TBM施工質(zhì)量管理及控制

沈希富

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概況

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和綜合國力的增強，TBM在我國的使用越來越廣泛。TBM施工具有快速、安全、高效的特點，尤其在埋深大、距離長的隧洞中應(yīng)用越來越多。TBM施工是將開挖、襯砌、灌漿等各個工序同時進行施工，采用流水線作業(yè)，給TBM施工的質(zhì)量控制帶來很大難度和挑戰(zhàn)。

影響TBM施工質(zhì)量的因素主要有設(shè)備狀態(tài)、地質(zhì)條件和組織管理。只有具備良好的設(shè)備、準確判斷圍巖的地質(zhì)情況、實施高效的組織管理才能保證TBM施工質(zhì)量。

TBM施工主要分為3道工序，即開挖工序、襯砌工序（管片安裝工序）、回填灌漿工序。下文從這3道工序現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制結(jié)合上述影響因素來探討TBM施工質(zhì)量的管理和質(zhì)量控制。

2 質(zhì)量控制

2.1 開挖工序

TBM開挖質(zhì)量檢查重點就是隧洞的方向，即洞軸線的水平偏差和垂直偏差。由于TBM施工是全斷面整體開挖，刀盤及護盾根據(jù)隧洞尺寸設(shè)計制作，因此隧洞的成型控制基本可以不考慮，且開挖過程全部封閉，施工中無法進行隧洞的成型檢查。

TBM開挖方向主要由掘進機的自動導(dǎo)向系統(tǒng)控制。自動導(dǎo)向系統(tǒng)一般根據(jù)洞軸線的水平偏差、垂直偏差、水平趨向、垂直趨向、滾動角5個參數(shù)來確保開挖方向的準確性。

TBM開挖質(zhì)量好壞主要取決于自動導(dǎo)向系統(tǒng)的準確性和操作方法，因此測量人員要定期對導(dǎo)向系統(tǒng)進行檢查復(fù)核并按要求保養(yǎng)維護，確保導(dǎo)向系統(tǒng)的準確性。

TBM開挖還受地質(zhì)和設(shè)備狀況的影響。如果遇到塌方嚴重等不良地質(zhì)時，塌方碎塊會將刀盤、護盾與圍巖之間的縫隙填滿，導(dǎo)致TBM無法調(diào)整方向，嚴重時會造成卡機；如果圍巖過軟，承載力小，或遇到軟硬相間的地層都會導(dǎo)致機頭下沉等方向偏離。因此做好地質(zhì)預(yù)報，并做好通過不良地質(zhì)洞段的施工方案和施工準備非常必要。

2.2 襯砌工序

TBM施工的襯砌工序就是管片安裝工序，施工質(zhì)量檢查的重點是管片安裝的接縫縫寬和錯臺，安裝過程中產(chǎn)生的管片破損、裂縫等質(zhì)量問題以及管片的勾縫質(zhì)量等。

2.2.1 管片安裝接縫縫寬、錯臺質(zhì)量檢查

檢查方法：在檢測接縫、錯臺時，尺子要貼緊或垂直管片，避免造成讀數(shù)不準確；測量管片接縫、錯臺的位置根據(jù)現(xiàn)場情況，在安全的前提下確定測量位置，但必須待管片完全離開護盾時才能量測；注意觀察管片在護盾內(nèi)——離開護盾——噴豆礫石——灌漿過程中接縫、錯臺的情況，發(fā)現(xiàn)變化較大或出現(xiàn)異常變化要及時報告；隨時掌握開挖情況和地質(zhì)情況，如果開挖軸線出現(xiàn)較大偏差或地質(zhì)情況出現(xiàn)變化時，要加強觀測管片接縫、錯臺的變化情況，并詳細記錄。

2.2.2 勾縫質(zhì)量檢查

砂漿勾填檢查：勾砂漿前，清理干凈管片接縫內(nèi)的石渣、粉塵等雜物；勾砂漿時，砂漿填入縫隙內(nèi)，壓緊填實；若接縫過大，止水條無法接觸，根據(jù)要求加塞一道止水條，再用砂漿填實；砂漿勾填完畢，表面與管片保持一個平面，壓模平滑；若管片錯臺小于2cm時，用勾縫砂漿將其磨平，注意不要坡度太大，大于2cm的錯臺要根據(jù)確認的修補方案進行修補。

勾縫砂漿檢查：要嚴格按照配料單進行現(xiàn)場配制，不定時檢查現(xiàn)場原材料的稱量。原材料檢查內(nèi)容包括：砂子的含泥量、含雜物情況、外觀顏色、粗細變化、含水量等，并檢查水泥有無結(jié)塊。發(fā)現(xiàn)上述條件明顯不能滿足要求時，要通知現(xiàn)場人員清退材料或通知試驗室進行取樣檢查。

2.2.3 管片破損檢查

要盡量減少管片的破損。破損率較大時要及時報告。若破損部位較小，深度小于保護層并無破壞止水條，可在勾縫時將其修補；破損部位較大，已經(jīng)破壞保護層或破壞到止水條要用修補砂漿修補，修補前將修補部位清理干凈；修補砂漿的質(zhì)量檢查參照上述勾縫砂漿的檢查辦法。

2.3 灌漿工序

目前，TBM回填灌漿施工大都采用噴灌豆礫石后再灌注水泥漿液的施工工藝，因此下文以豆礫石回填灌漿工藝為主探討該工序的質(zhì)量控制。

TBM回填灌漿質(zhì)量標準是灌漿飽滿密實，灌漿體的抗壓強度滿足設(shè)計要求。通常灌漿的密實度采用取芯觀察和壓水壓漿試驗檢查，灌漿強度采用芯樣的抗壓強度檢查。為使灌漿達到質(zhì)量要求，施工過程中要重點檢查以下幾點：豆礫石、水泥等原材料質(zhì)量，豆礫石噴灌情況，水泥漿配料、灌漿壓力、灌注量及串漿距離等情況。

2.3.1 原材料及水泥漿液配料的質(zhì)量檢查

原材料質(zhì)量是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，目前我國水利工程規(guī)范對原材料質(zhì)量和漿液配比的檢查制度，對于TBM施工回填灌漿仍然適用。

2.3.2 豆礫石噴射質(zhì)量檢查

豆礫石噴射質(zhì)量主要檢查豆礫石回填時間和回填的飽滿程度。豆礫石一般在出后護盾后3~4環(huán)要及時回填。

2.3.3 灌注質(zhì)量控制

水泥漿液灌注過程質(zhì)量控制，除漿液配料外，重點控制灌漿壓力、串漿距離。灌漿壓力直接影響灌漿的密實度和灌漿體的抗壓強度。在TBM施工初期要進行豆礫石回填灌漿試驗，確定漿液水灰比、灌漿壓力、串漿距離等主要參數(shù)。

3 常見質(zhì)量缺陷及原因分析

TBM開挖工序常出現(xiàn)的質(zhì)量問題是洞軸線超過允許偏差造成不合格，即機頭偏離，主要來自地質(zhì)原因。

管片安裝工序常出現(xiàn)的質(zhì)量問題是管片安裝接縫錯臺超標，其原因有：豆礫石回填不及時、地質(zhì)惡劣、管片安裝不規(guī)范。管片破損的原因有：使用單護盾模式進行掘進，使機頭向前推進的力全部作用到管片上，將管片擠壓破損；安裝管片時磕碰導(dǎo)致破損。

回填灌漿遇到的質(zhì)量問題主要是在特殊地質(zhì)洞段的灌漿問題。在外水洞段，由于外水的作用，容易將漿液稀釋，使灌漿不密實，強度低；在塌方嚴重的地方由于塌落的巖塊均位于頂管片或側(cè)管片底部，將灌漿空間占滿，使豆礫石和水泥漿無法灌注；遇到斷層、溶洞等無法灌漿時要采取特殊灌漿處理。

4 展望及建議

如上所述，TBM施工工藝具有高度自動化、高施工效率的特點，因此采用常規(guī)施工的質(zhì)量管理辦法無法與TBM施工工藝相適應(yīng)。為適應(yīng)TBM特殊的施工工藝，質(zhì)量管理必須采取特殊的辦法，因此建議TBM施工質(zhì)量管理采用“動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控”?！皠討B(tài)質(zhì)量監(jiān)控”就是對連續(xù)的施工質(zhì)量數(shù)據(jù)隨時進行匯總統(tǒng)計分析，并對下一步的施工質(zhì)量進行預(yù)測，根據(jù)質(zhì)量預(yù)測隨時進行現(xiàn)場調(diào)控，避免出現(xiàn)質(zhì)量超標現(xiàn)象。在TBM施工中使用電腦自動采集數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析，預(yù)測質(zhì)量趨勢，從而快速、準確、有效地進行質(zhì)量控制。