关于盾构法施工地铁区间隧道的质量控制[全面]

关于北京地铁盾构法施工区间隧道的质量管理和控制

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1．前言

随着我国城市地铁建设高潮的兴起,盾构施工技术以其特有的技术优势,逐渐得到地铁建设界的青睐,目前盾构施工技术已发展成为我国地铁隧道暗做法施工的重要工法之一.但是,盾构施工技术在地铁隧道被广泛应用的同时,如何评价和控制盾构法隧道的工程质量,正逐渐引起与并得到建设、设计、监理及施工各方的重视.笔者结合北京市地铁隧道盾构法施工的现况,试就盾构法隧道工程质量的管理和控制,谈谈自己的粗浅看法,旨在抛砖引玉,为进一步提高盾构法隧道的工程质量而努力.

2．北京地铁工程应用盾构法施工的现状

目前北京地铁五号线、四号线、十号线一期(含奥运支线)及机场线(延长约115千米),共规划16个工程标段(含盾构试验段)采用盾构法施工,总长度31.83 千米,计划使用25台(次)盾构机(标段划分及施工单位见表1).其中五号线4个工程标段(含盾构试验段)已于底之前先后掘进结束,进入设备安装阶段;十号线3个工程标段中的第9合同段于2006年8月中旬掘进结束,第6、11合同标段均掘进70%以上的隧道长度;四号线5个工程标段陆续进入掘进高峰;机场线4个工程标段于2006年8月9日起陆续开始掘进.招标结束,.从目前盾构法隧道施工的实际情况看,盾构施工正常(仅考虑施工因素),成型隧道工程整体质量较好,管片色差小,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.

3．盾构法隧道施工阶段的划分

本文只对施工企业(承包商)接到工程中标通知书起到工程竣工交验止的时间区段进行阶段划分,同时施工阶段与地铁其它常规工法施工相同时略去不列,仅列出因采用盾构法施工时所带来的不同施工阶段.

3．1有关用语定义

(1)盾构机招标：按照我国招标法及国家进口机械设备有关规定所进行的购买盾构机及配套设备的一系列活动;

(2)盾构机系统总图：盾构机主机系统图和后续台车以及台车所载设备系统图;

(3)盾构机加工计划：盾构机主要分项系统加工时序表(也可称盾构机设备加工横道图或网络图);

(4)初始掘进：盾构机由工作竖井进入隧道内一定距离的掘进施工阶段,其按盾构主机与后续台车系统不同的连接方式大致可分成主配套系统分离(分体分次)始发与主配套系统连接(连体一次)始发两种情况;

(5)盾构机态势：盾构机在地层掘进过程中的瞬时状态,一般用盾构机的 x、y、z、方位角、俯仰、旋转等六个参数描述;

(6)出井(或进洞)：盾构机离开工作竖井(也称始发井)进入区间隧道的过程;

(7)进井(或出洞)：盾构机在区间隧道内掘进逐渐进入工作竖井(也称接收井)的过程;

(8)主配套系统分离(分体分次)始发方式：初始掘进时,盾构主机与后续台车先分离,然后根据掘进的长度或施工组织要求,分次将盾构主机与后续台车逐项连接成为一体的始发方式;

(9)主配套系统连接(连体一次)始发方式：初始掘进时,盾构主机已与后续台车连接成为一体的始发方式.

3．2施工阶段划分

建设单位在土建工程招标前的工期筹划应考虑盾构机的提供方式.根据目前国内地铁盾构法施工的经验,一般可分成几种模式：

(1)租赁(建设方出租或企业之间租赁);

(2)施工企业自有;

(3)新购置(企业自购或建设方购置).

结合上述提供盾构机的三种模式,综合考虑盾构法施工组织过程,可

把采用盾构法施工增加的施工阶段大致分为以下施工阶段：

(1)盾构机招标购置阶段;

(2)盾构机设计及制造阶段;

(3)盾构管片(含管片模具)生产、供应阶段;

(4)盾构机进场、工作竖井端头土体加固及设备组装调试阶段;

(5)盾构法隧道初始掘进阶段;

(6)盾构法隧道正常掘进阶段;

(7)盾构法隧道盾构机接收(或进井)阶段;

(8)盾构机解体撤场阶段.

根据盾构标段工程施工筹划不同,有盾构机过站、盾构机由同一区间另一条线路调头掘进返回原始发现场以及盾构机转到另外区间始发竖井(或原始发竖井施工同一区间另一条线路)施工等情况.因此还会出现以下施工阶段.

(9)盾构机过站阶段;

(10)盾构机调头阶段;

(11)盾构机转场阶段.

4．各施工阶段的管理与控制

4.1盾构机招标购置阶段

此阶段要为工程选定(或确定)满足工程要求的盾构机,应对盾构机的功能配备、设备使用性能、各项系统的技术规格、关键系统或项目的参数指标以及盾构机对本工程各项条件的适应性给出准确和适宜的回答.本阶段控制要点关键在盾构机的工程适应性和设备的

使用性能.如果控制得好,基本保证隧道掘进阶段的施工可顺利进行.否则,将会增加很多困难.如某盾构工程因刀盘扭矩储备不足,盾构机在掘进过程中常常因过载自动跳闸停机,致使开挖与出渣失衡,地面沉降过大,严重影响了施工安全和质量.要达到这一控制目标,要针对工程的实际条件从以下几个方面出发进行管理和控制.

(1)工程地质条件：就北京地区而言,要对隧道穿越地层中三种典型地质的状态进行分析,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)工程水文条件：隧道沿线地下水的存在形式和分布状态、地层渗透系数的大小等.这些对盾构施工开挖面的稳定、盾构施工是否拌随出渣过程发生喷涌(加泥式土压平衡盾构)以及掘进速度都会带来影响;

(3)隧道沿线地表(地下)或周边建、构筑物对沉降控制的要求：如盾构穿越既有地铁运营线、桥梁基础、地下管线、结构性较差的房屋及国铁线路等建、构筑物时,一般对沉降限制较严,相应也对盾构的可操性以及背后同步注浆系统有特别的要求;

(4)盾构机辅助性能或措施的适应性要求：如局部地段对刀具、对添加改性剂等的特殊要求,对盾构机的综合性能都会造成变化; (5)施工环境及环境保护要求：纯技术层面而言,在城市繁华地区采用盾构法施工,从保持开挖面稳定、控制地表沉降施工速度看,特别是大直径隧道(如超过8米),泥水平衡盾构应优于土压平衡盾构,但从占用