淺談TBM施工的質(zhì)量控制

呂海明

1 概述

目前在國內(nèi)外用TBM施工方法進(jìn)行隧道的掘進(jìn)已成為一種比較成熟的施工方法,今后應(yīng)用前景在我國將十分廣闊。在這個(gè)國內(nèi)亟待開拓的大市場前提下,中國鐵路第十九局突破傳統(tǒng)觀念在云南省德宏州盈江縣那邦水電站小斷面長引水隧洞的施工中,采用TBM施工。通過在TBM施工過程中的不斷摸索,經(jīng)驗(yàn)從無到有。由于我局那邦水電站工程項(xiàng)目部勇于面對各式各樣的困難,開拓創(chuàng)新,不斷探索,在實(shí)際的施工過程中逐步掌握了TBM施工經(jīng)驗(yàn),并形成自己的一套有特點(diǎn)的施工方法?？紤]到隧道施工單位今后在TBM施工過程中不可避免的也會(huì)遇到種種質(zhì)量問題,對此在引水隧洞的TBM隧道施工過程中的施工質(zhì)量控制方法和體會(huì)予以簡單總結(jié)闡述,以期在今后TBM施工中與同行共同交流學(xué)習(xí)。

2 TBM施工質(zhì)量控制原則

1)以有關(guān)的施工及驗(yàn)收規(guī)范、工程質(zhì)量檢驗(yàn)評測標(biāo)準(zhǔn)等為依據(jù),為全面實(shí)現(xiàn)那邦水電站引水隧洞工程項(xiàng)目合同約定的質(zhì)量目標(biāo),并確定了5個(gè)管理點(diǎn);2)在工程項(xiàng)目施工中全過程實(shí)施質(zhì)量控制,以質(zhì)量預(yù)控為重點(diǎn),并作為第一管理點(diǎn);3)對工程項(xiàng)目的人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素進(jìn)行全面的質(zhì)量控制,嚴(yán)格執(zhí)行我局已健全的質(zhì)量保證體系,并作為第二管理點(diǎn);4)嚴(yán)格執(zhí)行進(jìn)場材料試驗(yàn)制度和設(shè)備檢驗(yàn)制度,并作為第三管理點(diǎn);5)嚴(yán)禁不合格的建筑材料、構(gòu)配件和設(shè)備在工程上使用,并作為第四管理點(diǎn);6)堅(jiān)持本工序質(zhì)量不合格或未進(jìn)行驗(yàn)收,不得進(jìn)行下一道工序施工,并作為第五管理點(diǎn)。

3 TBM掘進(jìn)前準(zhǔn)備期的質(zhì)量控制

3.1 設(shè)備、器件進(jìn)入施工場地的驗(yàn)收

設(shè)備、器件進(jìn)入施工場地,由現(xiàn)場負(fù)責(zé)的質(zhì)檢人員、監(jiān)理現(xiàn)場驗(yàn)收,驗(yàn)收內(nèi)容包括有完好程度、有無損壞、是否與所需型號相符,以上內(nèi)容如有一項(xiàng)不合格,則禁止下車并不予接收。

3.2 設(shè)備的現(xiàn)場組裝

設(shè)備的現(xiàn)場組裝是最重要的環(huán)節(jié),在這個(gè)過程中除了保證各部件按圖紙正確組裝外,還需與廠家的現(xiàn)場工程師進(jìn)行全面的溝通,在現(xiàn)場工程師和技術(shù)專家的指導(dǎo)下進(jìn)行認(rèn)真的安裝。

3.3 TBM步進(jìn)至工作面

1)TBM組裝經(jīng)驗(yàn)收合格后,方可步進(jìn)移動(dòng)進(jìn)入掘進(jìn)工作面;2)因TBM結(jié)構(gòu)的特殊性,步進(jìn)時(shí)施工單位應(yīng)使用預(yù)先設(shè)計(jì)好的專門臺(tái)車工具,不得隨意移動(dòng);3)洞內(nèi)步進(jìn)時(shí)應(yīng)保持TBM平穩(wěn),不可傾斜,穩(wěn)步前行。

4 TBM行進(jìn)時(shí)對前方圍巖地質(zhì)判斷和已揭露地質(zhì)缺陷的處理

首先與工程設(shè)計(jì)方的地質(zhì)工程師進(jìn)行全面的溝通,了解工作面前方的工程地質(zhì)條件,認(rèn)真研究有關(guān)的地質(zhì)報(bào)告。并對工作面已揭露地質(zhì)缺陷進(jìn)行相應(yīng)的工程處理,對隧洞工作面進(jìn)行一段必要的混凝土襯砌,為TBM形成一個(gè)平整穩(wěn)定安全的工作平臺(tái)。

事前收集調(diào)研其他工程有關(guān)TBM在隧洞施工中受地質(zhì)條件制約的有關(guān)地質(zhì)資料。

充分考慮實(shí)際施工過程中影響掘進(jìn)效率的主要地質(zhì)條件、制約因素及遇到不良地質(zhì)條件時(shí)需采取的應(yīng)急處理措施。

5 TBM掘進(jìn)的質(zhì)量控制

5.1 平面、高程控制

1)編寫有關(guān)TBM施工的測量方案,并報(bào)監(jiān)理工程師審核;2)做好施工平面,高程控制網(wǎng),并定期進(jìn)行控制點(diǎn)復(fù)核;3)對每一個(gè)工作環(huán)節(jié)進(jìn)行TBM姿態(tài)測量,并完成TBM姿態(tài)報(bào)表指導(dǎo)施工。

5.2 圍巖變形控制

1)編寫監(jiān)測方案,并報(bào)監(jiān)理工程師審核;2)按照監(jiān)測方案合理布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位,每天進(jìn)行一次跟蹤測量(特殊情況,可加頻測量次數(shù)),并形成監(jiān)測日報(bào)表指導(dǎo)施工;3)圍巖控制變形量須在+10 mm～-30 mm之間。

5.3 掘進(jìn)中的推力控制

1)推力控制是指掘進(jìn)時(shí)的地層反壓力、刀盤前圍巖壓力等的控制,工作壓力一般由TBM前方圍巖地質(zhì)條件及水文地質(zhì)狀況和巖體的硬度等決定,需通過50 m～100 m的試掘進(jìn),才能總結(jié)相應(yīng)經(jīng)驗(yàn);2)TBM的操作主司機(jī)應(yīng)嚴(yán)格控制監(jiān)測壓力變化,保持壓力平衡及前方圍巖的穩(wěn)定,以免發(fā)生掘進(jìn)中的坍塌引起圍巖變形。

5.4 掘進(jìn)方向控制

1)根據(jù)TBM上的VMP自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù),對掘進(jìn)方向進(jìn)行控制,使偏離中線的誤差不超過±50 mm;2)在掘進(jìn)方向超出規(guī)定誤差時(shí),需采用勤調(diào)、慢調(diào)的方式進(jìn)行合理調(diào)整,不得硬調(diào),且定期對掘進(jìn)方向進(jìn)行人工復(fù)測;3)加強(qiáng)掘進(jìn)過程中的測量控制,不斷調(diào)整TBM姿態(tài),確保TBM 沿設(shè)計(jì)的軸線掘進(jìn),不發(fā)生偏移。

5.5 圍巖變形控制

1)TBM掘進(jìn)時(shí),監(jiān)測人員要密切觀察已通過的圍巖曾經(jīng)發(fā)生過變形的洞段,嚴(yán)格控制隆起塌陷量不能超過設(shè)計(jì)要求;2)嚴(yán)控圍巖變形監(jiān)測,并做好相關(guān)監(jiān)測報(bào)表,及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)和監(jiān)理相關(guān)部門,以便更好調(diào)整掘進(jìn)參數(shù);3)當(dāng)圍巖變形較大時(shí),應(yīng)立即上報(bào)并暫時(shí)停止掘進(jìn),要在分析和確定原因后,方可進(jìn)行下一步掘進(jìn)施工,以確保TBM和施工人員的安全。

6 TBM掘進(jìn)施工中進(jìn)行一次支護(hù)的質(zhì)量控制

6.1 圍巖一次支護(hù)的材料準(zhǔn)備及洞內(nèi)運(yùn)輸

1)在物資堆放場地提前驗(yàn)收合格的一次支護(hù)的材料,經(jīng)驗(yàn)收合格后才可裝車進(jìn)入TBM工作面;2)因一次支護(hù)材料的特殊性,運(yùn)輸時(shí)使用專門的運(yùn)載工具,不得隨意裝車;3)洞內(nèi)運(yùn)輸至工作面時(shí)應(yīng)將一次支護(hù)材料放置平穩(wěn)歸類,不可擠壓或與其他材料混裝堆放。

6.2 對圍巖一次支護(hù)的順序

1)為保證支護(hù)時(shí)的施工人員安全,對不穩(wěn)定圍巖一次支護(hù)應(yīng)按有關(guān)的支護(hù)順序,在停止掘進(jìn)后快速進(jìn)行,各工序要有條不紊。一般采用:清除危巖→噴混凝土掛網(wǎng)片封閉→預(yù)制鋼支撐抵進(jìn)→錨桿鎖固的工作順序;2)對預(yù)制鋼支撐的拼裝順序,一般是從上部開始,從左到右而后依次向下進(jìn)行;3)TBM支護(hù)機(jī)械手的操作司機(jī)要按上述順序回收相應(yīng)位置的機(jī)械手,不可出錯(cuò),預(yù)制鋼支撐的拼裝完成后立即伸出相對位置的機(jī)械手安裝到位。

6.3 圍巖一次支護(hù)后的質(zhì)量控制

1)一次支護(hù)預(yù)制鋼支撐拼裝前應(yīng)徹底清潔,各接觸面不應(yīng)有雜物,以免影響與圍巖間的相互密貼;2)拼裝后的預(yù)制鋼支撐應(yīng)與上一環(huán)鋼支撐連接安裝,需正對上一環(huán)的接縫;3)拼裝過程中若有預(yù)制鋼支撐損壞,應(yīng)立即更換;4)預(yù)制鋼支撐拼裝時(shí),環(huán)與環(huán)之間不能出現(xiàn)明顯錯(cuò)臺(tái);5)預(yù)制鋼支撐連接時(shí)嵌縫需結(jié)合良好,必要時(shí)進(jìn)行特殊處理;6)預(yù)制鋼支撐連接螺栓必須對正,并且擰緊;7)現(xiàn)場需目測預(yù)制鋼支撐安裝精度,安裝尺寸或間隔應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,并根據(jù)掘進(jìn)方向的偏差進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,保證隧道中線準(zhǔn)確;8)填寫《一次支護(hù)安裝記錄表》;9)一次支護(hù)完成后需由監(jiān)理工程師和項(xiàng)目部質(zhì)檢人員檢收。

6.4 鋼支撐拼裝精度控制

1)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求安裝預(yù)制鋼支撐;2)預(yù)制鋼支撐安裝后必須進(jìn)行精測,應(yīng)使各項(xiàng)指標(biāo)滿足表1要求;3)測量數(shù)據(jù)及時(shí)反饋,以更好進(jìn)行下一榀預(yù)制鋼支撐安裝調(diào)整,確保安裝質(zhì)量。

7 進(jìn)行一次支護(hù)后回填灌漿的質(zhì)量控制

1)灌漿過程質(zhì)量控制。a.為保證一次支護(hù)在巖體壓力下的最小變形,灌漿一般與TBM掘進(jìn)基本同步進(jìn)行,若受掘進(jìn)條件限制也不能過于滯后;b.灌漿設(shè)備出漿時(shí)要經(jīng)網(wǎng)篩過濾,拌漿液須經(jīng)檢測符合要求后方能送至作業(yè)面使用,日常需對漿液的稠度進(jìn)行檢驗(yàn),定期要對和易性、均勻性、含粒狀雜物的最大粒徑、凝聚時(shí)間、強(qiáng)度、收縮率等進(jìn)行檢測,以取得第一手檢驗(yàn)資料;c.漿液制作設(shè)備每5個(gè)循環(huán)需做一組漿液試塊;d.灌漿一般選擇從隧道頂拱部位、左右兩側(cè)及下部的順序?qū)ΨQ進(jìn)行,以減少對一次支護(hù)封閉混凝土層的側(cè)壓力;e.灌漿時(shí)的一次支護(hù)封閉混凝土層背后應(yīng)均勻受力,且應(yīng)填充密實(shí),并經(jīng)常檢查,若填充不實(shí),及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灌;f.灌漿時(shí)的壓力控制和注漿量控制不可單一選用,可根據(jù)不同的圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;g.灌漿時(shí)若發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象,及時(shí)封堵,確保壁后填滿。

表1 鋼支撐拼裝精度要求

2)灌漿時(shí)的量測控制。a.灌漿過程中應(yīng)對隧洞的開挖內(nèi)徑及隧道中線進(jìn)行跟蹤量測,且應(yīng)符合表2要求;b.灌漿時(shí)應(yīng)對圍巖變形測點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)記錄,包括掘進(jìn)時(shí)圍巖變形的影響,圍巖總變形量應(yīng)控制在+10 mm～-30 mm之間。

表2 灌漿時(shí)的允許誤差

3)灌漿壓力控制。a.壓力控制應(yīng)以能填滿壁后空隙為依據(jù),但還應(yīng)考慮洞內(nèi)的地下水壓力、山巖壓力、已進(jìn)行的一次支護(hù)承壓等因素的影響;b.一般要求注漿口壓力為0.2 MPa～0.4 MPa;c.灌漿的泵送壓力應(yīng)根據(jù)注漿距離及注漿孔位置的變化而調(diào)整。

4)灌漿量的控制。a.一般在穩(wěn)定性稍好而滲透性較大的圍巖段多采用注漿量控制,注漿數(shù)量取圍巖與一次支護(hù)封閉混凝土層間隙的100%～150%為計(jì)算量;b.在回填灌漿作業(yè)時(shí),應(yīng)做好灌漿施工記錄。

5)一次支護(hù)完成后掘進(jìn)方向的控制。在嚴(yán)格控制灌漿壓力及灌漿數(shù)量的前提下,對隧道的中線每10 m測量一次,若掘進(jìn)偏差超過設(shè)計(jì)要求時(shí),應(yīng)提前做好調(diào)整控制,必須將隧道的方向控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

8 結(jié)語

TBM施工是自動(dòng)化程度較高、工序銜接緊密的工廠化作業(yè)施工模式。施工中應(yīng)該嚴(yán)格關(guān)注每一個(gè)細(xì)微環(huán)節(jié),嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,建立、健全質(zhì)量控制網(wǎng)絡(luò),并付諸行動(dòng),杜絕安全質(zhì)量事故發(fā)生。