关于地铁盾构法施工区间隧道的质量管理和控制

1、关于北京地铁盾构法施工区间隧道的质量管理和控制1、2前言随着我国城城市地铁铁建设高高潮的兴兴起，盾盾构施工工技术以以其特有有的技术术优势，逐逐渐得到到地铁建建设界的的青睐，目目前盾构构施工技技术已发发展成为为我国地地铁隧道道暗做法法施工的的重要工工法之一一。但是是，盾构构施工技技术在地地铁隧道道被广泛泛应用的的同时，如如何评价价和控制制盾构法法隧道的的工程质质量，正正逐渐引引起与并并得到建建设、设设计、监监理及施施工各方方的重视视。笔者者结合北北京市地地铁隧道道盾构法法施工的的现况，试试就盾构构法隧道道工程质质量的管管理和控控制，谈谈谈自己己的粗浅浅看法，旨旨在抛砖砖引玉，为为进一步步提高盾盾

2、构法隧隧道的工工程质量量而努力力。北京地铁工工程应用用盾构法法施工的的现状目前北京地地铁五号号线、四四号线、十十号线一一期(含奥运运支线)及机场场线（延延长约1115kkm），共规划16个工程程标段（含含盾构试试验段）采采用盾构构法施工工，总长长度311.833km，计划使使用255台（次次）盾构构机（标标段划分分及施工工单位见见表1）。其中中五号线4个工程程标段（含含盾构试试验段）已已于20005年12月底之之前先后后掘进结结束，进进入设备备安装阶阶段；十十号线3个工程程标段中中的第9合同段段于20006年8月中旬旬掘进结结束，第第6、11合同标标段均掘掘进70%以上的的隧道长长度；四四号线

3、55个工程程标段陆陆续进入入掘进高高峰；机机场线4个工程标标段于220066年8月9日起陆续续开始掘掘进。招标结结束，。从从目前盾构构法隧道道施工的的实际情情况看，盾盾构施工工正常（仅仅考虑施施工因素素），成成型隧道道工程整整体质量量较好，管片色色差小，无渗漏现象，特别是管片拼装质量得到国内外有关专家的好评，但也存在一定问题。如五号线盾构始发时有相当多的标段不同程度地存在盾构机态势控制不良，施工质量不理想，管片局部破损；十号线某标段成型隧道管片错台较大等现象；甚至出现施工管理不当，造成地面大面积塌陷的严重工程事故。从施工管理的角度出发，这些问题均与北京地铁隧道采用盾构法施工的经验不多，工程积累

4、少，不熟悉盾构法隧道施工管理与控制的关键所在，工程施工质量管理目标不够明确等因素有关。因此，总结国内其他城市与北京现有盾构法施工的经验，分析盾构法施工的全过程，分阶段分层次按内容不同对工程施工过程进行管理和控制，进一步提高北京地铁盾构法隧道的工程质量，很有必要。盾构法隧道道施工阶阶段的划划分本文只对施施工企业业（承包包商）接接到工程程中标通通知书起起到工程程竣工交交验止的的时间区区段进行行阶段划划分，同同时施工工阶段与与地铁其其它常规规工法施施工相同同时略去去不列，仅仅列出因因采用盾盾构法施施工时所所带来的的不同施施工阶段段。31有关关用语定定义（1）盾构构机招标标：按照照我国招招标法及及国家

5、进进口机械械设备有有关规定定所进行行的购买买盾构机机及配套套设备的的一系列列活动；（2）盾构构机系统统总图：盾构机机主机系系统图和和后续台台车以及及台车所所载设备备系统图图；（3）盾构构机加工工计划：盾构机机主要分分项系统统加工时时序表（也也可称盾盾构机设设备加工工横道图图或网络络图）；（4）初始始掘进：盾构机机由工作作竖井进进入隧道道内一定定距离的的掘进施施工阶段段，其按按盾构主主机与后后续台车车系统不不同的连连接方式式大致可可分成主主配套系系统分离离（分体体分次）始始发与主配套套系统连连接（连连体一次次）始发发两种情情况；（5）盾构构机态势势：盾构构机在地地层掘进进过程中中的瞬时时状态，一

6、一般用盾盾构机的的x、y、z、方位位角、俯俯仰、旋旋转等六六个参数数描述；（6）出井井（或进进洞）：盾构机机离开工工作竖井井（也称称始发井井）进入入区间隧隧道的过过程；（7）进井井（或出出洞）：盾构机机在区间间隧道内内掘进逐逐渐进入入工作竖竖井（也也称接收收井）的的过程；（8）主配配套系统统分离（分分体分次次）始发发方式：初始掘掘进时，盾盾构主机机与后续续台车先先分离，然然后根据据掘进的的长度或或施工组组织要求求，分次次将盾构构主机与与后续台台车逐项项连接成成为一体体的始发发方式；（9）主配配套系统统连接（连连体一次次）始发发方式：初始掘掘进时，盾盾构主机机已与后后续台车车连接成成为一体体的始

7、发发方式。32施工工阶段划划分建设单位在在土建工工程招标标前的工工期筹划划应考虑虑盾构机机的提供供方式。根根据目前前国内地地铁盾构构法施工工的经验验，一般般可分成成几种模模式：（1）租赁赁（建设设方出租租或企业业之间租租赁）；（2）施工工企业自自有；（3）新购购置（企企业自购购或建设设方购置置）。结合上述提提供盾构构机的三三种模式式，综合合考虑盾盾构法施工组组织过程程，可把把采用盾盾构法施施工增加加的施工工阶段大大致分为为以下施施工阶段段：（1）盾构构机招标标购置阶段段；（2）盾构构机设计计及制造造阶段；（3）盾构构管片（含含管片模模具）生生产、供供应阶段段；（4）盾构构机进场场、工作竖竖井端

8、头头土体加加固及设设备组装装调试阶阶段； （5）盾构构法隧道道初始掘掘进阶段段；（6）盾构构法隧道道正常掘掘进阶段段；（7）盾构构法隧道道盾构机机接收（或进进井）阶阶段； （8）盾构构机解体体撤场阶阶段。根据盾构标标段工程程施工筹划划不同，有有盾构机机过站、盾盾构机由由同一区区间另一一条线路路调头掘掘进返回回原始发现现场以及及盾构机机转到另另外区间间始发竖竖井（或或原始发发竖井施施工同一一区间另另一条线线路）施施工等情情况。因因此还会会出现以以下施工工阶段。（9）盾构构机过站站阶段；（10）盾盾构机调调头阶段段；（11）盾盾构机转转场阶段段。4各施工工阶段的的管理与控控制4.1盾构构机招标标购

9、置阶段段此阶段要为为工程选选定（或或确定）满满足工程程要求的的盾构机机，应对盾构构机的功功能配备备、设备备使用性性能、各各项系统统的技术术规格、关关键系统统或项目目的参数数指标以以及盾构构机对本工程程各项条条件的适适应性给给出准确确和适宜宜的回答答。本阶阶段控制制要点关关键在盾盾构机的的工程适适应性和和设备的的使用性性能。如如果控制制得好，基基本保证证隧道掘掘进阶段段的施工工可顺利利进行。否则，将将会增加加很多困困难。如如某盾构构工程因因刀盘扭矩矩储备不足足，盾构构机在掘掘进过程程中常常因过载载自动跳跳闸停机机，致使使开挖与与出渣失失衡，地地面沉降降过大，严严重影响响了施工安安全和质量。要要达

10、到这这一控制制目标，要要针对工工程的实实际条件件从以下下几个方方面出发发进行管管理和控控制。（1）工程程地质条条件：就就北京地地区而言言，要对对隧道穿穿越地层层中三种种典型地地质的状状态进行行分析，特别是地层颗粒级配及石英含量。这些对盾构机的类型、刀盘形式、刀具形状、刀具布置及耐磨特性等均有直接关系；（2）工程程水文条条件：隧隧道沿线线地下水水的存在在形式和和分布状状态、地地层渗透透系数的的大小等等。这些对对盾构施施工开挖挖面的稳稳定、盾盾构施工工是否拌拌随出渣渣过程发发生喷涌涌（加泥泥式土压压平衡盾盾构）以以及掘进进速度都都会带来来影响；（3）隧道道沿线地地表（地地下）或或周边建建、构筑物物

11、对沉降降控制的的要求：如盾构穿越越既有地地铁运营营线、桥桥梁基础础、地下下管线、结结构性较较差的房房屋及国国铁线路路等建、构构筑物时时，一般般对沉降降限制较较严，相相应也对对盾构的的可操性性以及背背后同步步注浆系系统有特特别的要要求；（4）盾构构机辅助助性能或或措施的的适应性性要求：如局部部地段对对刀具、对对添加改改性剂等等的特殊殊要求，对对盾构机机的综合合性能都都会造成成变化；（5）施工工环境及及环境保保护要求求：纯技技术层面面而言，在在城市繁繁华地区区采用盾盾构法施施工，从从保持开开挖面稳稳定、控控制地表表沉降施施工速度度看，特特别是大大直径隧隧道（如如超过8m），泥泥水平衡衡盾构应应优于

12、土土压平衡衡盾构，但但从占用用施工场场地大小小以及可可能会对对环境的的影响考考虑，泥泥水平衡衡盾构又又有一定定劣势。因因此要因因地制宜综合合权衡。 以以上仅考考虑技术术与施工工条件，没没有考虑虑经济性性。不容容质疑，盾盾构机的的性价比比必然是是一个重重要的参参考指标标。实际际操作时时，可以以考虑从施施工队伍伍的技术术水平及及组织能能力方面面综合平平衡，对对盾构设备的某某些技术术性能指标标进行取取舍。 对于租赁赁及自有有盾构机机的情况况，应按按照上述述条件对对盾构机机进行分分析评估估和改造造，控制制目标仍仍然是盾盾构机对对本工程程的适应应性和设设备的使使用性能能。4.2盾构构机设计计制造阶阶段此

13、阶段为盾盾构机实实体构成成阶段，管理和控制的目标应是依据所签定的购买合同，严格合同管理，切实做到设备供应商按合同规定的质量、交货期提供盾构机。结合国内购买盾构机的经验教训，宜从以下几点进行控制。合同培训：要组织织相关人人员进行行合同培培训，要要掌握合合同中商商务条款款和技术术条款的的内容，至至少对关关键条款款的内容容及内涵涵非常清清楚。这这样才有有利于提提高项目目的执行行力；设备供应商商按合同同及早提提供设备备系统总总图和盾盾构机加加工计划划：地铁铁隧道施施工用盾盾构机是是大型的的专项设设备，设设计与制制造周期期较长，一一旦出现现遗漏，必必然造成成延长供供货期或或质量难难以保证证。因此此，必须

14、须坚持过过程控制制，按设设备系统统总图、按按分项目目系统、计计划逐一一综合控控制。同同时，要要制定双双方签字字确认的的程序和和制度，对对设备制制造过程程中双方方商定的的内容、阶阶段性完完成的项项目进行行签认。做做到责任任清楚、确确定、落落实，可可追究。驻厂监造：盾构机机总造价价约在45000万元人人民币左左右，必必须坚持持驻厂监监造。驻驻厂监造造人员应应对制造造采用的的原材料料、半成成品、及及外购件件是否遵遵守购买买合同约约定要求求给予确确认，不满足足时，要要立即书书面明确确提出更更换要求求。例如电机机、减速速箱等是是否是合合同约定定的厂家家及其相应等等级的产产品。同同时要对对设备的的制造工工

15、艺及相相应质量量标准给给予充分分关注，必必要时可可旁站或或抽查。确认和抽查结果要经双方人员签认，并通报各自企业留存和备查。出厂验收：出厂验验收是确确保设备备整体综合合质量的的非常重重要的一一个环节节。要成成立设备备出厂验验收领导导小组，并并事先制制定验收收计划，计计划要详详细规定定验收项项目和内内容。要要对验收收项目的的内容进进行验收收方法设设计，其其方法要要科学合合理，能能够达到到验收目目的，对对无法进进行负载载验收的的项目要要有经过过双方同同意的替替代方案案。设备备供应商商应事先先在工厂厂内为满满足验收收要求创创造好条件。盾构机机部件的的验收也也是很重重要的，主主要是通通过检查查工厂自自检

16、记录录和相关关资料。如如传感器器的检查查和标定定结果等等。4.3盾构构管片（含含管片模模具）生生产、供供应阶段段盾构管片是是盾构法法隧道的的主要结结构构件件，其质质量优劣劣、数量量是否满满足工程程施工需要要，直接接决定盾盾构法隧隧道的工工程质量量和施工工进度，故故管片生生产的管管理和控控制极为为重要，但但由于这这部分内内容比较较多，为为节省篇篇幅，在在此仅指指出控制制的项目目（计划划另文对对此专题题介绍）即模具质量（含数量）、管片的生产工艺、管片出厂与进场检验、管片的存放时间（应控制在三个月内）与运输等。4.4盾构构机进场场、工作作竖井端端头土体体加固及及设备组组装调试试阶段盾构机进场场阶段：

17、北京地铁铁工程均均位于城城市繁华华地区，盾盾构机属属超高、超超宽及超重大大型设备备，进入入施工现现场必然然受沿途途环境条条件的限限制。因因此，盾构机机进场必必须有运运输方案案和组织织计划，并并得到城城市相关关管理部部门的批批准方可可实施。本本阶段管管理和控控制要点点是检查查是否编编制了切切实可行行的运输输方案，运运输线路路、时间间是否经经过实地地考察，沿沿途需要要加固或或挑高的的道路、桥桥梁及悬悬挂物是是否都已已实施。保证设设备的安安全运输输以及减减少对社社会环境境的影响响是控制制的目标标。（2）盾构构机组装装调试阶阶段：盾盾构机下下井组装装与盾构构机进场场是一个个整体，特特别是对对于分块块较

18、大较较重的部部件，一一般不采用二二次吊运运方案，盾构机机分块部部件进入入现场后后，应直接接吊入工工作竖井井进行组组装。通通常在购购买盾构构机时，对对盾构机机的分块块方式、分分块重量量和尺寸寸均有特特别要求求，即盾盾构机在在设计制制造阶段段就已考考虑了盾盾构机的的组装。因此管管理的内内容是吊吊装方案案的科学学性、合合理性及及组织的的有序性性，控制制重点是是安全。盾构机的调调试是一一项细致致的工作作，必须须分系统统分项目目调试结结束后，再再进行整整体联动动调试。盾盾构机组组装调试试结束后后，应组组织相关各方方人员进行行设备初初步验收收，验收收结果要要形成书书面报告告备查。调试阶段需要关注切削（刀盘

19、）系统、推进系统、壁后同步注浆系统、管片拼装系统、出渣系统（螺旋输送或皮带输送、泥水平衡盾构则应考虑排、送泥系统）、盾尾密封系统、操作控制（如压力等）系统、测量系统等。（3）初始始掘进前前工作竖竖井端头头土体加加固要按设计计图组织织实施，并并编制土体体加固专专项施工工方案。专专项施工工方案应应对加固固工艺、加加固材料料、质量量控制标标准、加加固过程程控制提提出明确确要求，施施工过程程要严格把把关和如如实记录录过程。工作竖竖井端头头土体加加固应在在工作竖竖井开挖挖之前进进行，防止土土体加固固破坏工工作竖井井的结构。另另外，目目前国内内对始发发井端头沿沿隧道轴轴线方向向的加固长长度一般般取6mm，

20、考虑到到初始掘掘进盾构构机态势控控制的特特点，笔者认认为加固固长度宜宜比盾构主主机长度度多12 m为好好。4.5盾构构法隧道道初始掘掘进阶段段（1）初始始掘进应应编制专专项实施施方案，方方案要对对盾构基基座（也也称始发台）的的定位(轴线与与高程)和安装装做出明明确的规规定，保保证盾构构机能够够按照隧隧道中心心掘进，基基座位置置与倾斜斜度要根根据地质质条件进进行计算算和测量量复核。当负环采用开口形式（非闭口环）时，要对负环管片结构进行支撑与加固，防止环片出现错位；反力架的安装刚度应进行验算，不允许反力架产生过大变形造成盾构机态势不良。（2）盾构构初始掘掘进客观观上存在在一个适适应地质质条件的的过

21、程，应应注意观观察与分分析各种种推进参参数，严严格控制制推进，及及时调整整盾构推推进参数数（如推推进压力力、壁后后同步注注浆量等等）。（3）负环环管片拆拆除前，在在隧道一一定长度度范围内内安设拉拉杆，对对盾构隧隧道的防防水极为为重要。初始掘进阶阶段盾构构机态势势控制是重重点，应应结合成成型隧道道轴线及及地表沉沉降值的的测量，调调整盾构构推进达达到最佳佳状态。4.6盾构构法隧道道正常掘掘进阶段段盾构法隧道道正常掘掘进阶段段的控制制重点是是过程管管理。应应按照盾盾构法施施工工艺艺，抓好好盾构推推进各项项参数控控制（特特别是开开挖面平平衡压力力的控制制）、隧隧道推进进轴线控控制（机机测与人人工测相相

22、结合）、管管片拼装装质量（含含管片质质量、防防水橡胶胶条质量量）控制制、壁后同同步注浆浆控制（含含工艺、材材料、配配比、注注浆量、注浆压力与时间）、地面沉降监测控制、设备维护与检修（包括各种施工用管路、轨道、运输、起吊及通讯、照明）控制等，保证盾构按照掘进进尺控制目标连续、均衡、稳定推进。4.7盾构构法隧道道盾构机机接收（或或进井）阶阶段本阶段也称称贯通掘掘进阶段段，管理理与控制制目标如如下。（1）控制制隧道推推进轴线线，加密密测量，确确保盾构构机正常常、顺利利进入工工作竖井井。（2）控制制推进压压力与速速度，防防止出现现坍塌和和施工安安全事故故。（3）制定定和采取取有效措措施，消消除本阶阶段

23、隧道道管片容容易出现现渗漏的的质量通通病。4.8盾构构机解体体撤场阶阶段盾构机解体体与撤场场与工程程质量无无直接关关系，但但作为盾盾构法施施工管理理的全过过程，应应列入工工程监管管的范围围。盾构构机解体体与组装装相同，需需要制定定解体、撤撤场与运运输方案案。方案案要对盾盾构机解解体顺序序、吊装装、标识识等均要要进行详详细的规规定，同同时方案案要考虑虑盾构机机离场后后的去向向、用途途，尽可可能与之之结合并并统一起起来。本本阶段除除要关心心方案之之外，更更重要的的是对实实施解体体撤场过过程的安安全加以以控制。4.9盾构构机过站站、调头头、转场场阶段盾构机过站站、调头头、转场场阶段都都各有特特点，其其管理内内容前面面阶段中中不同程程度地涉涉及到，可可参照相相应部分分进行管管理。但但必须制制定专项项阶段方方案，进进行有针针对性的的管理，保保证管理理与控制制的有效效性。5结语（1）应用用盾构技技术施工工地铁区区间隧道道，施工工管理程程序清晰晰、简单