盾构法隧道监理监控重点

盾构法隧道监理监控重点铁路市政事业部侯宝利1 概述近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，某市地铁规划为三环五纵七放射的格局。

工期紧，任务重。

为适应形式的需要，先进的工法、工艺、新的技术在广泛使用。

根据××地区的地质特点，地铁区间隧道建设一般都采用盾构法施工和暗挖法施工。

盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。

盾构机的类型有多种，目前在某市地铁区间隧道建设中以土压平衡式盾构应用最为广泛。

土压平衡盾构工艺原理是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来的土进入刀盘后面的密封舱内，井使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降或隆起，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。

由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多。

因此，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工监理监控重点及相应对策，在监理工作中才能真正做到有效地对施工质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。

本人参加了某市地铁某号线××科技园站至××路站区间的施工监理工作。

该区间隧道采用（泥土加压式）土压平衡式盾构掘进施工。

以下就以土压平衡式盾构为例，对隧道掘进施工中监理应监控的重点及采取的对策，谈几点体会。

2 盾构机的选型2.1 地质分析与机具的选择本区间隧道在K1+822.316~K2+013.966（隧道管片1~160环）、K2+271.966~K2+396.414（隧道管片376~480环）范围内主要穿越卵石⑤层（卵石⑤层：杂色密实湿低压缩性标高33.0～34.0m以上卵石最大粒径不小于260mm，标高33.0～34.0m以下卵石最大粒径不小于420mm（依据探井资料），一般粒径20～70mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量50％～80％，亚圆形，中粗砂充填。

）；隧道在K2+013.966~K2+271.966（隧道管片161~375环）范围内开挖断面内大部处于卵石⑦层（最大粒径不小于650mm，一般粒径30～80mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量60～70％，亚圆形，中粗砂填充。

）。

卵石⑦层较卵石⑤层卵石粒径大，盾构掘进过程中对刀具的磨损更为不利。

在采用土压平衡式盾构时，必须根据围岩条件建立一个施工系统，使开挖推进装置，开挖面稳定装置、添加剂注入装置、搅拌装置、渣土运出装置等设备能切实发挥各自功能。

2.2 监理关注重点（1）根据围岩条件选用土压平衡式盾构。

本工程选用泥土压式盾构，以形成塑性流动化状态的开挖推进系统。

（2）选用复合刀盘，注意刀盘的开口率。

开口率应满足地质条件的要求，特别是主导粒径的要求。

本工程的刀盘开口率为40%。

（3）选用复合刀具，注意刀具的配置。

在砂层、砂卵石地层施工时，需设置（宽幅）切刀、周边刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。

切刀是主刀具，用于开挖面大部分断面的开挖；周边刮刀也称保径刀，用于切削外周的土体，保证开挖断面的直径；先行刀在开挖面沿径向分层切削，预先疏松土体，降低切刀的冲击荷载，减少切削力矩，同时重型撕裂刀用于破碎强度较低和粒径较小的卵石和砾石；中心刀用于开挖面中心断面的开挖，起到定心和疏松部分土体的作用；仿形刀用于曲线开挖和纠偏。

滚刀用于破碎粒径较大的砾石或漂石。

（4）选用螺旋排土器。

螺旋排土器应与地质条件相适应。

应关注螺旋排土器的直径、耐磨性等。

本工程螺旋排土器的直径为500。

（5）曲线的曲率半径与中折装置及辅助工法的选择。

为确保隧道曲线施工，将盾构本体分成前驱和后驱，让1处或2处曲折，以易于盾构弯曲，减小推进阻力。

（6）针对砂卵石地层条件配备刀具磨损探测装置，建立合理的掘进参数，达到减少盾构刀具磨损、延长掘进距离、减少换刀次数的目的。

（7）盾构机的选型是个非常复杂的问题，一般要求施工单位都要有专家论证。

监理单位对盾构机的各种技术参数及其适应性有所了解，为盾构施工监理打好基础。

3 盾构始发（出洞）阶段土压平衡式盾构机掘进的原理是建立开挖面前后水土压力平衡。

在盾构掘进不同阶段，盾构机工况是从非土压平衡通过在初始出洞阶段逐步过渡到土压平衡，再到进洞阶段由土压平衡逐步过度到非土压平衡。

盾构始发（出洞）阶段是盾构机工况是从非土压平衡通过在初始出洞阶段逐步过渡到土压平衡，是控制盾构掘进施工的首要环节。

在盾构始发（出洞）前、后各项准备工作中监理需监督承包单位做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备出洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠的前提下能顺利出洞。

3.1 盾构出洞土体加固为了确保盾构出洞施工的安全和更好地保护附近的地下管线和建（构）筑物，盾构盾构始发与接收是盾构施工的关键环节，也是危险多发环节。

为了保证盾构始发与接收的安全，需要根据地层条件、水文条件、隧道埋深及周边环境等因素对盾构始发、接收端头土体进行有针对性的加固处理，提高土体的自稳性和承载力，确保洞门破除的施工安全，确保盾构机进、出洞的姿态。

（1）土体加固的原则和要求①根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，依据设计和规范要求确定土体加固在隧道及四周的范围，加固区域内应没有管线。

②洞门破除与盾体始发相协调，尽量缩短洞门土体的暴露时间，确保洞门破除和盾构机进、出洞的安全。

③加固后土体无侧限抗压强度≥0.8M P a。

但也不宜过高一般不大于1.0 M P a。

④渗透系数≤1.0×10-7cm/s。

（2）土体加固监理的重点土体加固的方法较多（如水泥搅拌桩加固、旋喷桩加固等），但无论采用何种加固方法，对土体加固的效果检验始终应作为监理重点控制的内容。

在确保加固效果满足设计要求前提下，才能同意盾构出洞，否则应督促承包方及时采取补救措施。

①加固土体与竖井维护结构间隙封闭。

由于加固土体与竖井维护结构之间存在间隙，监理在审查土体加固专项方案时应审查承包方是否在方案中有相应的措施（一般可采用注浆、旋喷等方法）封闭该间隙，并监督承包方予以落实。

②加固土体的强度。

加固土体的强度是否满足设计要求是衡量加固效果的首要指标，可通过对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员应对承包方钻芯取样过程进行见证，确保取样工作的真实性。

③加固土体的均匀性。

检验加固土体的均匀性目前尚无相应的工具、手段，可通过打探孔方式进行观察。

监理人员应监督承包方在洞口割除围护结构背土面钢筋及凿除混凝土后，合理布置探孔（选择有代表性部位、数量一般不少于5个），现场观察探孔有无渗漏或流砂等异常情况，作为判断土体加固效果的辅助手段。

④监理应认真审核加固土体的施工方案，并采取巡视、旁证等监理方法，对加固过程进行全方位、全过程的监控。

（3）采取合理的加固方法（实例）土体加固的方法很多，但一定要与地质条件相适应。

加固的根本要求是要保证加固土体的强度，加固土体的均匀性，加固土体的止水性。

本工程在盾构始发和到达的土体加固分别采用了袖阀管注浆工法和旋喷桩工法。

袖阀管注浆工法能达到加固土体的强度，但加固土体的均匀性得不到保证。

这主要是由于卵石地层的不均匀性，造成注浆不均匀，并存在注浆孔未打开，形成浆柱体。

这对盾构掘进非常不利。

易造成土体的扰动，引起加固土体的失稳。

不均匀性的砂、卵石地层采用旋喷桩加固工法能够保证加固土体的强度，加固土体的均匀性。

但一定要控制加固土体的强度。

3.2 盾构始发基座设置盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进施工。

因此，盾构出洞前盾构始发基座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏。

监理监控的重点：（1）洞门位置及尺寸在基座设置前，监理人员应采用测量工具对洞口实际的净尺寸、直径、洞门中心的平面位置及高程进行复核。

（2）盾构始发基座位置盾构始发基座的设置依据不仅包括洞门中心的位置、竖井的大小、还包括设计坡度与平面方向、盾构机的长度、反力架和反力环的尺寸等。

在始发基座设置完毕，为确保盾构机能以最佳的姿态出洞。

监理人员应重点复核基座顶部导向轨的位置（平面位置及高程），确保盾构搁置位置和方向满足设计轴线的要求及施工规范的要求。

（3）要求施工单位与有关单位协调，做好联系测量工作3.3 盾构机及后配套设备井下调试与验收盾构法隧道施工主要依靠盾构掘进机及配套设备完成掘进任务，由于受工作井内空间限制，需将盾构机及后配套台车分节吊装运至井下，并在井下安装、调试和试运转。

土压平衡式盾构机及后配套设备构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。

盾构机的调试分为空载调试与验收和负荷调试与验收。

（1）空载调试与验收监理监控重点盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。

主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。

○1要求施工单位编制详细的调试与验收报告。

○2重点是对盾构机及后配套设备主要部件和系统检查和核对。

○3着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。

○4重点部位进行旁站监理。

○5工程实例。

以下为本工程德国海瑞克φ6340土压平衡式盾构机为例，对盾构机井下空载调试、验收项目作一介绍。

表1 盾构机井下空载调试与验收项目（2）负荷调试与验收监理监控重点空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。

负荷调试的主要目的是:检查各种管线及密封的负载能力；使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

通常试掘进时间(一般为100m掘进长度）即为对设备负载调试与验收时间。

负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。

通过试掘进应确定合理掘进参数和土体改良的方法，确保盾构刀盘前方开挖面的稳定，做好掘进方向的控制，确保隧道轴线符合设计要求。

监理重点监控：①要求施工单位编制详细的试掘进方案及验收项目、标准。

②监理应依据验收项目、验收标准逐项进行检查和核查。

③监理对重点项目进行旁站。

④要求施工单位编制详细的验收报告。

（3）盾构机验收的主要项目①机械外观：盾构机、台车、皮带运输机、操作台。

②液压系统：刀盘泵运转、螺旋输送机泵运转、液压管路情况、液压阀门情况、操作台各仪表反应情况、黄油泵运转、盾尾密封油脂泵转。

③机械运转情况：刀盘转动（顺、逆时针）、扩挖刀伸缩、千斤顶伸缩、螺旋输送机转动、管片拼装机运转、注浆孔开关。

④控制系统：操作台控制。

3.4 后盾支撑系统安装盾构前进的动力是通过千斤顶来提供，而盾构始发时千斤顶顶力是作用在后盾支撑系统之上。