盾構隧道掘進施工的質量管理和驗收用表編制

蔡文豪 李 婕

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

一般來講，隧道的掘進施工分為明挖法和暗挖法，其中盾構法就是暗挖法的一種。由于它可以實現土體開挖、管片安裝、盾構掘進、渣土輸運等全自動機械化作業，具備高度智能化、高度自動化、高效施工速率以及施工作業非常隱蔽、對周圍環境影響小等諸多優點，而廣泛應用于地鐵隧道的掘進施工中。盾構法已經成功地應用于各種復合地質條件和各種復雜地形，其各項施工技術亦得到了長足發展[1]。在地質條件合適的區段，盾構法施工早已成為地鐵區間隧道掘進施工的優先方法。其大致施工過程如下：當盾構機在土壤中向前掘進時，安裝在盾構機前方的旋轉切削刀盤對巖土進行切削，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，而依靠盾構機堅固的外殼支撐外部土體壓力和提供進動力，當盾構機掘進一段距離后，自動安裝預制管片并與已成型隧道拼接。這種“挖掘前進-拼接管片”的過程即為盾構過程。

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

1 盾構隧道的技術難點

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

一是盾構始發階段。該階段按照設計要求，在指定位置明挖盾構始發井，并對始發井進行加固，然后將盾構機零部件吊裝至井內并安裝調試；

二是盾構掘進階段。該過程主要是按照設計線路、結合盾構機的自動導向系統進行土體挖掘-管片拼裝；

三是盾構到達階段。該階段與始發階段相反，主要進行盾構機的拆裝、運力地面等工作。

由于盾構機的體型巨大、地鐵隧道直徑大、埋深深，加之復雜、多變的地質條件因素，盾構隧道的主要技術難點體現在以下三個方面：

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

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

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

盾構隧道在施工掘進過程中，除了隧道自身出現的一些技術難點之外，盾構機以及盾構掘進過程也會集中表現出諸多技術難點問題，例如盾構始發、螺旋輸送機的噴涌現象、刀盤泥餅現象、中途尾刷更換技術等。

2 盾構隧道技術控制重點

首先，盾構機的選型。盾構機的選型是否合適，對盾構掘進的效率、施工質量乃至盾構的成敗都起著關鍵作用。要根據地質條件、線路埋深等因素選取參數合適的盾構設備。由于盾構機面臨復雜多變的惡劣地質環境，參數不合適的盾構機可能會導致機器經常出現故障停機等情況，從而影響工程進程。

其次，科學合理的掘進工藝。施工工藝很大程度上對施工質量其決定性影響，因此，選擇科學、合理的掘進工藝尤為重要。就一般工程經驗而言，大部分不合理的掘進工藝體現在盾構管片設計、拼接和盾構機安裝、運行參數選取等方面，這些都是在使用中應避免的。

再次，盾構機的姿態控制。按照相關規范要求，盾構隧道貫通后隧道中心線偏離誤差不能超過50 mm，這就需要掘進施工過程中，對盾構機的方向進行密切監控和及時糾偏。

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

3 盾構隧道驗收用表編制

基于上述質量管理和質量控制的要點，依據《盾構法隧道施工與驗收規范》（GB 50446—2017）和《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204—2015）等相關標準規范的要求，盾構隧道區間質量驗收用表在通用表格的基礎上應增加表格：《管片鋼模及拆除工程質量驗收記錄》《管片進場檢驗批質量驗收記錄》《盾構掘進施工質量驗收記錄》《管片注漿檢查質量驗收記錄》《成型盾構隧道工程檢驗批質量驗收記錄》。

由于管片質量與其預制工藝質量密不可分，而管片鋼模的精度很大程度決定最終盾構管片的精度，因此，首先將管片鋼模拆除工程質量驗收和管片進場質量驗收合并介紹。《管片鋼模及拆除工程質量驗收記錄》和《管片進場檢驗批質量驗收記錄》表格的編制主要基于混凝土管片生產工藝及質量控制措施。地鐵盾構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，一般要求其抗滲等級不低于P10、強度等級不低于C45。作為隧道的主要受力構件，不僅要求其外觀和精度達到規范要求，對其結構強度、耐久性、耐腐蝕性等性能提出了更高要求[4]。

預制混凝土管片的生產工藝大致可總結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，首先要求嚴格控制模具和組模的精度。組模時應特別注意檢查各模具對應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志位置，各擰固螺栓的裝配順序是否合規。只有嚴格控制上述各項要求符合相關規范，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，都應對其尺寸偏差進行檢測并作詳細記錄，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量驗收記錄》表應涵蓋模具制作、組模及使用性能要求、避免脫模劑污染、管片出模強度、鋼模容許偏差、預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量要求和驗收項目，在鋼模拆除過程中，應按照規定順序依次拆除各緊固螺栓。嚴禁使用蠻力對模板進行敲打，應使用專用設備將脫模管片進行起吊、清理、拆除。此外起吊過程中應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量驗收記錄》表驗收項目中，應繼續增加鋼模拆除工程質量驗收相關內容和驗收項目。

盾構管片是盾構隧道的最重要的襯砌結構和最核心的保護屏障，它承載了土層、地下水以及其他特殊載荷的壓力。由于結構的特殊性，盾構管片還是盾構隧道的永久襯砌結構，每一片管片的質量對整個隧道的質量都起著至關重要的作用。因此，在盾構管片進場時就應該對其進行嚴格質量把關，《管片進場檢驗批質量驗收記錄》也因此編制。由于盾構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分別從兩種類型的管片方面進行考慮。其中，混凝土管片進場驗收應記錄其混凝土強度、抗滲等級、管片結構性能、幾何尺寸和主筋保護層厚度偏差等；鋼管片進場驗收應記錄其外觀質量、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，二者皆應記錄一般缺陷的管片數量，作為總體樣本的占比分析。

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

（1）實時推算反饋相關作用力，設置合理參數以確保盾構機掘進過程的平穩順利。最重要的是控制盾構隧道的掘進方向，以及保證其超欠挖在一定的范圍內，按照規范要求，該值應該控制在±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。盾構隧道下穿硬質地層或者上軟下硬地層過程中極易發生上浮，施工過程應密切注意采用一致飽和度注漿、設置合理頂推力等措施來控制管片上浮；

（3）制定詳細計劃確保盾構機始發和達到時安全、有序、順利進行。盾構機體型巨大、結構復雜，其始發和到達一般要進行下吊、組裝、離吊、拆解等作業，通常面臨作業空間小、工序復雜、精度要求高，甚至部分工程還面臨小轉彎半徑始發和分體始發等挑戰，需要在事前制定詳細計劃；

（4）嚴格控制各項參數，以最大限度地減少盾構作業對周圍環境的影響、特別是避免巖土崩潰和地面沉陷等事故的發生。地鐵隧道掘進常有隧道涌水、涌沙、地陷等事故伴隨，如控制不當可能引起更大的災害，因此，在掘進施工過程中應嚴格控制各項參數，以確保施工安全和減少對外環境的影響。

鑒于此，《盾構掘進施工質量驗收記錄》表應涵蓋開挖面土體穩定與否、管片和管片防水密封質量、螺栓質量及擰緊程度、掘進過程中的壁后注漿、地表沉降值、隧道軸線平面位置、隧道軸線高程等驗收項目，并且在施工中應加強對上述參數的監控。

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，并依此來調節注漿壓力。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一步堵漏。因此，《管片注漿檢查質量驗收記錄》表的驗收項目應包含注漿材料、注漿質量、及時注漿、注漿檢查及清洗等。

按照地鐵盾構隧道掘進施工工序，當前述所有工序完工后便進行區間的整體驗收，對于始發推進后的隧道還需進行百環驗收。成型盾構隧道的質量驗收主要是從整個區間隧道來評估和驗收其質量的優劣，與檢查單一的管片區別開來。《成型盾構隧道工程檢驗批質量驗收記錄》表的驗收項目包括了以下九個內容：

①結構表面無裂縫；②管片接縫嚴密與否；③隧道防水；④襯砌結構不侵限界；⑤隧道軸線平面位置；⑥隧道軸線高程；⑦襯砌環直徑橢圓度；⑧襯砌環內錯臺；⑨襯砌環間錯臺等。

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

4 結語

由于設備的特殊性和工藝的先進性，盾構隧道的質量管理和安全風險管控備受關注。盾構管片發揮了盾構隧道永久襯砌的功能與作用，因此，其質量監督和質量把關更是盾構隧道安全的重中之重。正因此，盾構隧道區間質量驗收用表在通用表格的基礎上應新增一系列關于管片生產工藝及質量控制的表格，并在生產中嚴把質量關，在工程應用中嚴格落實各項安全質量要求，并按照規范做好質量驗收工作。