软土地层中盾构法施工难点分析及监理控制措施

DOI：10．19392/j．cnki．1671－7341．201914096

软土地层中盾构法施工难点分析及监理控制措施

樊立强

中煤天津设计工程有限责任公司

天津

300100

摘要：盾构法施工为软土地区修建地铁的一种重要方法，较其他施工方法有很多优点，但在盾构掘进过程中，遇到众多的环境问题和地质性条件方面的限制，仍不可避免对周边土体和周边建筑物产生一定影响。本文分析研究了软土地区盾构施工的难

点，

并提出了监理控制措施。关键词：地铁；软土地区；盾构隧道；风险识别；控制随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，，地面环

境复杂，

而地下又布满了各种管线，地铁隧道采用明挖施工受到很大限制，

采用盾构技术在城市的主干道下施工基本不会受到交通、管线、气候等条件的影响，对地面人文自然景观、建（构）筑物、地下管线等也能受到良好的保护。但在盾构掘进过

程中，

遇到众多的环境问题和地质性条件方面的限制，特别是在淤泥质黏土、粉质黏土、粉细砂层等软土地层中进行盾构施

工时，

如果控制不好会发生透水、涌砂、坍塌等事故，严重时会引起地面大面积塌陷，

甚至造成地下管线、周边建筑物的破坏。盾构施工穿越软土地层时，其施工的复杂性是因为各种因素综

合影响的结果，

本文就盾构施工过程中的盾构始发、盾构接收、曲线段掘进、推进与管片拼装、粉砂层掘进、穿越地下管线、穿

越沿线建（构）筑物等难点，

就监理采取的控制措施做一个简要的论述。

1盾构始发段掘进控制措施

盾构始发技术是盾构法施工的首要环节，也是盾构施工难点之一，涉及到端头加固质量、盾构机组装调试、反力架刚度及

稳定性、

盾构机姿态、试掘进施工及地质条件的认识等难点、重点。监理的主要管理对策为：

（1）建立盾构始发监理控制程序，采取两方盾构始发的复核机制，重点控制反力架安装定位精度控制、洞门定位精度复

核、

反力架受力分析和工作性能核算；通过分析地质情况、盾构机性能和作业人员水平，制定盾构始发方案并加强技术交底的

管理，

保证盾构施工质量得到有效控制。（2）监理要对盾构托架安装进行验收，采用钢结构，不能有

大的变形与位移，

二条钢轨中心线应相交于盾构机中心，轨面上涂抹黄油。同时钢轨应按隧道坡度铺设，且预留盾构进入土体的沉降量。

（3）反力架安装，采用门式反力架，尺寸不宜太大，其位置及形式应事先设计好，监理理工程师应对安装质量进行确认。

（4）盾构机的组装及调试，盾构机的组装应考虑破洞门及安洞门密封圈的空间。组装完毕应进行验收。

（5）破除洞门，破除洞门有一定危险性，监理工程师要事先对端头加固质量进行确认，破除洞门不容许爆破施工。

（6）对土体加固质量进行验收：①土体加固的连续性、均匀性、加固体强度及渗透系数必须符合设计要求；②进行探水检测，要求探孔深度2．5m，呈米字型布置9孔，探水打孔72h后进

行验收无涌水、

涌砂现象，方能满足盾构始发要求。（7）检查负环管片的安装质量，负环安装考虑以后拆除的方便，

并保证负环管片的圆度与稳定性，管片底部与托架钢轨的空隙要填实。

（8）初始段掘进长度宜定为100m。①利用螺旋机往土仓加注粘性土，尽快建立平衡，来平衡前方土压，并根据土体压力

计算值和地表监测情况及时设定掘进土压力；②采用低速、

小推力、小扭矩的方式掘进；③及时进行管片壁后注浆，要求承包

商按经监理工程师批准的壁后注浆材料、

配合比注浆量及注浆压力进行同步注浆，

严防壁后注浆充填不足，必要时，实施二次注浆；④根据监测数据进行汇总分析，

寻找土体沉降变化的规律，主要从盾构掘进造成的地表沉降以及地层损失等方面进行分析，及时调整盾构掘进的压力、速度、出土量以及同步注浆数

量和压力，

从而找出合理的施工参数来指导掘进施工。2曲线段施工控制措施

在曲线段施工存在：隧道轴线控制难度较大，纠偏困难；管

片不好拼装，

容易出现侵限问题；管片之间易发生错台，管片易产生开裂和破损；在纠偏时对地层的扰动较大，

易产生地表沉降等难点。因此，

盾构小半径曲线施工应为监理控制点的重点和难点。监理的管理对策有：

（1）严格审核承包商提交的施工组织设计，使得施工方案做到切实可行。

（2）根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相

应地预备姿态，

同时加密测量工作，避免由此产生的轴线误差。（3）提前做好转弯时线路的排版设计，同时注意盾尾间隙的变化进行适当调整。盾尾间隙标准值为75mm，在圆曲线段

掘进时盾尾间隙变化较大，

一般将盾尾间隙保持在75±15mm范围内，一旦超过规定范围值即需要使用弯环进行调整。

（4）进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧形成反

向预偏移，

在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的压力以抵抗管片的偏移，防止出现管片侵限。

（5）严格控制好姿态，争取进行时时的细微纠偏，避免大的纠偏而造成对土体的扰动，及时、充足地跟进同步注浆与二次

注浆，

将管片与围岩之间地空隙填充密实，达到稳固管片和减少地表沉降地效果。

（6）提高管片拼装手的水平；加强螺栓复紧工作检查；注意保持良好的盾尾间隙状态。

（7）检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗

止水胶条，

避免因止水胶条之间挤有杂物而影响止水效果。（8）管片严格采取居中拼装。如果管片无法居中拼装，曲

线管片无法满足纠偏时，

应采用低压石棉橡胶板进行调整，从而使管片处于较理想状态，确保管片拼装质量及推进轴线控制在规范要求范围之内。

3盾构接收段掘进控制措施

（1）盾构机头离洞门约30m时需作一次精确测量，对盾构姿态、管片的平面、高程、洞门的中心偏差等。

（2）盾构机在进洞到达前10～15m范围内时，适当降低推

进速度，

减小推进力。同时向盾构外壳和土体间注入阻水材料，防止盾构进洞时出现涌水和流泥现象。

（3）安装好盾构托架，为方便盾构上架，等盾构机头出露后及时调整托架位置。测量监理工程师要对托架的标高、中心线进行复核。

（4）同始发类似破除洞门，破除洞门前要先打钻孔，核实地质情况及加固效果，洞门宜分层分阶段进行。

（5）盾构进洞时前方推力会减小，管片橡胶止水带达不到

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工程技术

挤密的要求，为防止管片因推力减少以及盾尾密封刷磨擦导致

环缝间障增大，

进站前的最后六十环进行加紧固联结。（6）进站后及时洞门的密封以及管片的壁后注浆。4盾构机推进和管片安装质量控制措施

盾构法隧道是依靠盾构机将预制的管片拼装成型，拼装质

量的好坏如破损、

错台等对于隧道的防水质量及结构安全有着重大的影响，

而管片的拼装中线位置及收敛变形情况直接反映了隧道限界是否符合设计的要求。监理的管理对策有：

（1）管片下井前，应按合同要求涂刷外防水涂层，粘贴止水

带。管片的干燥度，

清洁度为主要质量控制因素之一，须严格检查。

（2）隧道内测量导线和水准点的布置应符合“地下铁道轻

轨工程测量规范”

及“盾构隧道贯通测量工作程序”的要求。盾构机姿态和管片安装测量结果应以日报告的形式提交监理工程师审核。

（3）根据地表沉降情况及时调整施工参数，严格控制土仓内的平衡土压力。

（4）严密监控渣土出土量及性状，盾构机推进速度、推力、扭矩等，以利于工程师判断盾构机工作状态及前方地质条件，适时作出对异常情况的处理。

（5）对刀盘主轴承密封系统的温度及水密性追踪监控，如

有异常，

即时停机检查，并分析原因。（6）严密监控壁后注浆材料、配合比注浆量及注浆压力进

行同步注浆，

严防壁后注浆充填不足。（7）检查每环管片的拼装质量，对出现的渗漏、错台、裂缝

等缺陷详细记录，

并结合盾构姿态、掘进参数选取等判断盾构掘进和拼装过程存在的问题。

（8）对嵌缝材料安装位置及质量、管片联接螺丝栓螺母的固定按设计及专门要求进行核查。

5粉砂层掘进控制措施

盾构施工在穿越粉砂层时，由于砂层透水性较强，强度及

稳定性差，

盾构穿越后隧道周围的土体很不稳定，盾尾几乎直接受水压力的作用，

很容易发生盾尾漏水、漏砂、地面塌陷等现象，

甚至出现塌方事故。监理的管理对策有：（1）盾构在粉细砂地层中穿越时，因地下承压水的压力非常大，

加大了同步注浆和管片背部二次注浆的难度。为了保证隧道结构的安全和地表沉降控制，

在掘进施工中采取以下措施：①优化掘进的速度，

尽量让管片在脱出盾尾形成间隙的同时注浆充足；②及时调整注浆配合比，

在含水量丰富粉细砂地段增加水泥的用量，

根据实际情况甚至将浆液改成水泥浆；③及时在管片背部进行二次注浆，必要时加大注浆压力值，但不得超过0．5MP，采取少量多次注浆避免对隧道结构产生影响。

（2）在含水量丰富的粉细砂地层掘进时盾构机的盾尾和螺

旋输送机后仓门会出现涌水、

涌砂情况。应采取了以下措施：①在不影响管片拼装的情况下尽量减小每环掘进油缸的行程；②严格控制盾构机姿态和盾尾间隙，避免强行纠偏造成盾尾与

管片间隙不均影响盾尾刷的密封作用，

产生涌砂；③采取在管片纵缝外侧贴海绵条，

并在管片外部与盾壳之间压入海绵条形成封闭圈，

来减少涌水带砂情况发生。（3）粉细砂地层，含水量丰富，容易坍塌，在盾构掘进过程中很容易造成盾构前方土体局部坍塌，从而使刀盘扭拒增大，必须加强盾构机刀盘扭拒、土压、出土量等掘进参数的控制，要

严格控制出土数量减少地层损失和扰动，

达到控制地表沉降的目的。

（4）往土仓内注入膨润土改善砂质土的流塑性和止水性，保持土压防止喷涌，防止前方土体坍塌。

（5）定期、定量、均匀地压注盾尾油脂，提高盾尾密封性能。6穿越地下管线控制措施

一般城市主干道下方都有较多的地下管线，盾构掘进时需110

科技风2019年5月

要严格控制盾构机对其的影响。监理的管理对策有：

（1）详细阅读、熟悉掌握地下管线图纸资料，并督促施工单

位进一步核实、

搜集管线资料。（2）在施工前，对施工范围全部进行人工挖探沟，核对清地

下管线的确切情况（包括标高、

埋深、走向、规格、容量、用途、性质、

完好程度等），在施工现场做好明确标记、标识，做好记录，并与相关部门签字认可。

（3）在审查施工组织设计时，把保护地下管线工作列为审

查的主要内容之一，

并要求施工承包单位在施工总平面布置图上标明影响施工和受施工影响的地下管线。

（4）要求施工承包单位在工程实施前，对受施工影响的地

下管线设置若干数量的沉降观测点。工程实施时，

按规定的频率对管线沉降量进行监测。

（5）施工过程中，对可能发生意外情况的地下管线，事先制

订应急措施，

配备好抢修器材，以便在管线出现险兆时及时抢修。

（6）优化盾构机掘进参数，减小刀盘的转速和盾构机的总推力，从而减少对地层的扰动，同时控制出碴量。

（7）加强注浆管理。严格执行“不注浆、不掘进。”并根据实际注浆量及管线沉降情况在管片背部补浆。

（8）加强对监测数据的分析和反馈，实施信息化施工。通

过对监测数据的分析总结地表沉降发生的规律，

及时在管片背部进行二次补浆，

确保地表沉降控制在要求范围内。7穿越沿线建（构）筑物控制措施

隧道沿线一般在市区道路或建筑物下穿过，隧道平面距离

建筑物很近，

近距离施工时必然会对建筑物的基础产生影响，因此在推进前督促承包商完成沿线建筑物现状调查，并与产权

单位签署相关协议，

盾构机推进时监理工程师监督承包商按设计在盾构掘进到达前完成注浆加固或托换等处理措施，

监理的管理对策有：

（1）施工前督促承包商完成沿线建筑物现状调查并形成调查报告。需要进行评估的找有资质的评估单位出具评估报告。

（2）严格施工方案、应急预案的审批，施工方案的评审工作。

（3）督促施工单位对重要建筑物采取预注浆加固措施，并预留袖阀管进行跟踪注浆加固。

（4）对重要建筑物进行自动化全天24小时监测，并时时掌握监测数据，及时指导施工调整盾构机施工参数和跟踪注浆加固。

（5）现场监理要准确掌握每环掘进的出土量，发现异常及

时督促调整盾构施工参数，

以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象。

（6）加强管片背后同步注浆管理，减少盾尾通过后隧道外

周围形成的空隙，

减少隧道周围土体的水平位移及因此而产生的对基础的影响。

（7）每环推进结束后，必须及时拼装管片和及时拧紧连接螺栓，

并在下环推进时进行复紧，减小管片变形量。尽量做到管片居中拼装，

同时保证环面平整度。（8）对隧道近距离的桩基，除盾尾注浆外，还需进行管片的

径向注浆，

加固桩基底部地层，保护和提高桩基承载力。（9）根据监测情况及时修正穿越推进参数，控制好盾构姿态、

管片姿态、盾尾间隙、管片拼装质量，加强同步注浆配合比及同步注浆质量管理，

并适时、多点、少量、多次进行二次补浆和跟踪注浆。

8结语

本文对盾构技术在软土地层中施工存在的难点、重点进行

了分析，

并提出了监理控制措施。地下工程的不可预见性比较多，

施工过程中随时都有可能遇到突发事件，对突发事件要及时进行处理并进行深入探讨和总结。