（上海地铁咨询监理科技有限公司）
【摘 要】随着上海轨道交通的迅速发展，盾构法施工的隧道工程受环境的制约越来越大。本文从监理的角度，运用现代质量管理手段着重介绍了小曲率半径盾构推进轴线控制的监理措施和方法，希望对今后的类似工程施工监理有所帮助。
【关键词】QC；小曲率半径；轴线控制；监理措施
一、工程概况
本工程为上海市地铁明珠线二期“宜山路-停车场”区间隧道工程，整个工程隧道长度462.635米，形状为反C型，如图1所示。隧道平曲线半径最小值为249.932m，其中停车场盾构工作井后部明挖段线路曲率半径最小值是149.882m，在盾构的起始处（C1K01+564.897)隧道的当量曲率半径是187.442m。本工程的施工重点是如何将隧道轴线控制在规定许可的偏差范围里。就盾构推进方向来说，地铁明珠线承台与隧道推进之间净距离的最小值约为1.5米，故在推进阶段需要着重保护。为保障整个隧道工程的建设质量、施工以及满足投资要求，同时尽可能降低工程建设对周围环境的影响。本工程施工监理工作由上海市地铁咨询监理科技负责。为做好施工监理工作，他们成立了专门的监理QC小组，充分利用QC质量管理办法和工程建设监理目标控制原理全面展开隧道工程的监理工作。
图1工程平面图
二、选题理由
2.1工程质量需求
在上海地铁工程建设以来，宜山路站-停车场区间隧道工程是曲率半径最小的工程，整个工程质量控制的关键就是如何保障隧道轴线满足相关规定标准。而要抓住这一关键就必须强化落实工程的监理工作。
2.2环境保护要求
明珠线一期轻轨是整个上海市轨道交通的重要干线之一，属于一级保护干线，线路保护标准为：两条轨道横向高差要控制在2毫米以内；结构横向差异沉降要控制在千分之一以内；轨向偏差和高低差高控制在4mm/10m以内；施工导致的明珠线结构变形不能超出1mm/day；明珠线结构最终的绝对沉降量和水平位移量不能超出20mm。因此，确保明珠线一期运作过程中的安全性和稳定性是本工程监理工作的重要目标。
三、确定目标
3.1本QC项目目标
目标一：保障本工程建设质量、施工工期和投资标准，尤为注意确保小曲率半径下隧道轴线要符合相关标准。目标二：确保在本工程施工期间不会影响明珠线一期轻轨的正常运行。
3.2本QC项目目标值
本工程施工阶段需要重点控制好2个技术指标，即隧道轴线的高程偏差和平面偏差，两者都应控制在正负50毫米之间。倘若在施工阶段隧道轴线高程与平面偏差超出了正负50毫米，监理单位应及时督促施工方采取纠正措施。
四、第一阶段循环
4.1计划阶段——P阶段
1．本区间隧道工程使用的ф6340土压平衡铰接式盾构机由日本三菱重工业株式会社生产，此盾构机各项技术指标为：总长度8625mm；外径6340mm；总推力37840KN；设计曲线最小值200mm；铰接处到刀盘端面为4990mm；垂直-0.5-+0.5°；水平-1.5-+1.5°。就施工设备角度来说，本工程使用的盾构机符合设计曲线要求。
2．盾构推进可借鉴上海市1号地铁线使用PCB盾构使300m曲线半径隧道得以实现的经验，其中盾构的最小设计曲线半径为300m。或是借鉴上海市2号地铁线利用PCB盾构实现320米曲线半径隧道的成功经验。
3．本工程施工承包方为上海市第二市政工程有限公司，上海市2号地铁线区间隧道工程就是由该公司负责施工，故对于小曲线半径盾构推进施工该公司具备相关经验。同时，本工程的技术人员、管理人员以及操作人员均接受了三菱铰接式盾构的相关培训。
4．本工程使用的钢筋混凝土管片环宽度为1000mm，每环都由1块拱底块（D）、2块邻接块（L1和L2）、2块标准块（B1和B2）以及1块封顶块（F）构成。预制衬砌钢筋混凝土标号是C55，抗渗标号是S10，衬砌纵向与环向均采用M30螺栓进行联接，纵缝与环缝均采用弹性密封垫。纠偏盾构时均采用衬砌环背千斤顶，再在环面增加贴低压石棉橡胶板的方法。鉴于工程区间有三段R值均为2000的竖曲线段，因此盾构纠偏难度较大。
5．本工程施工要穿越明珠线一期高架和中山西路高架，加之出洞段管线又很多，故在施工阶段怎样保护好周围环境是一个难点。通过调查施工现场、分析区间隧道工程涉及到的250m小区率半径盾构推进以及如何有效进行QC活动，将本工程施工阶段的影响因素总结如下：
表1 塔尔菲法投票评价对策表
4.2实施阶段——D阶段
施工单位提供的《施工组织设计》十分重要，监理单位必须仔细、严格审核，为实施阶段落实相关技术措施奠定基础。
1．针对盾构姿态控制的措施。在0到5米间设计盾构位置为轴线切线；4到5米间的盾构推进控制水平铰接度为1.18°左右，同时开启仿形刀；盾构机在CLKO+504.238位置时，再次开启铰接油缸，在后面40m的盾构推进中，再将其水平张角慢慢减小到0.988°；最后推完249.932m圆曲线。整个过程须控制好盾构推进速度，并且在推进时强化测量。
2．针对覆贴纠偏楔子的措施。按阶梯形状将低压石棉橡胶板覆贴在[PL1]*背千斤顶面，右侧厚度最大值1.8mm，当其厚度超过3mm的时候，就要在同位置再覆贴全膨胀的橡胶薄板，且薄板厚度为1.5毫米。
3．针对同步注浆的措施。控制同步注浆量在1.58m3×（150～200）%之间，注浆时间是管片脱出盾卫的时候，注浆压力要比该位置水土压力总和稍大。同时还应根据施工需求落实二次衬砌壁后注浆。
4.3检查阶段——C阶段
落实实施阶段采取的各类措施，仔细分析盾构出洞后从第1环到第100环间推进过程中轴线偏差检测数据，得出在第5环到第6环推进阶段平面偏离值沿着推进方右偏差值在52-76mm间，超出了允许的50mm。再分析直方图得出，轴线高程偏差值多数在正负20毫米之间，平面偏差值多数在0到负40毫米之间，如图2所示。
图2轴线偏离控制图和轴线偏差直方图
4.4处理阶段——A阶段
通过上述分析得知，在管片拼装第1-100环的阶段，能较好地控制整体质量，但在第5-16环时，平面轴线偏离出现异常，而且经过检查监理单位还发现在隧道砌外侧弧线局部地方有渗漏水现象，拼装管片时封顶块也有一些碎裂现象。对此，QC小组展开了第二阶段循环。
五、第二阶段循环
5.1计划阶段——P阶段
此阶段使用土压平衡铰接式盾构机，盾构推进在小曲线半径工况下实施。鉴于操作和技术人员都还不能熟练操作盾构机，故不能及时调整参数，拼装管片也不能掌握要领，这些都可能在盾构推进阶段导致轴线偏差。及时找出问题并解决是确保区间隧道轴线满足标准的重点。QC小组根据过去经验，多方位考虑各种因素，绘制出隧道轴线控制关联图。如图3所示。
图3“隧道轴线的控制”关联图
分析和试验8条末端原因，找出了影响隧道轴线控制的主要因素，分别为：注浆量不满足标准；盾构掘进参数缺乏完善性；盾构姿态测量数据不准确；不能熟练操作铰接式盾构；中折千斤顶未能及时修正。
表2 塔尔菲法投票评价
5.2实施阶段——D阶段
1．未能及时修正中折千斤顶采取的措施。根据曲率半径标准，结合盾构推进阶段形成的偏差，适当调整千斤顶至水平张角为0.988°。250米半径曲线较长，而且中折千斤顶会受油泵漏油等影响出现变化，故施工单位应及时修正。在开启仿形刀时要准确把握时间，尽量不对隧道周围土体产生较大扰动。
2．就盾构掘进参数不够完善采取的措施。监督施工单位对盾构掘进参数理论值的强化计算，为盾构推进奠定基础。在试推进过程中应适当修正相关参数，科学设置土压力值，防止欠挖或超挖。认真测定盾构机密封仓的土压力设定值、刀盘转速实际值以及盾构的掘进速度，同时基于数理统计原理之上，找出各项参数间的联系，为土压力值以及相关参数的设定提供科学依据。
少纠偏，尤其是在大量值纠偏推进的时候，每一环施工单位都必须严格测量姿态偏差，根据测量结果及时调整盾构机推进方向，尽量减少纠偏，让盾构推进平稳进行。
3．就盾构姿态测量数据不够准确采取的措施。本工程为250米小曲率半径推进状态，盾构姿态采用吊篮仪台进行测量。由于隧道内部空间和转弯半径都较小，所以每推进20环左右就应转换一次吊篮，但过多转换会影响测量准确性。为有效解决这一问题，监理单位在第一节车架上安装了全站仪，以支导线形式对盾构姿态进行测量。如此就能直接测量出切口坐标及盾构尾坐标。将测量的数值和设计值进行比较就能得出盾构推进的偏差，以便及时纠偏。
在车架上安装全站仪有一个缺点，即机械设备在运作过程中会干扰测量仪器。为降低机械设备运转时的干扰，严格要求施工单位在每环推进完成后测量时要关闭全部设备。如此一来，测量仪器受影响的程度就会降低，测量到的数据也将更加准确。
4．就不能熟练操作铰接式盾构机采取的措施。对不能熟练操作盾构机的操作人员和技术人员，施工单位应制定培训计划，帮助他们尽快掌握铰接式盾构机的操作方法及性能。同时，监理单位还应定期召开会议，与施工单位交流探讨，双方一起找出问题，共同解决。此外，施工现场的管理也十分重要，最好固定盾构机操作人员和技术人员。
5．就注浆质量不满足标准采取的措施。降低后期变形几率的关键环节就是要足量、及时地实施同步压浆。浆液失水后就会收缩凝固，部分浆液会在周围土体里劈裂，或是受曲线推进、纠偏等影响，导致实际压浆量大于理论压浆量。监理单位必须严格监督每一环的同步注浆量均为2.5方。如果地面沉降比较大，施工单位就要及时补浆，且保证压浆时间和管片脱离盾构尾部的时间一致。
进行二次衬砌壁后注浆在掘进隧道的同时，根据地层沉降情况决定注浆壁厚，使用双浆液。对此，当管片脱离盾尾部5环的时候，要对管片建筑空隙进行双液二次注浆，浆液经过管片注浆孔流进地层。在施工阶段要采用盾构推进和注浆联合的方法，如若注浆未达标就应暂停推进，防止土体出现变形。应结合地面监测情况合理调整壁后二次注浆，尽量降低地层的变形。
5.3检查阶段——C阶段
经过D阶段采取措施后，分析盾构出洞后从第101环到第200环间轴线的偏差检测数据，发现隧道轴线偏差值均正常。结合直方图分析，轴线高程偏差和平面偏差分别集中在0-30mm和负10到负40mm，隧道轴线也得到有效控制，具体如图4所示。
图4 轴线偏离控制图和轴线偏差直方图
六、总效果——A阶段
严格执行有关措施后，保障了250米小曲率半径盾构顺利推进，隧道轴线偏差也得到有效控制，均在允许值（-50-+50mm）范围内。本区间隧道工程也成功穿越了明珠线一期承台，达到预期效果。
经济效益：本工程在小曲率半径隧道盾构推进时完成了明珠线一期承台的成功穿越，共节省了工程造价成本65万元，其中节省人工费5万元，机械费10万元，管理费10万元，地面加固保护工程材料费30万元以及其他费用10万元。
社会效益：本工程创下了上海市地铁工程施工三个第一。首先，首次使用φ6340盾构推进，真正实现大曲率小半径隧道工程施工。其次，首次采用盾构机铰接装置。最后，盾构机圆曲线首次超近距离斜穿成功明珠线一期承台。总的来说，本工程的盾构推进很成功，值得今后类似工程的借鉴。对小曲率半径隧道施工阶段监理工作的实用参数和施工工艺进行总结，可以在今后复杂环境下盾构工程监理工作中得到成功应用。
七、巩固措施
针对此次工程的施工与监理工作，小组攻关课题在理论与时间方面都进行了较为全面与深入的分析研究，归纳整理出一套可以在小曲率半径隧道工程施工监理过程中发挥重要作用的监理方法与措施，希望能得到同行的帮助及指正。
参考文献：
[1]《质量管理学》，清华大学出版社，刘广第主编。
[2]《质量管理学》，暨南大学出版社，伍爱主编。
[3]《全面质量管理》，中国经济出版社，雷纳特.桑德霍坶著（瑞典。
[4]《概率论和数理统计》，高等教育出版社，常柏林主编。
[5]《地下铁道工程施工和验收规范》（GB50299-1999）
[6]《盾构法隧道工程施工及验收规程》（DGJ08-233-1999）
论文作者:胡辉
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：盾构论文; 隧道论文; 轴线论文; 半径论文; 阶段论文; 曲率论文; 偏差论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;