摘要：随着时代的发展，地铁已经成为人们日常出行的交通工具，但是由于本身的施工环境复杂，因此在地铁施工中需要相关的施工人员针对地铁施工的相关问题进行深入分析和探讨，本文作者结合自身实践对我国的地铁施工中的常见问题进行探讨。盾构法施工是我们在地铁施工中常用的施工方法，使用这种方法有很多便利条件，但同时也会引发一系列质量问题，如预制管片质量问题、防水方面的问题等。文章通过研究盾构法隧道的质量缺陷，提出了一些改进措施。
关键词：地铁工程；盾构法；质量；措施
前言
由于盾构工法本身具有施工周期短以及施工方法简单等特点，在我国的地铁施工中得到普遍使用。地铁区间隧道距离长、前方设备多，隧道内通视条件差，这就给测量工作带来了一定的困难，因此采用合理有效的测量手段是盾构施工安全、优质、高效进行的重要保障。
1盾构法隧道施工的历史以及基本原理
地铁是现代城市交通规划必须考虑的交通要素，而且它有着快捷、便利、高效、环保等特点，是城市组织交通和人流的重要手段之一。地铁的区间隧道施工多采用盾构法来进行施工建设，其施工时具有对周围建筑物、地面交通影响小、适应地下复杂多变的环境等优势，同时盾构法施工中也存在着一些问题。盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾构机作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道管片的机具，掘进1环，拼装1环，循环工作，直至完成整条隧道。在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管线密布，对地面沉降要求严格的城区，不宜采用明挖法，且地下水发育程度较好，围岩稳定性差，或隧道很长而又工期要求紧迫，不能采用较为经济的矿山法时，采用盾构法施工才是经济合理的。
1.1盾构法隧道施工的历史
盾构法是我们在地铁施工技术中常用的施工方法，主要是这种施工方法在施工过程中有一些明显的优点。具体来说，主要包括如下几个方面：其一，使用盾构法来进行施工主要就是施工过程中安全系数较高，主要是这种施工往往是选择在那些地势比较开阔的地方进行，因此对周围住户的生活没有产生较大的影响。其二，施工效率高，使用盾构法来进行施工能够明显提高施工效率，主要就是在这个过程中可以同时完成挖土，出土还可以进行支护以及管片拼装等，机械化操作方式也使其操作简便、效率较高。其三，环境影响小，主要施工地点在地下，而且在一些地势偏远的地方进行，因此能有效降低对航道的通行、地面建筑使用的影响。其四，经济适用性高，这种施工方式有在施工的时候往往是一次投入，可以永久享用的特点。
1.2盾构法施工的基本原理
盾构法施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，使盾构机安装就位。然后盾构机从预留孔开始工作，进行推进，并且边进行盾构掘进边进行管片拼装，有效提高施工效率。边掘进边拼装管片，这样就能完成整个隧道的施工。在盾构掘进的过程中，还需要考虑到周围土体对其产生的挤压力，和防止地下水渗入盾构机内部。因此我们在进行盾构施工的时候应该尽量在保障施工的周围土体不受影响的情况下进行施工，这样可以最大限度降低对周围土体的影响。
1.3盾构法施工的优缺点
盾构法施工具有以下优点：
（1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理的保证隧道安全施工。（2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实现自动化、智能化和信息化，掘进速度快，劳动强度低，安全性高。（3）地面人文自然景观受到良好保护，周围环境不受盾构施工干扰，在松软地层中开挖埋深较大的长距离、大直径盾构隧道，在经济、技术、安全等方面具有优越性。
但使用这种技术也不乏一些缺点还需要改进的地方：
（1）盾构机械造价昂贵，地铁隧道用盾构机价格在4000万元～5000万元左右，前期一次性投资成本费用较高，隧道较短时经济性较差。
（2）盾构机针对性强，对于多变地层的适应性较差，且每台盾构机只能用于特定形状的开挖断面。（3）隧道埋深太浅，则盾构法施工困难很大，地表沉降很难控制；短距离隧道采用盾构工法不能发挥其优越性。（4）隧道衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺复杂，同时需要设备制造、衬砌管片预制、场地布置、盾构转移等不同施工技术的相互配合，系统工程协调复杂。
2地铁隧道盾构法的主要技术
2.1开挖土体和开挖面支护
在盾构施工中，被切削下来的前方土体储存在刀盘后方的土舱中，刀盘的切口部分与刀盘的切削面相互作用是通过刀盘的切口部分。由于我们在盾构过程中需要按照水的压力进行平衡工作，一般水压力可以实现土压平衡盾构，因此在施工过程中要想保证施工的挖土量以及排土量，我们一般使用千斤顶来进行推进工作，以便实时调整推进速度和出土速度。并且根据螺旋输送机的排土量大小来确定排土的体积。要由刀盘面前的水土压力之和来确定土舱压力的大小。
2.2盾构推进和衬彻管片拼装
依靠来自盾构千斤顶的推力，使得其不断向前推进。盾构掘进的时候需要克服周围土体的压力以及盾构机与周围土体的摩擦力，并且需要根据周围的阻力之和来计算总的推力大小。因为推力过大就会产生土面的隆起，但是如果推进时候的力度过小的话就会影响到盾构掘进的速度和进度。盾构机被千斤顶不断进行推进，盾构机转换工作模式，由原来的推进模式转换为拼装模式，并且在拼装管片的时候还需要逐个收缩千斤顶，从而完成管片拼装。一般在管片拼装完成后还需要真圆保持器顶紧，操作模式改回推进模式，从而进入下一环的继续推进。此外，在推进的过程中，需多次复紧脱出盾尾的衬彻管片上的螺栓。
2.3盾尾脱空和衬彻壁后注浆
盾构机被千斤顶推动着不断向前推进时，使得原本处于盾壳内侧的衬彻管片脱离盾壳的保护，以致在管片外围产生空隙，产生较大的地层损失。倘若不采取一定的措施将产生很大的地面沉降，所以在推进的过程中，应同时向盾尾空隙的地方不断注浆。
注浆的目的有三个方面：一是控制地表沉降，降低土层损失；二是提高结构稳定性，限制了衬彻管片的位移；三是为隧道起到防水的作用。在盾尾内侧设有四条注浆管，沿着四条注浆管向管片外侧的上、下共四个注浆孔同时注入浆液。各注浆孔的静止水土压力之和应略小于其注入浆体时的压力值，并使盾构机土舱中不能渗入浆液。采用理论的静止水土压力之和来确定起初的注浆压力，但是在实际情况过程中需要不断的被调整。注浆压力过大会使地面隆起和管片变形较大，而注浆压力过小会造成注浆液来不及填充盾尾建筑空隙，又将产生地面沉降。因此，取1.1-1.2倍的静止水土压力值作为注浆压力的大小，最大不超过3-4kg/m2。
3质量问题及改进措施
3.1预制管片的质量问题与建议
3.1.1管片混凝土的抗裂性
在地铁工程项目中，裂缝不仅会使工程的整体结构和受力状态发生变化，而且还会影响工程的耐久性。因此，提高管片混凝土的抗裂性在工程建设项目中显得尤为重要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆尽管在施工过程中已采取了很多措施来提高混凝土的抗裂性，但是这些措施还停留在表面，没有在实践的基础上进行具体的检验。从其他工程的实践经验来看，建议以后在地铁工程建设过程中，可以用极限拉伸应变值ε来衡量混凝土的抗裂性能。在工程上认为，混凝土发生裂缝的条件是混凝土的拉伸形变超过了混凝土的极限拉伸值。利用这个指标，我们就可以对工程进行预测，在工程实施前就对工程的裂变性做出控制，从而避免不必要的损失。
3.1.2管片混凝土的耐久性
要保证地铁工程结构的耐久性，应从两个方面进行考虑：材料的耐久性和结构工作状态的耐久性。所谓材料的耐久性就是原材料在物理、化学等作用下，其状态不易发生改变的性质。在地铁工程建设中，原材料的耐久性主要是指混凝土的耐久性。
管片C50混凝土属于高强的混凝土。现代的混凝土性能与过去相比提高很多，但隐藏的最大的问题就是耐久性问题。在地铁工程中，不论是采用高强混凝土还是现行的混凝土标准，都要根据实际的地质条件和周围环境状况，采用恰当的衡量耐久性的标准来衡量，不仅要满足混凝土的抗渗指标，还要满足混凝土的抗冻性指标、耐碳化性指标以及耐侵蚀性指标。
3.1.3预制管片的整体试验
现行的钢筋混凝土预制构件规范指出，预制构件必须进行成品构件的实际受荷实验，因为这是符合规范的要求，对管片进行整体的实验可以全面的了解管片的整体性能，对预制管片进行整体试验可以使承包商整个工序的质量有所提高。
3.2盾构隧道的质量问题与建议
3.2.1外防水涂层
在地铁工程建设中，外防水涂层的质量缺陷体现在以下三个方面：原材料的质量得不到控制；施工阶段的工艺质量无法控制；施工完成后，对涂层技术的指标检验无法满足。人们普遍认为外防水涂层的功能仅仅是防水而已，所以就忽略其质量的重要性。而实际上外防水涂层具有三个作用：保护管片混凝土不受环境水的污染；管片受到损害后，涂层仍然可以保护混凝土不受环境的污染；防水作用。由此可见外防水涂层的重要性。又由于涂层对空气的湿度有一定的要求，所以涂层的制作必须在有遮蔽的条件下进行。所以，建议外防水涂层的制作最好在预制场内进行。
3.2.2止水条的检验
在盾构法隧道中，防水方式与矿山法隧道中的方法是不同的。管片间的缝隙仅为2～4mm，缝隙间的防水主要是靠水膨胀止水条，所以对止水条的质量要求就相当高。建议在施工后加强对止水条质量的检验，包括其耐久性的检验。
3.2.3止水条的位置
止水条的位置不能离外弧太近，如果太近，当止水条与管片粘贴不牢的时候，止水条就容易被管片挤到外面。所以建议止水条的位置向内移动20～30mm，防止被挤出外面。
3.2.4注浆孔封堵
为能够有效封堵注浆孔处流出来的水，建议在封堵处前面设置一条小水沟，在所有的工程确认结束后，安装一个遇水膨胀的止水环。止水环的材料最好与管片止水条的材料一样。
3.2.5注浆
注浆是为了填补周围的土体与管片间的缝隙，加强工程质量的强度，防止地层的下降。而且，当止水条的功能失效后，注浆体会对管片进行一定的保护，使得后期的维修工作难度降低。由此可见注浆工作的重要性，建议加强注浆工程质量的检验，保障后续工作的进行。
3.3衬砌环的质量问题与建议
3.3.1管片拼装错台的质量标准
地铁施工与验收规范允许单个环内管片间的错台误差值为5mm，环与环间的错台误差值为4mm，但是基于我们现在的技术水平，难以把误差减小到这样的范围。所以，必须确定拼装错台的标准。基于个人经验，本人认为拼装错台的标准确定应考虑以下几个方面的要素：考虑错台是否影响工程的美观性；是否影响管片间的防水方式；是否影响管片间横纵向的连接刚度。根据国外的经验，结合我国目前存在的问题，制定管片拼装错台的质量标准势在必行。
3.3.2裂缝、崩裂的修补
地铁施工人员面对的另一个重要问题就是用什么材料对管片间的裂缝和崩裂进行修补。考虑这个问题时应从以下两个方面出发：要考虑质量引起的缺陷对管片的影响到底有多大，有多大把握控制缺陷造成的影响；用于修补的材料与原材料之间的力学性能差异，在缺口处发生一些变化时，修补用的材料能多大程度的接受新的变化。以后要加强对裂缝修补工艺的重视，不要做无用功。
4提高盾构施工法的工程质量措施
4.1机械设备
推进设备、挡土设备、出土运输设备、管片拼装设备都是地铁盾构施工中不可或缺的，不可替代的工具。而当这些设备出现损坏，往往会影响到施工进度，甚至造成安全事故。比如任何的地铁盾构施工都会有一个连续使用时间界限，当设备到达使用界限后，就处于疲劳运行的状态。由于地铁盾构施工所处的工作环境和条件较为恶劣，推进设备中的叶片受力情况复杂，承受着较大的冲击载荷，很快就达到疲劳极限状态，如果设备维护不当，叶片断裂事故则较常发生，不但延缓了工程的进展，而且对操作人员的生命健康造成了严重的威胁。所以，在研究盾构机的广义自然风险和广义人为风险之外，还必须研究与地铁盾构施工安全紧密相关的第三级，即盾构机适应性风险，并采取相应的措施使风险得到有效的控制。
4.2培训必须全面持久，具有良好的施工技能技巧
为了进一步提高施工质量，减少安全事故的发生，施工企业一定要不断地对工人进行各方面的培训和学习，比如技能培训、安全知识培训等。根据实践证明，较多的安全事故发生其大部分主要原因是由于施工人员缺乏一定的技能水平和安全意识，这部分施工人员由于缺乏对所处岗位的认识，不懂得工程本质特点、机械设备性能、不知道如何去规避风险，因而违规操作的现象就常有发生，使得安全事故频发。所以我们要进一步加强对员工的技能、安全培训，以便能减少事故的发生率。
结束语：综上所述，地铁建设采用盾构法进行施工具有对建筑物、地面交通影响小等优势，我们应该对盾构法施工中的问题进行预防，减少施工过程中的损失，技术人员需要不断学习实践，熟悉相关的施工技术，掌握盾构法隧道施工质量监控重点，才能为保证盾构法施工顺利的进行。
参考文献
[1]王睿.城市地下工程中盾构隧道施工的风险管理[D].长安大学桥梁与隧道工程，2010.
[2]李鸿威，刘树亚.地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进办法[J].建筑技术，2011，（11）.
[3]李围.配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究[D].西南交通大学，2010.
[4]周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2004，217-241.
[5]城市轨道交通工程测量规范.GB50308-2008.北京：中国建筑工业出版社，2008.
论文作者:张伟华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/14
标签：盾构论文; 管片论文; 隧道论文; 地铁论文; 混凝土论文; 工程论文; 耐久性论文; 《基层建设》2017年第7期论文;