盾构法隧道施工质量通病及防治 盾构法隧道施工的质量控制重点是建成的隧道实际轴线与设计轴线的一致性；另外， 隧道的综合防水能力，隧道施工过程对地层的扰动、对周围环境的影响等也是反映隧道施 工质量的重要指标。为了保证隧道施工质量能符合相关标准，对盾构法施工的每道施工工序的质量均应严 格控制，保证各关键技术参数达到能控制工程质量标准的范围。第一节 盾构进、出洞 盾构进出洞是盾构法隧道施工中的一道关键工序。在进、出洞过程中，施工环节多， 工作量集中，各工种交叉施工频繁，设备、人员众多，工作零乱，因此，加强质量管理和 控制尤为重要。1、盾构基座变形1.1、现象 在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。1.2、原因分析盾构基座的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的 侧向力；盾构基座的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与基座轴线产生较大夹角，致使盾构基座受力不 均匀；对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠。1.3、预防措施盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线 处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧 面处；基座框架结构的强度和刚度能克服出洞段穿越加固土体所产生的推力；合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求。1.4、治理方法先停止推进，对已发生变形破坏的构件分析破坏原因，进行相应的加固。对需要调 换的部件，先将盾构支撑加固牢靠，再调换被破坏构件；盾构基座的变形确实严重，盾构在其上又无法修复和加固时，只能采取措施使盾构 脱离基座，创造工作条件后对基座作修复加固。2、盾构后靠支撑位移及变形2.1、现象 在盾构出洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局 部变形或位移。2.2、原因分析盾构推力过大，或受出洞千斤顶编组影响，造成后靠受力不均匀、不对称，产生应 力集中；盾构后靠混凝土充填不密实或填充的混凝土强度不够；组成后靠体系的部分构件的强度、刚度不够，各构件间的焊接强度不够； 后靠与负环管片间的结合面不平整。2.3、预防措施在推进过程中合理控制盾构的总推力，且尽量使千斤顶合理编组，使之均匀受力；采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，除充填密实外，还必须确保填 充材料强度，使推力能均匀地传递至工作井后井壁。在构件受力前还应做好填充混凝土的 养护工作；对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。各连 接点应采用合理的连接方式保证连接牢靠，各构件安装要定位精确，并确保电焊质量以及 螺栓连接的强度；尽快安装上部的后盾支撑构件，完善整个后盾支撑体系，以便开启盾构上部的千斤 顶，使后盾支撑系统受力均匀。2.4、治理方法对产生裂缝或强度不够的缝隙填充料凿除，重新充填，并经过养护后达到要求强度 再恢复推进；对变形的构件进行修补及加固。根据推进油压及千斤顶开启数量计算出发生破坏时 的实际推力，对后靠体系进行校验；对于发现裂缝的接头及时进行修补。3、凿除钢筋混凝土封门产生涌土3.1、现象 在拆除洞封门过程中，洞门前方土体从封门间隙内涌人工作井（接收井 ）内。3.2、原因分析封门外侧土体加固方案不当或加固效果欠佳，自立性达不到封门拆除所需的施工时 间；地下水丰富，土体软弱自立性极差；封门拆除工艺编制不合理或施工中发生意外，造成封门外土体暴露时间过长。3.3、预防措施根据现场土质状况，制定合理的土体加固方案，并在拆封门前设置观察孔，检测加 固效果，以确保在土体加固效果良好的情况下拆封门；布置井点降水管，将地下水位降至能保证安全出洞水位；根据封门的实际尺寸，制定合理的封门拆除工艺，施工安排周详，确保拆封门时安 全、快速。3.4、治理方法 创造条件使盾构尽快进入洞口内，对洞门圈进行注浆封堵，减少土体流失。4、盾构出洞段轴线偏离设计4.1、现象 盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推 进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。4.2、原因分析洞口土体加固强度太高，使盾构推进的推力提高。而盾构刚出洞时，开始几环的后 盾管片是开口环，上部后盾支撑还未安装好，千斤顶无法使用，推力集中在下部，使盾构 产生一个向上的力矩，盾构姿态产生向上的趋势；盾构正面平衡压力设定过高导致引起盾构正面土体拱起变形，引起盾构轴线上浮； 未及时安装上部的后盾支撑，使上半部分的千斤顶无法使用，将导致盾构沿着向上 的趋势偏离轴线；盾构机械系统故障造成上部千斤顶的顶力不足。4.3、预防措施正确设计出洞口土体加固方案，设计合理的加固方法和加固强度。施工中正确把握 加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等； 施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压；及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制，防止盾 构上浮现象；正确操作盾构，按时保养设备，保证机械设备的完好。4.4、治理方法施工过程中在管片拼装时加贴楔子，调正管片环面与轴线的垂直度，便于盾构推进纠偏控制；在管片拼装时尽量利用盾壳与管片间隙作隧道轴线纠偏，改善推进后座条件： 用注浆的办法对隧道作少量纠偏，便于盾构推进轴线的纠偏。5、盾构进洞时姿态突变5.1、现象 盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的高差，影响了隧道的有效净 尺寸。5.2、原因分析盾构进洞时，由于接收基座中心夹角轴线与推进轴线不一致，盾构姿态产生突变， 盾尾使在其内的圆环管片位置产生相应的变化；最后两环管片在脱出盾尾后，与周围土体间的空隙由于洞口处无法及时地填充，在 重力的作用下产生沉降。5.3、预防措施盾构接收基座要设计合理，使盾构下落的距离不超过盾尾与管片的建筑空隙；将进洞段的最后一段管片，在上半圈的部位用槽钢相互连结，增加隧道刚度；在最后几环管片拼装时，注意对管片的拼装螺栓及时复紧，提高抗变形的能力；进洞前调整好盾构姿态，使盾构标高略高于接收基座标高。5.4、治理方法 在洞门密封钢板未焊接以前，用整圆装置将下落的管片向上托起，纠正误差。6、盾构进、出洞时洞口土体大量流失6.1、现象 进出洞时，大量的土体从洞口流入井内，造成洞口外侧地面大量沉降。6.2、原因分析洞口土体加固质量不好，强度未达到设计或施工要求而产生塌方，或者加固不均匀， 隔水效果差，造成漏水、漏泥现象；在凿除洞门混凝土或拔除洞门钢板桩后，盾构未及时靠上土体，使正面土体失去支 撑造成塌方；洞门密封装置安装不好，止水橡胶帘带内翻，造成水土流失：洞门密封装置强度不高，经不起较高的土压力，受挤压破坏而失效；盾构外壳上有突出的注浆管等物体，使密封受到影响； 进洞时未能及时安装好洞圈钢板；进洞时土压力末及时下调，致使洞门装置被顶坏，大量井外土体塌入井内。6.3、预防措施洞口土体加固应提高施工质量，保证加固后土体强度和均匀性；洞口封门拆除前应充分做好各项进、出洞的准备工作；洞门密封圈安装要准确，在盾构推进的过程中要注意观察，防止盾构刀盘的周边刀 割伤橡胶密封圈。密封圈可涂牛油增加润滑性；洞门的扇形钢板要及时调整，改善密封圈 的受力状况；在设计、使用洞门密封时要预先考虑到盾壳上的凸出物体，在相应位置设计可调节 的构造，保证密封的性能；盾构进洞时要及时调整密封钢板的位置，及时地将洞口封好；盾构将进入进洞口土体加固区时，要降低正面的平衡压力。6.4、治理措施将受压变形的密封圈重新压回洞口内，恢复密封性能，及时固定弧形板，改善密封 橡胶带的工作状态；对洞口进行注浆堵漏，减少土体的流失。第二节 盾构掘进盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序，要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合， 并确保管片圆环拼装质量，使隧道不漏水，地面不产生大的变形。1、土压平衡式盾构正面阻力过大1.1、现象 盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形。1.2、原因分析盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通； 盾构正面地层土质发生变化；盾构正面遭遇较大块状的障碍物；推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压； 正面平衡压力设定过大；刀盘磨损严重。1.3、预防措施合理设计进土孔的尺寸，保证出土畅通；隧道轴线设计前，应对盾构穿越沿线作详细的地质勘查，摸清沿线影响盾构推进的 障碍物的具体位置、深度，以使轴线设计考虑到这一状况；详细了解盾构推进断面内的土质状况，以便及时优化调整土压设定值、推进速度等 施工参数；经常检修刀盘和推进千斤顶，确保其运行良好；合理设定平衡压力，加强施工动态管理，及时调整控制平衡压力值。1.4、治理方法采取辅助技术，尽量采取在工作面内进行障碍物清理，在条件许可的情况下，也可 采取大开挖施工法清理正面障碍物；增添千斤顶，增加盾构总推力。2、泥水加压平衡式盾构正面阻力过大2.1、现象 盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难。2.2、原因分析 泥水平衡系统不能建立或泥水压力过大；盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通；盾构正面地层土质发生变化；盾构正面遭遇较大块状的障碍物；推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压。2.3、预防措施严格控制泥水质量，准确设定泥水平衡压力、推进速度等施工参数，同时确保泥水 输送系统的正常运行；详细了解盾构推进断面内的土质状况，以便及时优化调整平衡压力设定值、推进速 度等施工参数，同时配制与土质相适应的泥水；在盾构穿越沿线做好详尽的地质勘查，事先清除障碍物或调整设计轴线； 经常检修推进千斤顶，确保其运行良好。2.4、治理方法与土压平衡盾构一样； 增添千斤顶，增加盾构总推力。3、土压平衡盾构正面平衡压力的过量波动3.1、现象 在盾构推进及管片拼装的过程中，开挖面的平衡土压力发生异常的波动，与理论压力 值 或设定压力值发生较大的偏差。3.2、原因分析推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配；当盾构在砂土土层中施工时，螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住，出土不畅，使 开挖面平衡压力急剧上升；盾构后退，使开挖面平衡压力下降； 土压平衡控制系统出现故障造成实际土压力与设定土压力的偏差。3.3、预防措施正确设定盾构推进的施工参数，使推进速度与螺旋机的出土能力相匹配；当土体强度高，螺旋机排土不畅时，在螺旋机或土仓中适量地加注水或泡沫等润滑 剂，提高出土的效率。当土体很软，排土很快影响正面压力的建立时，适当关小螺旋机的 闸门，保证平衡土压力的建立；管片拼装作业，要正确伸、缩千斤顶，严格控制油压和伸出千斤顶的数量，确保拼 装时盾构不后退；正确设定平衡土压力值以及控制系统的控制参数； 加强设备维修保养，保证设备完好率，确保千斤顶没有内泄漏现象。3.4、治理方法向切削面注入泡沫、水、膨润土等物质，改善切削进入土仓内的土体的性能，提高 螺旋机的排土能力，稳定正面土压；维修好设备，减少液压系统的泄漏； 对控制系统的参数重新进行设定，满足使用要求。4、泥水加压平衡盾构正面平衡压力过量波动、现象 在泥水加压平衡盾构推进及拼装的过程中，开挖面的泥水压力发生异常的波动，与理 论压力值或设定压力值发生较