地铁盾构法隧道施工质量监控重点及对策
1.6盾构出洞装置安装
由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙,易造成泥水流失,从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移,因此需安装出洞装置。一般包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈等。监理应重点对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核,对出洞装置安装的牢固情况进行检查,确保帘布橡胶板能紧贴洞门,防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。
1.7盾构始发出洞
盾构出洞准备工作就续后,为减少正面土体暴露时间,盾构从始发基座导轨上应及时向前推进,使盾构切口切入土层直至盾构壳体进入洞口的过程称为“盾构始发出洞”。该关键环节监理应进行旁站监督,并重点做好以下工作:
⑴观察割除围护结构迎水面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体。
⑵观察盾构出洞期间洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。
⑶检查前仓土压力设置是否合适,观察土仓有无砼块,发现后督促承包单位及时清除。
⑷第一环正环拼装前检查最后一环负环管片的拼装位置。
⑸检查千斤顶使用状况,防止盾构出洞后出现姿态“上飘”现象。
2.盾构试掘进和正式掘进阶段
根据盾构法施工工艺的特点,盾构安全出洞后需通过前100环试推进寻求最佳施工参数,为全线的正常推进提供符合实际土层特点的技术参数。不论在试掘进还是正式掘进阶段,监理可以通过观察盾构机控制室内仪器仪表显示的数据、审查承包单位上报的盾构掘进施工报表、通过监测数据分析隧道及地面沉降情况等手段进行动态监控,及时掌握和分析施工技术参数变化,检查盾构掘进中的姿态、管片拼装的质量、注浆作业的效果等,督促承包单位采取相应的措施确保盾构掘进施工质量和周边环境的安全。
2.1盾构机施工参数管理
由于土压平衡式盾构采用电子计算机控制系统,能自动控制刀盘转速、盾构推进速度及前进方向,并及时反映掘进中的施工参数。这些施工参数的确定是根据地质条件情况、环境监测情况,进行反复量测、调整和优化的过程,若发现异常需及时调整。因此,对盾构施工参数的管理应贯穿于盾构掘进过程的始终。监理在监督过程中可通过审查承包方施工报表,观察盾构机控制室内监控设备等手段,及时收集和分析有关施工参数的信息,通过信息反馈,动态掌握施工参数的变化。盾构机监控系统能反映的施工参数很多(如土压力、刀盘油压和转速、盾构掘进速度等),对于这些施工参数的管理监理在工作中应重点关注以下几项:
2.1.1土压力
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,即土压力设定是变化的(在理论数值上它与土体容重、覆土深度、侧向土压力系数有关),施工中需要不断通过不同的土质、覆土厚度、结合环境监测的数据进行调整。因此,平衡土压值的设定是土压平衡式盾构施工关键,监理应予以重点关注,并通过计算理论土压力与实际设定土压力进行比较,判断实际设定土压力是否满足施工的需要,督促承包方合理的设定土压力。
2.1.2出土量
土压平衡式盾构是以切口环作为密闭土仓,盾构推进中切削后土体进入密闭土仓,随着进土量增加建立一定的土压力,再通过螺旋输送机完成排土,而土仓压力值是通过出土量来控制的。因此,出土量的多少、快慢与设定的土压力值密切相关,监理人员可通过计算每环理论出土量与实际每环出土量相比较,判断出土量是否正常。
2.1.3掘进速度
盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制,若进出土速度不协调,极易出现正面土体失稳和地表沉降等不良现象。因此,监理应重点督促承包方均衡连续组织掘进作业,当出现异常情况时(如遇到阻碍、遇到不良地质、盾构姿态偏离较大等),应及时停止掘进,封闭正面土体,查明原因后采取相应的措施处理。
2.1.4千斤顶推力
盾构是依靠安装在支撑环周围的千斤顶推力向前推进的,推力的大小与盾构掘进所遇到的阻力有关,正确的使用千斤顶是盾构是否能沿设计轴线(标高)方向准确前进的关键。因此,在每环推进前,监理应根据前面几环承包方申报的盾构推进的现状报表,分析盾构趋势,督促承包方正确的选择千斤顶的编组,合理地进行纠偏。
2.2盾构掘进姿态控制
所谓盾构姿态具体是指盾构掘进中现状空间位置(包括高程和平面位置)。盾构姿态控制就是将盾构轴线控制在与设计允许偏差范围内。盾构姿态控制的好坏,不仅关系到盾构轴线是否能在已定的空间内在设计轴线允许偏差内推进,而且还影响到后续工序管片拼装的质量(只有盾构掘进姿态控制在允许误差之内,才能确保管片拼装能在理想的位置)。因此,在盾构掘进阶段对盾构姿态的控制始终应做为监理人员监督的重中之重。根据《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.4.4条(2003版)规定“盾构掘进中应严格控制中线平面位置和高程,其允许偏差均为±50mm,发现偏离应逐步纠正,不得猛纠硬调”。监理在实施对盾构姿态控制时,应严格以规范要求为控制准则。监理在工作中针对盾构姿态的控制,首先应熟悉和掌握设计线型要求,即隧道平面曲线和竖曲线的线型情况(包括里程、长度、坡度、半径等),其次还应重点监控以下内容:
2.2.1盾构姿态测量数据
盾构姿态测量数据包括自动测量数据(盾构机装有自动测量系统,能反映盾构运行的轨迹和瞬时姿态,动态监测盾构姿态数据)和人工测量复核数据(对自动测量数据正确性进行检测和校正),监理人员可对两类数据综合分析、比较,动态掌握数据变化情况,正确指导盾构正确、安全地推进。
2.2.2盾构纠偏量
盾构在推进过程中不可能一直处于理想状况(尤其是在曲线段),会产生不同程度的偏向。影响盾构的偏向的因素很多,也很复杂(如地质条件的因素、机械设备的因素、施工操作的因素等等),施工中一般可通过调整千斤顶编组或纠偏材料(粘贴在管片上)进行纠偏。监理工程师不仅应做到及时根据盾构姿态测量数据,分析盾构姿态,督促承包商控制好掘进方向,平稳地控制盾构推进的轴线。而且在每环管片拼装前对盾构姿态进行复查,发现偏差,督促承包方合理的制定纠偏方案和纠偏量,及时采取纠偏措施,避免误差累积。
2.3管片拼装控制
根据盾构法施工工艺管片成环的特点:管片是盾壳的保护下在盾尾拼装成环形成隧道的。
它是盾构法施工的关键工序,管片拼装的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。因此,为确保管片拼装的质量满足设计和规范的要求,监理应重点抓好以下环节:
2.3.1管片制作监控
管片制作质量好坏是确保管片拼装质量的首要环节,一般管片制作均由预制构件厂提前生产,以满足现场盾构掘进施工的需要。《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.11条对管片制作质量提出明确的要求。监理对管片制作监理人员在监督管片制作过程中应严把质量关,在满足以下条件的前提下才能允许管片出厂。
⑴制作管片模具的精度符合规范要求。
⑵制作管片类型、管片脱模后成品外观质量及尺寸偏差满足设计和规范要求。
⑶管片的砼抗压强度及抗渗指标满足设计要求。
⑷管片的检漏检测和三环试拼装检验符合规范要求。
2.3.2管片进场检查
管片制作合格后需根据现场施工需要分批由预制厂运输至现场。监理对进场管片的检查是对管片制作质量的第二次复查。检查的重点包括:
⑴根据管片排序图核对进场管片规格是否满足施工需要。
⑵审查进场管片出厂质量合格证明文件。
⑶复查进场管片外观质量,若发现缺陷应及时督促承包单位进行修补。
2.3.3管片拼装前检查
根据管片接缝防水设计要求一般需粘贴防水密封垫,监理工程师应在管片拼装前对密封垫粘贴位置和粘贴质量逐块检查。
2.3.4管片成环后检查
管片成环后的质量是衡量和判断盾构法隧道质量合格与否的主要依据。(《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.6.5条对管片拼装质量提出了具体的要求(本工程以20环为一个检验批进行验收)。监理在进行检查中应重点检查以下内容:
⑴高程和平面偏差。
⑵纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度。
⑶纵、环向相邻管片螺栓连接。
2.3注浆作业监控
盾构法工艺施工隧道,由于盾构壳体与拼装管片之间存在“建筑空隙”,如不及时填充,势必产生土层扰动变形,造成地面变形(严重的危及到地面建筑和地下管线的安全使用)或隧道结构变形。注浆作业是盾构法隧道施工控制地面和隧道结构变形主要技术措施之一,通过压浆填充“建筑空隙”控制变形量。施工中的注浆工艺分为同步注浆、衬砌后补注浆,无论采用哪种工艺,监理在监督过程中应通过分析监测资料(以控制地面和隧道结构变形为原则)、审查拌制和注浆施工记录、对每作业班拌制注浆液试块制作见证送检等手段来综合分析注浆作业的效果,判断注浆作业是否达到控制变形的成效,并重点监督浆液配合比、注浆量、注浆压力等主要技术指标。