关于地铁盾构法施工区间隧道的质量管理和控制

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前言随着我国城市地地铁建设高潮潮的兴起，盾盾构施工技术术以其特有的的技术优势，逐逐渐得到地铁铁建设界的青青睐，目前盾盾构施工技术术已发展成为为我国地铁隧隧道暗做法施施工的重要工工法之一。但但是，盾构施施工技术在地地铁隧道被广广泛应用的同同时，如何评评价和控制盾盾构法隧道的的工程质量，正正逐渐引起与与并得到建设设、设计、监监理及施工各各方的重视。笔笔者结合北京京市地铁隧道道盾构法施工工的现况，试试就盾构法隧隧道工程质量量的管理和控控制，谈谈自自己的粗浅看看法，旨在抛抛砖引玉，为为进一步提高高盾构法隧道道的工程质量量而努力。北京地铁工程应应用盾构法施施工的现状目前北京地铁五五号线、四号号线、十号线线一期(含奥运支线)及机场线（延延长约115km），共规划16个工程标段段（含盾构试试验段）采用用盾构法施工工，总长度31.833km，计划使用25台（次）盾盾构机（标段段划分及施工工单位见表1）。其中五五号线4个工程标段段（含盾构试试验段）已于于2005年12月底之前先先后掘进结束束，进入设备备安装阶段；；十号线3个工程标段段中的第9合同段于2006年8月中旬掘进进结束，第6、11合同标段均均掘进70%以上的隧道道长度；四号号线5个工程标段段陆续进入掘掘进高峰；机机场线4个工程标段段于2006年8月9日起陆续开开始掘进。招招标结束，。从从目前盾构法法隧道施工的的实际情况看看，盾构施工工正常（仅考考虑施工因素素），成型隧隧道工程整体体质量较好，管管片色差小，无无渗漏现象，特特别是管片拼拼装质量得到到国内外有关关专家的好评评，但也存在在一定问题。如如五号线盾构构始发时有相相当多的标段段不同程度地地存在盾构机机态势控制不不良，施工质质量不理想，管管片局部破损损；十号线某某标段成型隧隧道管片错台台较大等现象象；甚至出现现施工管理不不当，造成地地面大面积塌塌陷的严重工工程事故。从从施工管理的的角度出发，这这些问题均与与北京地铁隧隧道采用盾构构法施工的经经验不多，工工程积累少，不不熟悉盾构法法隧道施工管管理与控制的的关键所在，工工程施工质量量管理目标不不够明确等因因素有关。因因此，总结国国内其他城市市与北京现有有盾构法施工工的经验，分分析盾构法施施工的全过程程，分阶段分分层次按内容容不同对工程程施工过程进进行管理和控控制，进一步步提高北京地地铁盾构法隧隧道的工程质质量，很有必必要。盾构法隧道施工工阶段的划分分本文只对施工企企业（承包商商）接到工程程中标通知书书起到工程竣竣工交验止的的时间区段进进行阶段划分分，同时施工工阶段与地铁铁其它常规工工法施工相同同时略去不列列，仅列出因因采用盾构法法施工时所带带来的不同施施工阶段。3．1有关用语语定义（1）盾构机招招标：按照我我国招标法及及国家进口机机械设备有关关规定所进行行的购买盾构构机及配套设设备的一系列列活动；（2）盾构机系系统总图：盾盾构机主机系系统图和后续续台车以及台台车所载设备备系统图；（3）盾构机加加工计划：盾盾构机主要分分项系统加工工时序表（也也可称盾构机机设备加工横横道图或网络络图）；（4）初始掘进进：盾构机由由工作竖井进进入隧道内一一定距离的掘掘进施工阶段段，其按盾构构主机与后续续台车系统不不同的连接方方式大致可分分成主配套系系统分离（分分体分次）始始发与主配套套系统连接（连连体一次）始始发两种情况况；（5）盾构机态态势：盾构机机在地层掘进进过程中的瞬瞬时状态，一一般用盾构机机的x、y、z、方位角、俯俯仰、旋转等等六个参数描描述；（6）出井（或或进洞）：盾盾构机离开工工作竖井（也也称始发井）进进入区间隧道道的过程；（7）进井（或或出洞）：盾盾构机在区间间隧道内掘进进逐渐进入工工作竖井（也也称接收井）的的过程；（8）主配套系系统分离（分分体分次）始始发方式：初初始掘进时，盾盾构主机与后后续台车先分分离，然后根根据掘进的长长度或施工组组织要求，分分次将盾构主主机与后续台台车逐项连接接成为一体的的始发方式；；（9）主配套系系统连接（连连体一次）始始发方式：初初始掘进时，盾盾构主机已与与后续台车连连接成为一体体的始发方式式。3．2施工阶段段划分建设单位在土建建工程招标前前的工期筹划划应考虑盾构构机的提供方方式。根据目目前国内地铁铁盾构法施工工的经验，一一般可分成几几种模式：（1）租赁（建建设方出租或或企业之间租租赁）；（2）施工企业业自有；（3）新购置（企企业自购或建建设方购置）。结合上述提供盾盾构机的三种种模式，综合合考虑盾构法法施工组织过过程，可把采采用盾构法施施工增加的施施工阶段大致致分为以下施施工阶段：（1）盾构机招招标购置阶段段；（2）盾构机设设计及制造阶阶段；（3）盾构管片片（含管片模模具）生产、供供应阶段；（4）盾构机进进场、工作竖竖井端头土体体加固及设备备组装调试阶阶段；（5）盾构法隧隧道初始掘进进阶段；（6）盾构法隧隧道正常掘进进阶段；（7）盾构法隧隧道盾构机接接收（或进井井）阶段；（8）盾构机解解体撤场阶段段。根据盾构标段工工程施工筹划划不同，有盾盾构机过站、盾盾构机由同一一区间另一条条线路调头掘掘进返回原始始发现场以及及盾构机转到到另外区间始始发竖井（或或原始发竖井井施工同一区区间另一条线线路）施工等等情况。因此此还会出现以以下施工阶段段。（9）盾构机过过站阶段；（10）盾构机机调头阶段；；（11）盾构机机转场阶段。4．各施工阶段段的管理与控控制4.1盾构机招招标购置阶段段此阶段要为工程程选定（或确确定）满足工工程要求的盾盾构机，应对对盾构机的功功能配备、设设备使用性能能、各项系统统的技术规格格、关键系统统或项目的参参数指标以及及盾构机对本本工程各项条条件的适应性性给出准确和和适宜的回答答。本阶段控控制要点关键键在盾构机的的工程适应性性和设备的使使用性能。如如果控制得好好，基本保证证隧道掘进阶阶段的施工可可顺利进行。否否则，将会增增加很多困难难。如某盾构构工程因刀盘盘扭矩储备不不足，盾构机机在掘进过程程中常常因过过载自动跳闸闸停机，致使使开挖与出渣渣失衡，地面面沉降过大，严严重影响了施施工安全和质质量。要达到到这一控制目目标，要针对对工程的实际际条件从以下下几个方面出出发进行管理理和控制。（1）工程地质质条件：就北北京地区而言言，要对隧道道穿越地层中中三种典型地地质的状态进进行分析，特特别是地层颗颗粒级配及石石英含量。这这些对盾构机机的类型、刀刀盘形式、刀刀具形状、刀刀具布置及耐耐磨特性等均均有直接关系系；（2）工程水文文条件：隧道道沿线地下水水的存在形式式和分布状态态、地层渗透透系数的大小小等。这些对对盾构施工开开挖面的稳定定、盾构施工工是否拌随出出渣过程发生生喷涌（加泥泥式土压平衡衡盾构）以及及掘进速度都都会带来影响响；（3）隧道沿线线地表（地下下）或周边建建、构筑物对对沉降控制的的要求：如盾盾构穿越既有有地铁运营线线、桥梁基础础、地下管线线、结构性较较差的房屋及及国铁线路等等建、构筑物物时，一般对对沉降限制较较严，相应也也对盾构的可可操性以及背背后同步注浆浆系统有特别别的要求；（4）盾构机辅辅助性能或措措施的适应性性要求：如局局部地段对刀刀具、对添加加改性剂等的的特殊要求，对对盾构机的综综合性能都会会造成变化；；（5）施工环境境及环境保护护要求：纯技技术层面而言言，在城市繁繁华地区采用用盾构法施工工，从保持开开挖面稳定、控控制地表沉降降施工速度看看，特别是大大直径隧道（如如超过8m），泥水平平衡盾构应优优于土压平衡衡盾构，但从从占用施工场场地大小以及及可能会对环环境的影响考考虑，泥水平平衡盾构又有有一定劣势。因因此要因地制制宜综合权衡衡。以上仅仅考虑技术与与施工条件，没没有考虑经济济性。不容质质疑，盾构机机的性价比必必然是一个重重要的参考指指标。实际操操作时，可以以考虑从施工工队伍的技术术水平及组织织能力方面综综合平衡，对对盾构设备的的某些技术性性能指标进行行取舍。对于租赁及自自有盾构机的的情况，应按按照上述条件件对盾构机进进行分析评估估和改造，控控制目标仍然然是盾构机对对本工程的适适应性和设备备的使用性能能。4.2盾构机设设计制造阶段段此阶段为盾构机机实体构成阶阶段，管理和和控制的目标标应是依据所所签定的购买买合同，严格格合同管理，切切实做到设备备供应商按合合同规定的质质量、交货期期提供盾构机机。结合国内内购买盾构机机的经验教训训，宜从以下下几点进行控控制。合同培训：要组组织相关人员员进行合同培培训，要掌握握合同中商务务条款和技术术条款的内容容，至少对关关键条款的内内容及内涵非非常清楚。这这样才有利于于提高项目的的执行力；设备供应商按合合同及早提供供设备系统总总图和盾构机机加工计划：：地铁隧道施施工用盾构机机是大型的专专项设备，设设计与制造周周期较长，一一旦出现遗漏漏，必然造成成延长供货期期或质量难以以保证。因此此，必须坚持持过程控制，按按设备系统总总图、按分项项目系统、计计划逐一综合合控制。同时时，要制定双双方签字确认认的程序和制制度，对设备备制造过程中中双方商定的的内容、阶段段性完成的项项目进行签认认。做到责任任清楚、确定定、落实，可可追究。驻厂监造：盾构构机总造价约约在4500万元人民币币左右，必须须坚持驻厂监监造。驻厂监监造人员应对对制造采用的的原材料、半半成品、及外外购件是否遵遵守购买合同同约定要求给给予确认，不不满足时，要要立即书面明明确提出更换换要求。例如如电机、减速速箱等是否是是合同约定的的厂家及其相相应等级的产产品。同时要要对设备的制制造工艺及相相应质量标准准给予充分关关注，必要时时可旁站或抽抽查。确认和和抽查结果要要经双方人员员签认，并通通报各自企业业留存和备查查。出厂验收：出厂厂验收是确保保设备整体综综合质量的非非常重要的一一个环节。要要成立设备出出厂验收领导导小组，并事事先制定验收收计划，计划划要详细规定定验收项目和和内容。要对对验收项目的的内容进行验验收方法设计计，其方法要要科学合理，能能够达到验收收目的，对无无法进行负载载验收的项目目要有经过双双方同意的替替代方案。设设备供应商应应事先在工厂厂内为满足验验收要求创造造好条件。盾盾构机部件的的验收也是很很重要的，主主要是通过检检查工厂自检检记录和相关关资料。如传传感器的检查查和标定结果果等。4.3盾构管片片（含管片模模具）生产、供供应阶段盾构管片是盾构构法隧道的主主要结构构件件，其质量优优劣、数量是是否满足工程程施工需要，直直接决定盾构构法隧道的工工程质量和施施工进度，故故管片生产的的管理和控制制极为重要，但但由于这部分分内容比较多多，为节省篇篇幅，在此仅仅指出控制的的项目（计划划另文对此专专题介绍）即即模具质量（含含数量）、管管片的生产工工艺、管片出出厂与进场检检验、管片的的存放时间（应应控制在三个个月内）与运运输等。4.4盾构机进进场、工作竖竖井端头土体体加固及设备备组装调试阶阶段盾构机进场阶段段：北京地铁铁工程均位于于城市繁华地地区，盾构机机属超高、超超宽及超重大大型设备，进进入施工现场场必然受沿途途环境条件的的限制。因此此，盾构机进进场必须有运运输方案和组组织计划，并并得到城市相相关管理部门门的批准方可可实施。本阶阶段管理和控控制要点是检检查是否编制制了切实可行行的运输方案案，运输线路路、时间是否否经过实地考考察，沿途需需要加固或挑挑高的道路、桥桥梁及悬挂物物是否都已实实施。保证设设备的安全运运输以及减少少对社会环境境的影响是控控制的目标。（2）盾构机组组装调试阶段段：盾构机下下井组装与盾盾构机进场是是一个整体，特特别是对于分分块较大较重重的部件，一一般不采用二二次吊运方案案，盾构机分分块部件进入入现场后，应应直接吊入工工作竖井进行行组装。通常常在购买盾构构机时，对盾盾构机的分块块方式、分块块重量和尺寸寸均有特别要要求，即盾构构机在设计制制造阶段就已已考虑了盾构构机的组装。因因此管理的内内容是吊装方方案的科学性性、合理性及及组织的有序序性，控制重重点是安全。盾构机的调试是是一项细致的的工作，必须须分系统分项项目调试结束束后，再进行行整体联动调调试。盾构机机组装调试结结束后，应组组织相关各方方人员进行设设备初步验收收，验收结果果要形成书面面报告备查。调调试阶段需要要关注切削（刀刀盘）系统、推推进系统、壁壁后同步注浆浆系统、管片片拼装系统、出出渣系统（螺螺旋输送或皮皮带输送、泥泥水平衡盾构构则应考虑排排、送泥系统统）、盾尾密密封系统、操操作控制（如如压力等）系系统、测量系系统等。（3）初始掘进进前工作竖井井端头土体加加固要按设计计图组织实施施，并编制土土体加固专项项施工方案。专专项施工方案案应对加固工工艺、加固材材料、质量控控制标准、加加固过程控制制提出明确要要求，施工过过程要严格把把关和如实记记录过程。工工作竖井端头头土体加固应应在工作竖井井开挖之前进进行，防止土土体加固破坏坏工作竖井的的结构。另外外，目前国内内对始发井端端头沿隧道轴轴线方向的加加固长度一般般取6m，考虑到初初始掘进盾构构机态势控制制的特点，笔笔者认为加固固长度宜比盾盾构主机长度度多1~2m为好。4.5盾构法隧隧道初始掘进进阶段（1）初始掘进进应编制专项项实施方案，方方案要对盾构构基座（也称称始发台）的的定位(轴线与高程)和安装做出出明确的规定定，保证盾构构机能够按照照隧道中心掘掘进，基座位位置与倾斜度度要根据地质质条件进行计计算和测量复复核。当负环环采用开口形形式（非闭口口环）时，要要对负环管片片结构进行支支撑与加固，防防止环片出现现错位；反力力架的安装刚刚度应进行验验算，不允许许反力架产生生过大变形造造成盾构机态态势不良。（2）盾构初始始掘进客观上上存在一个适适应地质条件件的过程，应应注意观察与与分析各种推推进参数，严严格控制推进进，及时调整整盾构推进参参数（如推进进压力、壁后后同步注浆量量等）。（3）负环管片片拆除前，在在隧道一定长长度范围内安安设拉杆，对对盾构隧道的的防水极为重重要。初始掘进阶段盾盾构机态势控控制是重点，应应结合成型隧隧道轴线及地地表沉降值的的测量，调整整盾构推进达达到最佳状态态。4.6盾构法隧隧道正常掘进进阶段盾构法隧道正常常掘进阶段的的控制重点是是过程管理。应应按照盾构法法施工工艺，抓抓好盾构推进进各项参数控控制（特别是是开挖面平衡衡压力的控制制）、隧道推推进轴线控制制（机测与人人工测相结合合）、管片拼拼装质量（含含管片质量、防防水橡胶条质质量）控制、壁壁后同步注浆浆控制（含工工艺、材料、配配比、注浆量量、注浆压力力与时间）、地地面沉降监测测控制、设备备维护与检修修（包括各种种施工用管路路、轨道、运运输、起吊及及通讯、照明明）控制等，保保证盾构按照照掘进进尺控控制目标连续续、均衡、稳稳定推进。4.7盾构法隧隧道盾构机接接收（或进井井）阶段本阶段也称贯通通掘进阶段，管管理与控制目目标如下。（1）控制隧道道推进轴线，加加密测量，确确保盾构机正正常、顺利进进入工作竖井井。（2）控制推进进压力与速度度，防止出现现坍塌和施工工安全事故。（3）制定和采采取有效措施施，消除本阶阶段隧道管片片容易出现渗渗漏的质量通通病。4.8盾构机解解体撤场阶段段盾构机解体与撤撤场与工程质质量无直接关关系，但作为为盾构法施工工管理的全过过程，应列入入工程监管的的范围。盾构构机解体与组组装相同，需需要制定解体体、撤场与运运输方案。方方案要对盾构构机解体顺序序、吊装、标标识等均要进进行详细的规规定，同时方方案要考虑盾盾构机离场后后的去向、用用途，尽可能能与之结合并并统一起来。本本阶段除要关关心方案之外外，更重要的的是对实施解解体撤场过程程的安全加以以控制。4.9盾构机过过站、调头、转转场阶段盾构机过站、调调头、转场阶阶段都各有特特点，其管理理内容前面阶阶段中不同程程度地涉及到到，可参照相相应部分进行行管理。但必必须制定专项项阶段方案，进进行有针对性性的管理，保保证管理与控控制的有效性性。5．结语（1）应用盾构构技术施工地地铁区间隧道道，施工管理理程序清晰、简简单，便于控控制工程质量量和施工