摘要：近年来，地铁在人们出行方面发挥着极其重要的作用，有效的缓解了城市交通压力。而地铁线网功能定位不同，其线路规划设计时速、投入车型、隧道断面等易不同。特殊线路选用速度较高的地铁车型，盾构隧道断面较大，质量控制严格，因此分析研究大断面地铁盾构隧道施工质量控制，并对质量控制难点采取相应的应对措施具有十分重要的意义。
关键词：地铁盾构隧道、大断面、质量控制
引言
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。本文主要针对成都轨道交通18号线工程大断面隧道盾构法施工质量控制进行分析研究。
一、工程简介
成都轨道交通18号线是服务于成都市区与成都天府国际机场之间的快线地铁，亦是一条兼顾市域客流和机场客流的复合线，正线起于成都南站，向南延伸覆盖天府新区中央商务区直至天府新站，向东穿越龙泉山后向北进入成都天府国际机场航站楼。线路全长 66.16km，共设车站12座；设计时速140km/h，采用8卡A+型交流电动列车。区间盾构隧道内径7500mm，隧道外径8300mm，管片厚度400mm，管片宽度1800mm。采用圆形装配式钢筋混凝土管片单层衬砌，其砼强度等级不小于C50、抗渗等级不低于P12。每环管片采用7块方案，由1块封顶块管片、4块标准块管片与2块邻接块管片组成。
二、盾构法施工特点
本工程盾构隧道断面较大；盾构法施工地面作业少，隐蔽性好；因噪音、振动引起的环境影响小；自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；隧道衬砌工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集区域时，周围环境受施工影响小；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。
三、盾构隧道工程环境因素分析
以兴隆站～天府新站盾构区间为例，沿线依次下穿红星路南延线、35KV兴平路高压铁塔基础、鹿溪河桥、威青线燃气管线、成自泸高速等建（构）筑物，该区域主要为现状农田、林地，山头较多，地形起伏大，最大高差40m。区间位于苏码头油气田与三大湾油气田交接部位，影响程度为天然气危害地区，为低瓦斯盾构掘进区间。区间最大曲线半径1500m，最大纵坡28`‰；最小埋深约9.3m，最大埋深约51m。
兴～天区间线路走向图
盾构隧道工程环境因素分析：
（1）该区间隧道长距离穿越棕红色泥岩层，遇水软化，粘性强，极易糊刀盘刀具，应做好相关设计及渣土改良。
（2）该区间盾构需长距离穿越泥岩，盾构在泥岩掘进过程管片上浮现象严重，在同步注浆、二次注浆浆液配比、注浆量、注浆压力及注浆位置上进行优化选择，严格控制。
（3）该区段属于洛带气田和苏码头气田影响区，影响程度为天然气危害地区，虽可按常规工法施工，但需对设备进行瓦斯针对性设计并加强通风和瓦斯监测，制定应对措施，以规避安全风险及因安全问题引起的质量问题。
（4）该区段盾构单台连续掘进长度为2.2km和2.3km，穿越地质主要为泥岩，局部存在砂岩，应在刀盘、刀具选型下进行优化设计，同时开仓换刀为一大难题。
（5）盾构下穿红星路南延线、雨污水管、高压燃气管、鹿溪河桥、成自泸高速等建构物，设备进行针对性设计以确保密封性及可操作性。
（6）受始发井（兴～天区间风井）场地限制，在1200m曲线半径进行分体始发、长距离硬岩段掘进等。隧道埋深较深，线路坡度大。，
四、大断面地铁盾构隧道施工质量控制措施
1、盾构选型
遵循安全适应性、技术先进性、经济合理性原则，结合本工程地质、水文地质、地形地貌、地面建筑、地下管线与构筑物、隧道结构、线路线型、工期节点要求、技术经济比较等因素，参照成都地铁既有线施工经验，兴隆站～天府新站盾构区间选用型号相同的4台铁建重工复合式土压平衡式盾构机，盾构机开挖直径8600mm，全长114m。主机由刀盘、前体、中体、盾尾、拼装机和螺旋输送机等组成；后配套由连接桥、7个台车、管片吊机和皮带输送机（皮带机贯穿连接桥和7个拖车）组成。单台总装机容量约为4800kVA，刀盘开口率37%，其中中心开口率为40%。
2、管片生产质量控制
管片工厂化生产，从管片生产方案、模板质量、原材料质量、管片脱模、组模、混凝土质量、浇筑、养护及成品堆放、成品试验等方面进行质量控制。在盾构隧道工程施工过程中，严格把控管片生产与验收的各个环节，坚决执行问题管片报废制度，才能保障整个地铁盾构隧道施工的工程质量。
3、始发阶段质量控制
盾构机组装和连接完毕后，进行空载调试和负荷调试，使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到正常工作状态。严格控制始发台、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。盾构中线比设计轴线适当抬高2cm。盾构在始发台上向前推进时，各组推进油缸保持同步。在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。
4、掘进阶段质量控制
（1）渣土改良技术
通过理论分析，建立泡沫、膨润土等渣土改良添加材料与渣土相互作用的理论模型，进而研究渣土改良添加剂与土体相互作用的微观机理，根据该工程地质特点同时配置泡沫、膨润土改良系统。泡沫系统采用了“单管单泵”的注入方式，每个刀盘对应一路，每一路泡沫的流量和压力都相对独立；膨润土系统每一路的压力和流量都能够进行实时监测和控制，能够有效保证渣土改良效果。
（2）同步注浆技术
通过理论解析法和数值仿真法分析施工过程注浆材料需具备的物理力学指标，建立注浆参数与施工控制指标的关系，为浆液选择及配合比提供依据，同时理论计算配合比。另外，通过同步、二次注浆现场试验，发现并解决软土地区浅覆土大断面矩形盾构注浆方式存在的注浆不均匀、适应性差等问题，在合理评估注浆效果的基础上，进一步优化注浆参数。
（3）掘进方向控制
盾构机掘进过程中，精确的方向控制可以避免隧道蛇行、磕头。在盾构掘进机上安装导向控制系统，并实现电脑程序化和自动化控制。同时采用人工测量复核，以确保掘进方向的准确。严格控制并及时调整千斤顶的编组和各区域千斤顶的行程、流量及油压，加强各施工参数的设定管理，防止因参数设定不当造成隧道轴线产生大的偏离，要做到随偏随纠、勤纠小纠，特别是在隧道曲线段时，要通过精心计算来确定衬砌的超前量，并通过旋转管片来改变其拼装位置，以达到相应的超前量值。此外，还可通过刀盘的伸缩功能和改变刀具的角度来达到控制轴线的目的。
（4）管片拼装与防水
管片拼装时必须定位正确，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片拼装质量及与盾构的相对位置。拼装要严格控制好环面的平整度及拼装环的椭圆度。管片拼装完后，要及时靠拢千斤顶，以防盾构后退及管片移位，在每环衬砌拼装结束后及时拧紧连接衬砌的纵、环向螺栓，拧紧时要注意检查螺栓孔密封圈是否已全部穿入，不得出现遗漏。在该衬砌脱出盾尾后，应再次拧紧纵、环向螺栓。在进入下一环管片拼装作业前，应对相邻已拼装成型的3环范围内的隧道的管片连接螺栓进行全面检查并复紧，管片拧紧后扭矩不低于1200N.m。K块防水密封垫应在拼装前涂抹润滑剂，以减少插入时密封垫间的摩阻力。管片拼装的过程中不能在管片轴向受力时进行调整管片，以防止损坏防水橡胶条。
强调结构自防水首先应保证管片的自防水能力，保证拼装与注浆质量。提高管片防水设计指标设定的合理性，由于张开量、错台量及张角等指标易受管片拼装过程及建设后期不均匀沉降的影响，且设计防水压力要有一定的安全系数作为保障，因此，可通过采用荷载-结构法研究管片接缝张开量、张角、错台量等变形指标的变化规律，以对防水设计指标的合理性进行分析。
5、接收阶段质量控制
在盾构机距离端头墙50米时，选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，控制在30mm/min以下，推力逐渐降低，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。盾构到达前检查端头土体质量，确保土体含水量及稳定性满足到达要求。增加地表沉降监测的频次，并及时反馈监测结果指导施工。橡胶帘布内侧涂抹油脂，避免刀盘刮破帘布而影响密封效果。在盾构贯通后安装的几环管片，一定要保证注浆饱满密实，并且一定要及时拉紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。
6、沉降控制
盾构在始发、掘进、接收阶段的地层沉降，加强同步注浆和填充注浆或地表跟踪注浆，控制欠压，深层量测，应急为辅，积极补救，加强地面监测。
结语
地铁隧道盾构法施工历史悠久，技术成熟，城市轨道交通领域应用广泛。而大断面地铁隧道盾构法施工相对较少，经验缺乏；因此提高其施工质量，还需要从提高工程质量控制意识、完善人员培训体制、健全工程质量控制体系以及加强工程质量控制力度等多方面做起，逐渐掌握施工技术，为今后大断面地铁盾构隧道施工质量、安全控制提供有力的技术保证。
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论文作者:郝峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/18
标签：盾构论文; 管片论文; 隧道论文; 断面论文; 质量控制论文; 注浆论文; 地铁论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;