蔡文豪 李 婕

（1．廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500；2．廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510380）

一般來講，隧道的掘進(jìn)施工分為明挖法和暗挖法，其中盾構(gòu)法就是暗挖法的一種。由于它可以實現(xiàn)土體開挖、管片安裝、盾構(gòu)掘進(jìn)、渣土輸運等全自動機(jī)械化作業(yè)，具備高度智能化、高度自動化、高效施工速率以及施工作業(yè)非常隱蔽、對周圍環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于地鐵隧道的掘進(jìn)施工中。盾構(gòu)法已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種復(fù)合地質(zhì)條件和各種復(fù)雜地形，其各項施工技術(shù)亦得到了長足發(fā)展[1]。在地質(zhì)條件合適的區(qū)段，盾構(gòu)法施工早已成為地鐵區(qū)間隧道掘進(jìn)施工的優(yōu)先方法。其大致施工過程如下：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在土壤中向前掘進(jìn)時，安裝在盾構(gòu)機(jī)前方的旋轉(zhuǎn)切削刀盤對巖土進(jìn)行切削，傳送裝置將切削下來的土體運至已成型隧道的運土工具中，而依靠盾構(gòu)機(jī)堅固的外殼支撐外部土體壓力和提供進(jìn)動力，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一段距離后，自動安裝預(yù)制管片并與已成型隧道拼接。這種“挖掘前進(jìn)-拼接管片”的過程即為盾構(gòu)過程。

相較于傳統(tǒng)的礦山法，盾構(gòu)法無疑具有施工過程安全、勞動強(qiáng)度低、施工快捷高效等前者無法比擬的優(yōu)點。隨著我國越來越多城市地鐵的修建，盾構(gòu)法也被越來越多的建設(shè)者、研究人員乃至普通民眾所了解，而其缺點也逐漸暴露：首先是盾構(gòu)管片的生產(chǎn)、運輸和存放管理問題。由于管片的拼接需要極高的精度，一個環(huán)節(jié)的錯誤都將造成無法挽回的損失；其次是盾構(gòu)管片錯臺、管片破損等質(zhì)量問題。由于管片拼接后一般是不可逆的，任何一點質(zhì)量缺陷都是永久的安全隱患。因此，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工過程中的風(fēng)險管理越來越受到地鐵建設(shè)者們的重視，這對于節(jié)約施工成本、降低安全事故、提高安全生產(chǎn)效率有著重要意義[2]。

1 盾構(gòu)隧道的技術(shù)難點

盾構(gòu)法施工的過程為了盡可能、最大限度地減小對周邊建筑物、構(gòu)筑物的擾動，一般可使用盾構(gòu)機(jī)壓力倉中的泥土壓力和盾構(gòu)機(jī)堅實的鋼殼來實現(xiàn)被動支護(hù)[3]。這種支護(hù)形式對預(yù)制管片同樣帶了巨大挑戰(zhàn)。一般來講，一條盾構(gòu)隧道的貫通離不開以下三個階段：

一是盾構(gòu)始發(fā)階段。該階段按照設(shè)計要求，在指定位置明挖盾構(gòu)始發(fā)井，并對始發(fā)井進(jìn)行加固，然后將盾構(gòu)機(jī)零部件吊裝至井內(nèi)并安裝調(diào)試；

二是盾構(gòu)掘進(jìn)階段。該過程主要是按照設(shè)計線路、結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的自動導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行土體挖掘-管片拼裝；

三是盾構(gòu)到達(dá)階段。該階段與始發(fā)階段相反，主要進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的拆裝、運力地面等工作。

由于盾構(gòu)機(jī)的體型巨大、地鐵隧道直徑大、埋深深，加之復(fù)雜、多變的地質(zhì)條件因素，盾構(gòu)隧道的主要技術(shù)難點體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）管片滲水。管片滲水是盾構(gòu)隧道常見的一種病害，在建和運營隧道中時有發(fā)生。管片滲水通常是由于管片自身質(zhì)量瑕疵、止水帶損壞、襯砌注漿不足等原因造成，且多發(fā)生于管片拼接縫以及螺栓處。滲漏水若不及時處理，會加速隧道內(nèi)金屬設(shè)備銹蝕，嚴(yán)重時引起積水。

（2）管片錯臺。所謂錯臺是指管片拼接時拼接縫兩側(cè)弧面不平整，一般是由巖土壓力不均或是其他應(yīng)力集中問題造成。錯臺問題若不及時控制，會嚴(yán)重影響列車運行安全。

（3）管片破損。管片破損可出現(xiàn)在管片預(yù)制、運輸、存儲和拼接等任何一環(huán)節(jié)，破損的管片極大地影響了地鐵隧道的使用壽命。

盾構(gòu)隧道在施工掘進(jìn)過程中，除了隧道自身出現(xiàn)的一些技術(shù)難點之外，盾構(gòu)機(jī)以及盾構(gòu)掘進(jìn)過程也會集中表現(xiàn)出諸多技術(shù)難點問題，例如盾構(gòu)始發(fā)、螺旋輸送機(jī)的噴涌現(xiàn)象、刀盤泥餅現(xiàn)象、中途尾刷更換技術(shù)等。

2 盾構(gòu)隧道技術(shù)控制重點

首先，盾構(gòu)機(jī)的選型。盾構(gòu)機(jī)的選型是否合適，對盾構(gòu)掘進(jìn)的效率、施工質(zhì)量乃至盾構(gòu)的成敗都起著關(guān)鍵作用。要根據(jù)地質(zhì)條件、線路埋深等因素選取參數(shù)合適的盾構(gòu)設(shè)備。由于盾構(gòu)機(jī)面臨復(fù)雜多變的惡劣地質(zhì)環(huán)境，參數(shù)不合適的盾構(gòu)機(jī)可能會導(dǎo)致機(jī)器經(jīng)常出現(xiàn)故障停機(jī)等情況，從而影響工程進(jìn)程。

其次，科學(xué)合理的掘進(jìn)工藝。施工工藝很大程度上對施工質(zhì)量其決定性影響，因此，選擇科學(xué)、合理的掘進(jìn)工藝尤為重要。就一般工程經(jīng)驗而言，大部分不合理的掘進(jìn)工藝體現(xiàn)在盾構(gòu)管片設(shè)計、拼接和盾構(gòu)機(jī)安裝、運行參數(shù)選取等方面，這些都是在使用中應(yīng)避免的。

再次，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制。按照相關(guān)規(guī)范要求，盾構(gòu)隧道貫通后隧道中心線偏離誤差不能超過50 mm，這就需要掘進(jìn)施工過程中，對盾構(gòu)機(jī)的方向進(jìn)行密切監(jiān)控和及時糾偏。

最后，二次補(bǔ)漿的控制。正如前文所述，滲漏水是盾構(gòu)隧道常見病害，而襯砌背后注漿不足就是導(dǎo)致其出現(xiàn)滲漏水的原因之一。因此，二次注漿主要用來應(yīng)對管片滲漏水問題，但是注漿過程應(yīng)保證注漿壓力在一定范圍之內(nèi)，否則就會造成補(bǔ)漏失敗或增加管片壓力等后果。

3 盾構(gòu)隧道驗收用表編制

基于上述質(zhì)量管理和質(zhì)量控制的要點，依據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》（GB 50446—2017）和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50204—2015）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，盾構(gòu)隧道區(qū)間質(zhì)量驗收用表在通用表格的基礎(chǔ)上應(yīng)增加表格：《管片鋼模及拆除工程質(zhì)量驗收記錄》《管片進(jìn)場檢驗批質(zhì)量驗收記錄》《盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量驗收記錄》《管片注漿檢查質(zhì)量驗收記錄》《成型盾構(gòu)隧道工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄》。

由于管片質(zhì)量與其預(yù)制工藝質(zhì)量密不可分，而管片鋼模的精度很大程度決定最終盾構(gòu)管片的精度，因此，首先將管片鋼模拆除工程質(zhì)量驗收和管片進(jìn)場質(zhì)量驗收合并介紹?！豆芷撃＜安鸪こ藤|(zhì)量驗收記錄》和《管片進(jìn)場檢驗批質(zhì)量驗收記錄》表格的編制主要基于混凝土管片生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制措施。地鐵盾構(gòu)隧道的管片形式有鋼管片和混凝土管片兩種，后者是其主要形式，在實際工程中，一般要求其抗?jié)B等級不低于P10、強(qiáng)度等級不低于C45。作為隧道的主要受力構(gòu)件，不僅要求其外觀和精度達(dá)到規(guī)范要求，對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性、耐腐蝕性等性能提出了更高要求[4]。

預(yù)制混凝土管片的生產(chǎn)工藝大致可總結(jié)為模具的制作與校核、脫模劑的涂抹、配筋與混凝土澆筑、混凝土的養(yǎng)生、拆模等幾個部分。為了控制混凝土管片的精度，首先要求嚴(yán)格控制模具和組模的精度。組模時應(yīng)特別注意檢查各模具對應(yīng)位置脫模劑涂抹是否均勻，查看各模板連接處的膠帶是否脫落，模具的擰緊連接螺栓是否推到合適標(biāo)志位置，各擰固螺栓的裝配順序是否合規(guī)。只有嚴(yán)格控制上述各項要求符合相關(guān)規(guī)范，才能有效保證模具安裝不丟失精度。此外，每一個模具拼接完成之后，都應(yīng)對其尺寸偏差進(jìn)行檢測并作詳細(xì)記錄，模具精度要求見表1[4]。

表1 混凝土換片模具精度要求

因此，《管片鋼模及拆除工程質(zhì)量驗收記錄》表應(yīng)涵蓋模具制作、組模及使用性能要求、避免脫模劑污染、管片出模強(qiáng)度、鋼模容許偏差、預(yù)留孔中心線位置允許偏差等驗收項目。這些僅僅是管片鋼模制作和使用過程中的質(zhì)量要求和驗收項目，在鋼模拆除過程中，應(yīng)按照規(guī)定順序依次拆除各緊固螺栓。嚴(yán)禁使用蠻力對模板進(jìn)行敲打，應(yīng)使用專用設(shè)備將脫模管片進(jìn)行起吊、清理、拆除。此外起吊過程中應(yīng)保持管片及鋼模的受力均勻，避免因受力不均造成模具變形。因此，《管片鋼模及拆除工程質(zhì)量驗收記錄》表驗收項目中，應(yīng)繼續(xù)增加鋼模拆除工程質(zhì)量驗收相關(guān)內(nèi)容和驗收項目。

盾構(gòu)管片是盾構(gòu)隧道的最重要的襯砌結(jié)構(gòu)和最核心的保護(hù)屏障，它承載了土層、地下水以及其他特殊載荷的壓力。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，盾構(gòu)管片還是盾構(gòu)隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，每一片管片的質(zhì)量對整個隧道的質(zhì)量都起著至關(guān)重要的作用。因此，在盾構(gòu)管片進(jìn)場時就應(yīng)該對其進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)，《管片進(jìn)場檢驗批質(zhì)量驗收記錄》也因此編制。由于盾構(gòu)管片分為鋼管片和混凝土管片兩種類型，該表格的驗收項目應(yīng)分別從兩種類型的管片方面進(jìn)行考慮。其中，混凝土管片進(jìn)場驗收應(yīng)記錄其混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B等級、管片結(jié)構(gòu)性能、幾何尺寸和主筋保護(hù)層厚度偏差等；鋼管片進(jìn)場驗收應(yīng)記錄其外觀質(zhì)量、外觀裂縫、表面銹蝕情況、幾何尺寸偏差和鋼管片焊縫等。此外，二者皆應(yīng)記錄一般缺陷的管片數(shù)量，作為總體樣本的占比分析。

為保證地鐵隧道盾構(gòu)施工順利安全推進(jìn)，盾構(gòu)掘進(jìn)過程要時刻注意以下4個事項[5]：

（1）實時推算反饋相關(guān)作用力，設(shè)置合理參數(shù)以確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程的平穩(wěn)順利。最重要的是控制盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)方向，以及保證其超欠挖在一定的范圍內(nèi)，按照規(guī)范要求，該值應(yīng)該控制在±5 mm；

（2）采取有效的、針對性的措施來控制管片在施工過程的上浮。盾構(gòu)隧道下穿硬質(zhì)地層或者上軟下硬地層過程中極易發(fā)生上浮，施工過程應(yīng)密切注意采用一致飽和度注漿、設(shè)置合理頂推力等措施來控制管片上??；

（3）制定詳細(xì)計劃確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)和達(dá)到時安全、有序、順利進(jìn)行。盾構(gòu)機(jī)體型巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其始發(fā)和到達(dá)一般要進(jìn)行下吊、組裝、離吊、拆解等作業(yè)，通常面臨作業(yè)空間小、工序復(fù)雜、精度要求高，甚至部分工程還面臨小轉(zhuǎn)彎半徑始發(fā)和分體始發(fā)等挑戰(zhàn)，需要在事前制定詳細(xì)計劃；

（4）嚴(yán)格控制各項參數(shù)，以最大限度地減少盾構(gòu)作業(yè)對周圍環(huán)境的影響、特別是避免巖土崩潰和地面沉陷等事故的發(fā)生。地鐵隧道掘進(jìn)常有隧道涌水、涌沙、地陷等事故伴隨，如控制不當(dāng)可能引起更大的災(zāi)害，因此，在掘進(jìn)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各項參數(shù)，以確保施工安全和減少對外環(huán)境的影響。

鑒于此，《盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量驗收記錄》表應(yīng)涵蓋開挖面土體穩(wěn)定與否、管片和管片防水密封質(zhì)量、螺栓質(zhì)量及擰緊程度、掘進(jìn)過程中的壁后注漿、地表沉降值、隧道軸線平面位置、隧道軸線高程等驗收項目，并且在施工中應(yīng)加強(qiáng)對上述參數(shù)的監(jiān)控。

如前文所述，管片注漿的主要目的是于填充管片襯砌與巖土之間的縫隙，并封堵隧道內(nèi)的滲漏水。管片注漿過程中，首先用單漿將壓力控制在一定范圍，并觀察滲漏水點情況，并依此來調(diào)節(jié)注漿壓力。在無法封堵滲漏水的情況下，可以使用注入雙漿或者提高注漿壓力的方法進(jìn)一步堵漏。因此，《管片注漿檢查質(zhì)量驗收記錄》表的驗收項目應(yīng)包含注漿材料、注漿質(zhì)量、及時注漿、注漿檢查及清洗等。

按照地鐵盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工工序，當(dāng)前述所有工序完工后便進(jìn)行區(qū)間的整體驗收，對于始發(fā)推進(jìn)后的隧道還需進(jìn)行百環(huán)驗收。成型盾構(gòu)隧道的質(zhì)量驗收主要是從整個區(qū)間隧道來評估和驗收其質(zhì)量的優(yōu)劣，與檢查單一的管片區(qū)別開來?！冻尚投軜?gòu)隧道工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄》表的驗收項目包括了以下九個內(nèi)容：

①結(jié)構(gòu)表面無裂縫；②管片接縫嚴(yán)密與否；③隧道防水；④襯砌結(jié)構(gòu)不侵限界；⑤隧道軸線平面位置；⑥隧道軸線高程；⑦襯砌環(huán)直徑橢圓度；⑧襯砌環(huán)內(nèi)錯臺；⑨襯砌環(huán)間錯臺等。

需要注意的是，《管片進(jìn)場檢驗批質(zhì)量驗收記錄》重點關(guān)注的是單個管片的質(zhì)量；而《成型盾構(gòu)隧道工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄》則重點關(guān)注整體隧道的質(zhì)量。前者是單元，后者是整體。二者雖有差異，但卻是一個有機(jī)的整體，只有將單元的質(zhì)量控制好了，才能保證整體的質(zhì)量；而整體的質(zhì)量又包含每一個單元的質(zhì)量。

4 結(jié)語

由于設(shè)備的特殊性和工藝的先進(jìn)性，盾構(gòu)隧道的質(zhì)量管理和安全風(fēng)險管控備受關(guān)注。盾構(gòu)管片發(fā)揮了盾構(gòu)隧道永久襯砌的功能與作用，因此，其質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量把關(guān)更是盾構(gòu)隧道安全的重中之重。正因此，盾構(gòu)隧道區(qū)間質(zhì)量驗收用表在通用表格的基礎(chǔ)上應(yīng)新增一系列關(guān)于管片生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制的表格，并在生產(chǎn)中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在工程應(yīng)用中嚴(yán)格落實各項安全質(zhì)量要求，并按照規(guī)范做好質(zhì)量驗收工作。