引言
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，北京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。根据北京地区的地质特点，地铁区间隧道建设一般都采用盾构法施工和暗挖法施工。盾构机的类型有多种，目前在北京地铁区间隧道建设中以土压平衡式盾构应用最为广泛。
本人参加了北京地铁xx号线xx站至xx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。
一、盾构机的选型
（一）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。
（二） 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。
二、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。
（一）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≥0.8Mpa。但也不宜过高一般不大于1.0Mpa。
（4）渗透系数≤1.0×10-7cm/s。
2、土体加固监理的重点
（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砼后，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，加固土体的均匀性及止水性。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。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。
（二）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。
（三） 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。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。
2、负荷调试与验收监理监控重点
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100米掘进长度）即为对设备负载调试与验收时间。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。
（四） 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。一般后盾支撑体系是由反力架、反力环、临时衬砌（负环管片）等组成。后盾支撑系统必须有足够的刚度和强度，确保在顶力作用下不发生变形。这是确保盾构始发成功的关键控制因素之一。
1、反力架的安装监理监控重点
反力架端面必须与盾构机座轴线（即盾构机轴线）垂直，确保盾构机轴线与隧道设计轴线平行，是反力架安装的关键控制点。
（1）反力架要有计算书，确保顶力的要求并有足够的安全储备。
（2）反力架的定位尺寸、平面与竖向安装精度必须满足设计及规范要求，监理要做测量复核。
（3）反力架底脚及反力架后背支撑与始发井内预埋件采用焊接连接，严格控制焊口焊接质量，保证反力架安全稳定。
2、反力环的安装与定位监理监控重点
反力环由上下两个半圆组成，采用螺栓进行连接。在负环管片与反力环接触面上铺设5mm厚橡胶板，消除负环和反力环之间由于反力环面不平整或负环环面不平整造成的接触不密实。
（1）反力环端面必须与盾构机座轴线（即盾构机轴线）垂直，确保盾构机轴线与隧道设计轴线平行，是反力环安装的关键控制点。
（2）反力环的定位尺寸、平面与竖向安装精度必须满足设计及规范要求。（3）反力环与反力架采用焊接连接，严格控制焊口焊接质量，保证反力环与反力架接触紧密无空隙。确保反力环安全稳定 。
（五） 洞门围护结构凿除（出洞侧）
地铁盾构法隧道施工一般以车站主体结构两端端头井作为盾构始发井和接收井。盾构在始发前需对始发井出洞侧洞口围护结构进行分次、分块凿除。监理在洞门围护结构凿除后应对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断出洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全出洞的要求。监理重点监控：
1、要求施工单位严格执行分层、分块剔除的施工工艺。
2、要求施工单位编制相应的应急预案，并准备必要的应急物资。
3、在剔除过程中监理要加强现场巡视并在关键部位采取旁站。
（六） 盾构出洞洞口装置安装
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。监理监控的重点：
1、做好始发洞门预埋件的埋设工作，预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起，严格控制洞口预埋件的埋设质量，（从位置、标高、焊接质量等）为下一步的安装打好基础。
2、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。
（七）盾构出洞安装临时支撑及负环管片安装
1、安装临时支撑监理监控重点
临时支撑为负环管片提供临时支撑；要求临时支撑必须安装位置准确，并具有足够的强度、刚度和稳定性。监理重点监控：
（1）严格临时支撑的材料的质量控制。
（2）严格临时支撑的安装质量控制，确保强度、刚度和稳定性。
（3）严格临时支撑的测量控制，确保负环管片位置准确。
2、负环管片监理监控重点
负环管片的环数应根据始发场地的大小、盾构机的长度等来确定。本工程为7环（闭口环）始发。第一环负环管片的定位非常重要，为确保负环管片的定位准确，需在盾尾壳体内安装管片支撑垫块（采用高50mm，长1500mm槽钢，环向间距1.5m），为管片在盾尾内的定位做好支撑。监理重点监控：
（1）要求施工单位以闭口负环始发，确保盾构姿态的控制。
（2）严格始发负环管片的质量控制。
（3）严格第一环负环管片的定位控制。在第一块A形管片就位后，要求施工单位用全站仪检查其位置是否准确，监理要做好复核。
（4）做好负环管片的连接、加固的质量监控，确保在始发过程中稳定、不变位。
（八）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”。
一般工程始发掘进分为2个阶段。第一阶段：是指盾构空推掘进，拼整环负环管片，刀盘未接触土体。第二阶段：是指掘进开始，刀盘接触土体，盾尾已脱离始发基座并进入土体，此后开始按照隧道轴线进行盾构掘进。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：
1、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。要求施工单位严格工序管理，减少土体的暴露时间。
2、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。
3、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。
4、第一环正环拼装前检查最后一环负环管片的拼装位置。
5、检查千斤顶使用状况，防止盾构出洞后出现姿态“上飘”或“磕头”现象。
6、盾尾通过洞门，盾构机在VMT系统指导下，开始沿盾构轴线掘进，此时整个始发支撑系统承受较大的侧向力，因此，反力架、始发基座、负环的加固极为重要，在始发过程中，如发现支撑系统出现变形，应立刻停机加固。
7、在始发阶段要注意推力、扭矩的控制，并利用左右千斤顶编组的推力差来控制盾构机的姿态，同时要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发基座提供的反扭矩。
8、盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。
9、进行曲线段掘进时，盾构机产生强大的侧向力，将对盾构机的姿态控制和始发支撑系统的稳定以及成环管片的质量产生不利影响，因此盾尾脱离洞口密封后，同步注浆及利用洞口预埋注浆管进行双液浆封堵极为重要。同步注浆采用凝结时间短的配比。
三、结论与体会
盾构始发是盾构施工的首要环节，能否顺利始发是工程成败的关键之一。盾构始发是一个很复杂的过程，其施工技术难度大、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。
期刊VIP网，您身边的高端学术顾问
文章名称：
盾构法隧道始发阶段监理监控重点
文章地址：
http://www.qikanvip.com/luqiaojianshe/1347.html
