计算确定土压上下值，设定土压，调节排土压力，保障前后土压的平衡。施工方需要根据实时的监测数据以及当前的地层情况来调整土仓压力。同时，需要保持渣土排出量与掘进开挖量匹配，保证支撑压力值的合适、稳定，保障盾构机工作状态稳定。管片衬砌对防止围岩变形或坍塌具有决定性作用，应保证管片制作、运输、选型、拼装、修补过程中的质量控制措施充分。管片制作过程中，当管片的混凝土强度达到设计强度的36%时可脱模，施工方可以利用真空吸附机来吊装管片，防止脱模起吊过程中管片与模具的磕碰。管片运输过程中，管片吊运装车应保证吊具与管片之间的柔性接触，保护管片角部的弧面完整性。堆放管片场地需坚实平整，无积水。管片周围均应设置保护措施，如放置垫木，避免磕碰破碎。管片选型过程中，管片的平面应与盾构机轴线垂直，如此，推进油缸才能垂直于管片进行推进，保证管片的受力均匀，因此，盾构掘进路线偏离设计路线时，管片选型应适应当时的盾构机姿态。同时，需要注意盾尾间隙过小导致的管片摩擦破坏，否则可能造成管片破损。管片姿态良好、盾尾间隙合适，才能保证管片选型合适、准确。盾构注浆是通过盾体和管片的预留注浆孔来注入浆液，用来填充建筑空隙、加固地层、控制沉降、堵水防漏，具有增加衬砌接缝的防水功能、改善衬砌的受力状况、防止地表变形、减少隧道沉降量的作用，且有利于盾构纠偏。

结束语

盾构工程质量安全管控是一个系统，既涉及危大工程等风险辨识和处置，又包括工序衔接的质量管控，是集结构工程、机电工程、水文地质、土力学等多专业融合的工程。因此必须整体把握、一体统筹推进质量安全管控，严格执行相关的管控要点，强化管控措施，确保盾构工程质量安全全方位管控。

参考文献

[1]何学国,赵培远,张建.成都地铁盾构施工的质量与安全控制[J].科技创新与应用,2016(25):240.

[2]黄诗尧.地铁盾构掘进施工质量及安全保证措施探讨[J].工程质量,2021,39(05):63-65,73.

[3]王靖.地铁盾构施工的质量与安全控制探究[J].商品与质量,2018(34):238.