北京某城际铁路工程盾构隧道监理控制要点附施工图.docx
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北京某城际铁路工程盾构隧道监理控制要点附施工图
京津城际延伸线天津至于家堡工程
解放路盾构隧道监理控制要点
北京铁城建设监理有限责任公司
京津城际延伸线工程监理项目部
二〇一三年四月二十三日
盾构隧道监理控制要点
邵福元
各位领导、各位同事上午好：
首先庆贺公司在塘沽办盾构施工技术培训班。
京津城际延伸线监理部倍感荣幸，将举全力做好配合工作。
今天有幸与各位领导、同事相聚一起，很高兴。
本人就京津城际延伸线解放路盾构隧道施工监理控制要点作个发言，谈一些个人的初步想法和体会，错误之处请指正。
一、解放路盾构隧道工程简介
京津城际延伸线解放路盾构隧道建设单位：
津滨城际铁路有限责任公司；设计单位：
铁道第三勘察设计院集团有限公司；施工单位：
中铁十六局集团公司；监理单位：
北京铁城建设监理有限责任公司。
解放路盾构隧道全长2249m；设计为单洞双线高速铁路标准，时速350km/h，最大纵坡20‰，最小坡度1‰；最小曲线半径为450m；盾构隧道洞径10.6m。
盾构隧道设计为高性能砼环形管片“8+1”模式，即6A块（43.2°）+2B块（43.2°）+1K块（14.4°），管片宽度为1.5m，厚度为0.5m；混凝土抗压强度为C50，抗渗性能为P12；每环管片重量65T；管片纵向采用50颗Φ30mm、环向采用18颗Φ36mm8.8级高强螺栓拼装联结。
盾构隧道成型图
盾构隧道采用法国法码通（NFM）公司生产的泥水平衡盾构机施工。
为其配套的有泥水处理系统和管片预制厂。
盾构机总长约50m，盾构主机长12m，配套台车长30m，盾构机总重1300T，最大推力14000T，最大推进速度60mm/min。
盾构刀盘直径11.97m，装机总功率3960KW。
解放路盾构隧道于2012年11月29日始发，2013年2月9日拆除负环管片，至今掘进370m。
占隧道总长的16%。
盾构机全图
盾构机始发图
二、解放路盾构隧道工程特点
（一）工程地质与工程环境特点
1、盾构隧道中部覆土厚度16.4m，进口和出口覆土厚度仅为9.6m，土压力为0.97～2.28kg/cm³。
工程地质隧道中上部、顶部为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，渗透系数为0.1～1.0m/a，属弱透水层，土体为流塑状，像海绵一样挤压变形，直立性差，敏感性强，沉降变化稳定期长达60天，土质50目以下细颗粒含量达60～70%，泥水分离困难，渣土需用石灰拌合后外运，增大工程成本，影响施工进度。
工程地质纵剖面图
2、盾构隧道纵穿塘沽区解放路商业街长度1100m，商业街两侧为多种形式的多层建筑商厦。
经清华大学房屋安全鉴定室对23栋建筑物（安全）现状普查，其中有8处建筑物与盾构隧道距离小于1倍盾径（12米）。
商业街下埋设煤气、供热、供水、排污等重要管线，盾构通过易引发建筑物不均匀沉降，结构裂缝倾斜、管线断裂、道路塌陷等，将影响到商业和民生环境安全。
解放路金街全景图
（二）盾构隧道工程施工特点
盾构隧道工程施工是一个掘进、支护、安装、沉降、再支护的循环过程，易发生进出洞口失稳、隧道上浮、渗漏水和地表沉降等质量安全问题。
不论是泥水平衡盾构，还是土压平衡盾构均有进度快、质量好的特点。
进度快证明盾构姿态正常，管片安装顺利、错台小，掉混凝土块少、渗漏水点位少、沉降变化小，故隧道工程质量好。
若实现泥水平衡盾构隧道进度快、质量好、沉降小集中表现在二十四个字上（本人体会，有待进一步实践验证）。
即“配套精细、快速掘进、同注量足、二次紧跟、重大风险、措施超前”。
1、配套精细：
①盾构掘进前，同步注浆浆液进行预搅拌，随要随供，延时不宜超过20min；②管片检验区存放不少于8环管片2天用量；③弃渣场面积具有存放12环2400m³3天的存土容量，否则因天气问题和社会环境交管部门、综合执法部门影响造成管片运不进，渣土运不出而停工，延长工程施工工期。
2、快速掘进：
附属配套项目配合默契，可缩短盾构施工循环时间，在盾构机通过洞口加固区50m后，调整盾构姿态，与隧道轴线标高、方向相吻合。
根据工程地质变化、土压力改变，微调盾构刀盘转速在0.9～1.0r/min；推力在3000～3150T；切口压力1.2～1.3kg/cm³，刀盘刀具贯入量进尺速度25～30mm/min；刀盘扭矩2400～2660KN/m，盾构掘进参数宜保持相对稳定，忌忽高忽低。
快速掘进功用：
一是能为二次注浆赢得时间，控制土体后续沉降，二是加快盾构隧道施工进度。
3、同注量足：
设计同步注浆量为21.98m³/环，考虑浆液的挤压和流失因素，施工同步注浆量为24m³/环。
同注量足可使盾构开挖空隙充填密实，有效抵御开挖沉降和管片上浮。
4、二次紧跟：
当盾尾拖出五环管片，特殊地段拖出四环管片，及时进行二次注浆，对盾构开挖空隙补充注浆，控制土体后续沉降。
5、重大风险、措施超前：
重大风险，指隧道与解放路交叉平行的重要管线，距离小于1倍盾径的建筑物，设计单位出地面隔离防护设计方案，专家论证。
施工单位超前施工，待盾构通过前达到设计强度。
当盾构通过重大风险时，洞内提高同步注浆量10%和二次注浆压力10%。
必要时进行深孔加强注浆，固结土体，保护地面重要管线和建（构）筑物。
三、盾构隧道工程质量监理控制要点
建设工程质量施工单位是主体，监理担负着工程质量监督管理重责，监理质量行为已逐渐成为建设单位和政府监督主管部门关注重点。
如何实现工程优质，政府监督部门认可，建设单位满意的监理工作目标，围绕盾构隧道工程质量监控要点和领导同事交流如下：
（一）审核批准洞口加固、盾构掘进、隧道沉降、管片上浮、管片拼装、同步注浆、二次注浆等专项施工方案和应急预案，在施工过程中检查方案执行情况，发现偏差及时纠正。
制做盾构隧道监理人员岗位牌，确定盾构隧道现场监理人员，明确专业监理工程师职责，监理员职责。
盾构隧道工程监理岗位牌
（二）工程测量与监控量测监理控制要点：
1、审查成型隧道记录表中的隧道轴线标高、椭圆度符合施工规范。
2、审查洞内量测，隧道纵向沉降、隧道收敛变形、管片结构内力、管片结构应变、环纵缝变化是否符合施工规范。
3、审查地面量测，监控建筑物不均匀沉降、建筑物倾斜、土体分层沉降、土体水平位移、地表隆沉等项目是否有异常变化。
（三）监控洞口加固，保证进洞、出洞时洞门稳定。
始发井洞口当盾构掘进超过120米，进行洞口加固和负环管片拆除工作。
监理监控要点：
1、洞口10环（15米）注水泥、水玻璃双液浆进行洞口加固，监理旁站监督注浆配合比、注浆时间、注浆压力、注浆量，并做旁站记录。
2、洞口10环（15米）进行管片螺栓复紧监理抽验，纵向螺栓扭矩达900Nm，环向螺栓达1600Nm。
3、洞口10环（15米）采用槽钢通过管片螺栓焊接纵向联结，控制盾构失去反推力时管片环向的缝隙增大，避免管片间因密封失效而发生渗漏。
监理查验槽钢间距、卡扣焊接强度等内容。
（四）盾构隧道上浮监理控制要点：
1、根据隧道轴线标高，调整盾构姿态低于设计标高5～10cm，用以弥补盾构脱出管片上浮因素。
2、根据工程地质变化及时调整同步注浆配合比，选择浆液具有一定的流动性，能均匀地布满隧道周围，初凝时间在5～6h之间，尽早填充开挖间隙（42mm），控制管片上浮。
3、监控盾构管片纵、环向螺栓必须全部安装，并按设计扭矩紧固到位，盾构台车拖出后进行复紧。
专业监理工程师每周定时从洞口依次进行螺栓紧固，随机抽检，抽检结果在每周工地例会上通报给施工单位。
隧道贯通进行第三次复紧，达到管片牢固联结，相互制约抵御管片上浮。
4、尽早进行水泥、水玻璃双液注浆，选择初凝时间在15～25s对盾构开挖间隙进行二次充填补强。
5、监控隧道纵向变形监测数据分析，出现异常调整注浆部位及注浆量。
深孔注浆台车图
（五）盾构隧道渗漏水监理控制要点：
1、控制砂、石、水泥、钢材等原材料检测达《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010要求，混凝土试验强度达50Mpa,抗渗性能达P12。
把住管片生产质量关，是隧道防水第一道防线。
盾构管片图
2、控制盾构管片止水带粘贴安装，尤其是棱角粘贴质量和管片外观不符合规范要求的必须返工处理；检查管片防雨（止水带自膨胀）、防晒（止水带老化）有效覆盖，查验橡胶止水带进场复试报告。
是隧道防水第二道防线。
盾构管片覆盖图
3、控制盾构管片安装质量，①查验螺栓O型圈安装到位，②检查管片吊装孔位及管片安装时挤压和压应力放散引起的混凝土破损，凡隧道顶部和微小面积只进行修整刷涂料不修补，防止因行车振动掉混凝土块砸动车；隧道侧面和面积较大、较深时采用同标号混凝土掺粘合材料修补，盾构管片安装及修整，是隧道防水的第三道防线。
盾构管片输送图
盾构管片安装图
4、最后一道防线是对注浆孔和管片接缝渗漏点进行堵漏。
（六）地表隆沉、坍塌监理控制要点：
1、泥水盾构机的推力、刀盘扭矩、掘进速度、切口水压四项参数对地表变形影响较为明显，参数值越大，地面沉降值越小，甚至还会有轻微隆起。
但是上述四项参数需根据洞顶覆土厚度、覆土压力和工程地质条件通过掘进试验来选出最佳参数，才能实现地表土体既不被泥水压力击穿，又不出现沉降的最佳点。
所以应重视盾构机试验段参数采集，通过信息化施工分析确定盾构机主要掘进参数达到最优化，指导盾构隧道施工。
2、专业监理工程师每日分析第三方监测日报，日沉降量在4mm以下，累计沉降量在24mm以下的渐形变化属正常地质沉降，监控同步注浆每环不低于22m³，以注浆量控制为主。
当盾尾拖出5环实施二次注浆，平均每环6m³，以压力控制为主。
若发现日沉降量超过10mm，累计沉降量超过30mm以上的突变，属非正常地质沉降，监督施工单位加大同步注浆量每环达25m³以上，二次注浆每环注浆量加大到8m³，注浆压力提高10%，必要时采取洞内深孔加强注浆和多次注浆。
二次注浆时应重视注浆孔的选择，宜选11点和1点之间，提高注浆效果，减小施工过程土体变形。
洞内同步注浆图
3、泥水平衡盾构的核心是泥浆质量和切口压力控制，是监理监控的主要内容。
通过对五家膨润土样品实验和比较确定泥浆配合比：
每立方膨润土100kg，水900kg，减水剂3.2kg，纯碱2.8kg；经现场泥浆质量检验，泥浆比重1.15～1.30；粘度在24～30s之间。
在泥水压力的作用下对开挖周边形成泥模封闭土体减少沉降。
刀盘切口压力经掘进试验，拟定为1.1～1.3kg/cm³之间，切口压力与覆土压力保持相对平衡。
若切口压力小于覆土压力则土体沉降量大，地表发生沉陷，若切口压力大于覆土压力则击穿土层，地面冒浆坍塌。
4、盾构停机位置和停机保压监控要点：
（1）计划停机超过24小时时，施工单位应提前一天向监理和建设单位报告，如拆除负环管片（30天），洞内安装P3泵（10天）；首先应选择地面空旷，无重要管线和建筑物的地段暂停施工。
其次是加大刀盘切口压力10%，略高于覆土压力，减少沉降。
第三是对停机期间地表沉降加强监测，并派专人对盾构上方进行巡视。
（2）遇到盾构故障停机，施工单位应立即向监理和建设单位报告故障原因及处理方案。
5、因盾构刀盘低转速大贯入度而产生的高推力、大扭矩易发生地面隆起、裂缝冒浆。
专业监理工程师每天应不少于二次对盾构通过地面进行巡视检查，发现地表冒浆，要求施工单位及时处理，减少社会负面影响。
对于因盾构通过地面产生的裂缝，待隆起消除，裂缝收缩后对未闭合的裂缝灌水泥浆封闭，防止雨水下渗，浸泡道路稳定层，引发道路损坏。
（七）盾构隧道施工资料确定收集与处理
1、工程施工资料的确定原则与程序：
（1）凡规范、标准、设计文件有规定的，按规范、标准、设计文件执行，规范、标准、设计文件缺项的，吸收已完同类工程的做法，不可缺项。
当国标和铁标有差异时，宜采用铁标参数；施工规范和设计文件有差异时，宜采用设计参数。
（2）工程施工记录表式应由施工单位收集整理，经监理审核修改，由建设审核后使用。
2、检验批、分项、分部、单位工程划分
解放路盾构隧道按每10环为一个检验批，后附每环掘进、同步注浆、管片安装、二次注浆、隧道测量、施工起讫时间、施工参数等施工记录表；每10个检验批即100环为一个分项工程；每5个分项工程即500环为一个分部工程；3个分部工程组成一个单位工程。
3、工程材料进场检测复试。
监控盾构隧道工程材料检测试验是保证隧道工程质量的基础。
盾构隧道主要检测复试项目、频次、标准见下表：
序号
监测试验项目
检测频率
备注
1
混凝土强度
100m³/组
2
抗渗试验
500m³/组
3
三环试拼装
100环
4
检漏试验
100环
5
8.8级高强螺栓M30
60环
6
8.8级高强螺栓M36
160环
7
同步注浆强度试验
100m³/组
4、监控量测
专业监理工程师应审核监控量测专项方案，掌握监控量测方法、内容、频次和报警值。
每日分析第三方监测单位监测报告并签字，重点分析工程地表隆沉变化趋势，建筑物不均匀沉降趋势、土体分层沉降、隧道收敛变形、管片结构应变等数据，发生异常及时通报施工单位采取相应措施，严重的应向建设单位报告。
由施工单位分析产生原因，制定整改方案，召开专家论证会，监理监督施工单位按照专家意见付诸实施。
截止2013年2月建设单位先后组织7次专家评审会，见下表：
序号
时间
会议名称
与会专家
1
2011.7.26
盾构注浆设计、施工专家评审会
贺长俊、吴圣宏、江玉生、徐俊峰、王锡军
2
2012.8.17
盾构机吊装专项施工方案专家评审会
吴煊鹏、吴庆红、闫向林、全雪勇、郭健
3
2012.11.20
盾构施工始发及试验段掘进施工方案专家评审会
吴煊鹏、程学武、李振武、全雪勇、丁银平
4
2012.12.26
盾构隧道浅埋段施工及管片抗浮专项方案专家评审会
王世友、李振武、全雪勇、杨贵生、王书雄
5
2013.1.24
CJDK181+056～064段地表沉降突变专家会
周小平、张慧军、管建国、郭健、王建永
6
2013.2.6
CJDK181+056～060里程段沉降分析讨论会
晋永贵、齐立宏、程学武、李振武
7
2013.2.17
负环管片拆除前现场验收专家会
江玉生、郭明华、郭健、赵亚军、周明祥
四、盾构隧道施工安全监控要点
（一）审查洞门凿除、盾构机下井吊装、负环管片拆除、轨道运输、安全用电等专项施工方案和应急预案，在施工过程中，检查专项方案执行情况。
（二）洞门凿除监理控制要点：
1、验收凿除洞门脚手架，搭设是否符合规范规定。
2、监控脚手架上操作平台跷头板是否捆扎。
3、施工过程监控脚手架立杆、横杆有无被凿除混凝土块砸弯变形，防止脚手架失稳。
4、查验探孔是否穿过地连墙，重点观察隧道中、下部探孔渗流水情况，防止突泥突水。
5、监控地下连续墙与加固区之间土体夹层稳定性，防止坍塌伤人。
洞门凿除图
（三）盾构机吊装监理控制要点:
盾构机于2012年9月进行地面组装，10月进行大件下井吊装，监理监控内容：
1、查验大型吊装设备司机的操作证和安全培训证。
2、施工单位编制盾构吊装前检查记录表，实行作业人员、管理人员、监理人员三级联签制度。
3、检查施工单位分管领导和专职安全员到位情况，上、下吊装指挥人员联络通畅。
4、查验大型吊装设备吊钩防脱装置及索具卡扣安装情况。
5、重视天气变化，大风和雨天不宜进行大件吊装。
6、单体超过100吨以上大型物件，必须试吊，吊装全过程旁站监理。
盾构刀盘吊装图
盾构刀盘吊装图
（四）盾构机出洞进洞监理控制要点
1、盾构出洞时，当盾构机切入掌子面时就建立泥水平衡，防止出洞时掌子面发生坍塌。
2、出洞段根据洞门圈深度、盾构刀盘尺寸等计算出盾构开始旋转刀盘以及开始同步注浆里程，并通过同步注浆将洞门圈回填密实。
3、监控出洞、进洞盾构姿态，在保证泥水参数正常，同步注浆回填密实的前提下，尽量快速完成出洞、进洞。
4、因出洞进洞端头地层进行加固处理，地层物理力学性质发生改变，掘进时应重视盾构姿态突然变化。
（五）负环管片拆除监理控制要点
解放路盾构隧道于2013年2月7日掘进140米时，相对地面为停车场位置，经建设单位同意，盾构停止掘进进行隧道洞口15m加固和始发井负环管片拆除工作。
监理监控重点：
1、凡进行负环管片吊装监理旁站监督，管片吊装前施工单位分管领导和专职安全管理人员到位，上、下吊装指挥人员联络通畅，吊装机械司机在安全风险交底表上签字。
2、对操作人员、施工管理人员进行三级安全技术交底。
对拆除管片（环与块）进行编号，采取阶梯式拆除方法。
重点监控负环第一环，第一吊顶部管片（三块重19T）必须进行试吊，龙门吊逐步增加起重力，直到克服三面环向约束力后，缓慢起吊。
3、当拆除负环中部管片（单块重9T），应在管片注浆孔和螺栓孔位系二个吊点牵引，管片外侧采用型钢支撑加固，防止螺栓拆除管片无约束自由滑移，伤害施工人员。
4、负环管片起吊时待钢丝绳持力后，再卸除管片螺栓。
负环第一环管片拆除图
负环管片拆除阶梯图
（六）轨道车洞内运输监理控制要点
轨道车在洞内执行管片、同步注浆浆液和建筑管片螺栓及配件材料运输，由于坡度大（20‰），隧道长（2200m），极易发生溜车事故，监理安全监控要点：
1、查验轨道车司机操作证、安全培训证和安全操作制度。
2、查验轨道车制动系统日常检修保养记录。
3、定时检查轨道间距与道岔维护。
4、监督轨道车携带防溜车铁鞋并检查铁鞋稳固可靠性。
5、监督盾构机后车挡和限速5Km标识牌是否安装到位。
（七）施工安全监理控制要点
1、监督检查施工用电，三级配电管理制度执行情况。
2、监督管片拼装机下不许站人，并设立醒目警示牌。
3、监督人员带压进仓，按专项方案和应急预案进行监理旁站监控。
4、监督检查吊装井和始发井周边砌筑挡水墙，防止暴雨倒灌隧道淹没盾构机。
五、盾构隧道施工环境监理控制要点
（一）盾构隧道施工准备期间，督促施工单位依据设计文件和设计资料，调查掌握下列内容。
1、专业监理工程师要熟悉设计单位勘察编制的隧道风险及措施专题报告。
掌握工程地质、地层岩性、特殊土层、地下水类型及特征、微承压水水位、隧道上部相邻建筑物结构鉴定结论等设计资料。
2、督促施工单位向勘察设计单位索取工程地质探孔位置资料，凡地质探孔在隧道通过区的应进行二次封堵防止地面冒浆。
3、督促施工单位通过物探确定盾构通过区煤气、供水、供热等重要管线的直径、材质、埋深的数据，并按设计方案进行加固。
4、调查了解并对隧道主沉降区内地面构筑物基础做地质探孔取样，了解回填物料及密实情况，必要时进行地面注浆加固。
（二）地面建筑物、构筑物地质变化案例
1、聚宝大厦：
（1）设计监控参数，主楼与隧道水平净距13.4米，隧道顶埋深13.11米，允许差异沉降限值4～6mm，建筑物沉降量控制值80～90mm。
（2）地面加固措施：
在建筑物侧地面设计3排Ф50mm、深16～19m袖阀管，注普通水泥浆加固处理。
（3）洞内施工措施：
盾构通过时同步注浆加大10%，达25m³/环，二次注浆平均6m³/环，盾构推力2850吨，掘进速度25mm/min,刀盘切口压力1.2kg/cm³。
（4）措施效果：
盾构机于2013年3月26日至4月8日通过聚宝大厦，据第三方监测数据显示，不均匀沉降控制在2.2～4.2mm，建筑沉降量控制在60～70mm。
聚宝大厦注浆加固图
聚宝大厦注浆加固图
2、交通环岛地面下降。
2013年1月22日，DK181+060区段为交通环岛，当盾构通过后发生地面突变沉降，日沉降量达67mm，累计沉降量达92mm。
通过钻孔地质取样，环岛基础土体内含有直径大于30～40mm的卵石，填筑不密实；加之车辆交通动荷载影响；洞内同步注浆量少、二次注浆滞后等因素导致地面下降。
要求施工单位23日当晚加大同步注浆量至25m³/环，二次注浆时间提前，由盾构通过15米提前至13米，同时加大二次注浆量和注浆压力。
24日沉降为6mm，遏制突变沉降趋势。
当累计沉降达120mm，地面打孔进行超细水泥深孔注浆。
于3月28日累计沉降降至86mm，地层趋于稳定。
交通环岛
谢谢大家
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