地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进措施

地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进措施

涂准

上海建科工程咨询有限公司天津市300222

摘要：盾构法主要是法国工程师所发明的一种隧道施工方法，这种施工方法至今已经使用了超过100多年的，发展速度极为迅速，遍布全球各个国家的地铁隧道工程建设中。本文对地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进措施进行了分析探讨。

关键词：地铁工程；盾构法；隧道质量缺陷；措施

一、地铁隧道盾构法施工原理

地铁素隧道采用盾构法进行施工，其主要目的就是为了能够在盾构的保护之下安全顺利进行地层开挖以及成衬砌支护工程等。盾构法的构造较为复杂，其主体结构较多，盾构法在实际进行施工的过程中，主要是通过安装和拆卸、地层开挖和推进、衬砌支护拼装以及防水等几个方面的施工工序。

在使用盾构法进行实际施工的过程中，必须要依据地铁的规划来进行设计，也就是首先在隧道内部的一端利用明挖法来建造起基坑，之后在该基坑的内部安装上盾构机，当盾构机完全安装完毕滞洪，必须要在其内部先开挖一条能够容纳装配式衬砌的土体，该土体通常情况下为1.5米，之后，再安装盾构反力架等设备，使得盾构架能够形成一个稳定的外部支撑，然后在盾构架的盾壳保护之下，使用千斤顶等设备来把切口环向前，嵌入到土层之中去，在盾构架的掩护之下进行地层的开挖工作以及衬砌装配等，当衬砌环上的千斤顶利用自身的推力来帮助盾构架克服掘进过程中的土层阻力，通过这一方式，才能够使盾构架能够保持持续的前进速度。

二、地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进措施

1、预制管片的质量问题与建议

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。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。

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。现代的混凝土性能相比过去提高很多，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。

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。

2、衬砌环的质量问题与建议

2.1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。

2.2裂缝、崩裂的修补

工程部门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。

3、特殊地段的盾构施工措施

3.1盾构穿过含水砂层时的注意事项

含水砂层由于其结构较松散，且颗粒较细，在盾构掘进通过此段时，容易发生掌子面砂层坍塌，引起地表沉降。为保证盾构机能顺利的穿过，应对此类地段进行详细探测，可采取以下处理措施：a.减慢掘进速度，降低盾构机推力和刀盘转速，防止由于掘进过快，造成掌子面失稳，一般控制在20mm/min之内。b.通过地质资料的分析，盾构机在通过不良地质前，必须做好刀具和盾尾密封的检查工作。

3.2盾构在砂砾层中的掘进施工技术

砂砾层卵石直径较大，地下水位基本在隧道顶部以上。施工时，受卵石层的影响，刀盘、刀具由于不均匀的受力或外力的冲击，容易产生异常损坏。盾构在该类地层掘进时，刀盘、刀具的磨损严重，盾构姿态调整与控制难度较大，对此，采取如下措施：a.进行合理的盾构选型；b.有计划的刀具检查、维修与更换。

4盾构隧道的质量问题与建议

4.1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。

4.2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。

4.3注浆

注浆是为了填补周围的岩石与管片间的缝隙，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。

结语

盾构法隧道工程是一项综合性施工技术（如包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等），通过多年不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术，在地铁建设中得到了广泛的应用。盾构法施工技术也在原有的基础上不断发展（单元、小直径逐步向多元、大直径），国内盾构施工技术也取得了可喜的成绩。这对施工人员素质提出了更高的要求，更需施工人员通过不断学习和实践，熟悉这些相关的施工技术，掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。

参考文献：

[1]丁俊峰.标准成本法在地铁盾构项目的运用.北京交通大学，2014.

[2]郭玉海.大直径土压平衡盾构引起的地表变形及掘进控制技术研究.北京交通大学，2014.

[3]刘承磊.地铁盾构隧道穿越现有建筑物地面变形控制技术研究[D].吉林大学，2014.