淺談TBM施工的質量控制

呂海明

1 概述

目前在國內外用TBM施工方法進行隧道的掘進已成為一種比較成熟的施工方法,今后應用前景在我國將十分廣闊。在這個國內亟待開拓的大市場前提下,中國鐵路第十九局突破傳統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,經驗從無到有。由于我局那邦水電站工程項目部勇于面對各式各樣的困難,開拓創新,不斷探索,在實際的施工過程中逐步掌握了TBM施工經驗,并形成自己的一套有特點的施工方法?？紤]到隧道施工單位今后在TBM施工過程中不可避免的也會遇到種種質量問題,對此在引水隧洞的TBM隧道施工過程中的施工質量控制方法和體會予以簡單總結闡述,以期在今后TBM施工中與同行共同交流學習。

2 TBM施工質量控制原則

1)以有關的施工及驗收規范、工程質量檢驗評測標準等為依據,為全面實現那邦水電站引水隧洞工程項目合同約定的質量目標,并確定了5個管理點;2)在工程項目施工中全過程實施質量控制,以質量預控為重點,并作為第一管理點;3)對工程項目的人、機、料、法、環等因素進行全面的質量控制,嚴格執行我局已健全的質量保證體系,并作為第二管理點;4)嚴格執行進場材料試驗制度和設備檢驗制度,并作為第三管理點;5)嚴禁不合格的建筑材料、構配件和設備在工程上使用,并作為第四管理點;6)堅持本工序質量不合格或未進行驗收,不得進行下一道工序施工,并作為第五管理點。

3 TBM掘進前準備期的質量控制

3.1 設備、器件進入施工場地的驗收

設備、器件進入施工場地,由現場負責的質檢人員、監理現場驗收,驗收內容包括有完好程度、有無損壞、是否與所需型號相符,以上內容如有一項不合格,則禁止下車并不予接收。

3.2 設備的現場組裝

設備的現場組裝是最重要的環節,在這個過程中除了保證各部件按圖紙正確組裝外,還需與廠家的現場工程師進行全面的溝通,在現場工程師和技術專家的指導下進行認真的安裝。

3.3 TBM步進至工作面

1)TBM組裝經驗收合格后,方可步進移動進入掘進工作面;2)因TBM結構的特殊性,步進時施工單位應使用預先設計好的專門臺車工具,不得隨意移動;3)洞內步進時應保持TBM平穩,不可傾斜,穩步前行。

4 TBM行進時對前方圍巖地質判斷和已揭露地質缺陷的處理

首先與工程設計方的地質工程師進行全面的溝通,了解工作面前方的工程地質條件,認真研究有關的地質報告。并對工作面已揭露地質缺陷進行相應的工程處理,對隧洞工作面進行一段必要的混凝土襯砌,為TBM形成一個平整穩定安全的工作平臺。

事前收集調研其他工程有關TBM在隧洞施工中受地質條件制約的有關地質資料。

充分考慮實際施工過程中影響掘進效率的主要地質條件、制約因素及遇到不良地質條件時需采取的應急處理措施。

5 TBM掘進的質量控制

5.1 平面、高程控制

1)編寫有關TBM施工的測量方案,并報監理工程師審核;2)做好施工平面,高程控制網,并定期進行控制點復核;3)對每一個工作環節進行TBM姿態測量,并完成TBM姿態報表指導施工。

5.2 圍巖變形控制

1)編寫監測方案,并報監理工程師審核;2)按照監測方案合理布設監測點位,每天進行一次跟蹤測量(特殊情況,可加頻測量次數),并形成監測日報表指導施工;3)圍巖控制變形量須在+10 mm～-30 mm之間。

5.3 掘進中的推力控制

1)推力控制是指掘進時的地層反壓力、刀盤前圍巖壓力等的控制,工作壓力一般由TBM前方圍巖地質條件及水文地質狀況和巖體的硬度等決定,需通過50 m～100 m的試掘進,才能總結相應經驗;2)TBM的操作主司機應嚴格控制監測壓力變化,保持壓力平衡及前方圍巖的穩定,以免發生掘進中的坍塌引起圍巖變形。

5.4 掘進方向控制

1)根據TBM上的VMP自動導向系統顯示的數據,對掘進方向進行控制,使偏離中線的誤差不超過±50 mm;2)在掘進方向超出規定誤差時,需采用勤調、慢調的方式進行合理調整,不得硬調,且定期對掘進方向進行人工復測;3)加強掘進過程中的測量控制,不斷調整TBM姿態,確保TBM 沿設計的軸線掘進,不發生偏移。

5.5 圍巖變形控制

1)TBM掘進時,監測人員要密切觀察已通過的圍巖曾經發生過變形的洞段,嚴格控制隆起塌陷量不能超過設計要求;2)嚴控圍巖變形監測,并做好相關監測報表,及時反饋給設計和監理相關部門,以便更好調整掘進參數;3)當圍巖變形較大時,應立即上報并暫時停止掘進,要在分析和確定原因后,方可進行下一步掘進施工,以確保TBM和施工人員的安全。

6 TBM掘進施工中進行一次支護的質量控制

6.1 圍巖一次支護的材料準備及洞內運輸

1)在物資堆放場地提前驗收合格的一次支護的材料,經驗收合格后才可裝車進入TBM工作面;2)因一次支護材料的特殊性,運輸時使用專門的運載工具,不得隨意裝車;3)洞內運輸至工作面時應將一次支護材料放置平穩歸類,不可擠壓或與其他材料混裝堆放。

6.2 對圍巖一次支護的順序

1)為保證支護時的施工人員安全,對不穩定圍巖一次支護應按有關的支護順序,在停止掘進后快速進行,各工序要有條不紊。一般采用:清除危巖→噴混凝土掛網片封閉→預制鋼支撐抵進→錨桿鎖固的工作順序;2)對預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行;3)TBM支護機械手的操作司機要按上述順序回收相應位置的機械手,不可出錯,預制鋼支撐的拼裝完成后立即伸出相對位置的機械手安裝到位。

6.3 圍巖一次支護后的質量控制

1)一次支護預制鋼支撐拼裝前應徹底清潔,各接觸面不應有雜物,以免影響與圍巖間的相互密貼;2)拼裝后的預制鋼支撐應與上一環鋼支撐連接安裝,需正對上一環的接縫;3)拼裝過程中若有預制鋼支撐損壞,應立即更換;4)預制鋼支撐拼裝時,環與環之間不能出現明顯錯臺;5)預制鋼支撐連接時嵌縫需結合良好,必要時進行特殊處理;6)預制鋼支撐連接螺栓必須對正,并且擰緊;7)現場需目測預制鋼支撐安裝精度,安裝尺寸或間隔應符合設計要求,并根據掘進方向的偏差進行適當調整,保證隧道中線準確;8)填寫《一次支護安裝記錄表》;9)一次支護完成后需由監理工程師和項目部質檢人員檢收。

6.4 鋼支撐拼裝精度控制

1)嚴格按設計要求安裝預制鋼支撐;2)預制鋼支撐安裝后必須進行精測,應使各項指標滿足表1要求;3)測量數據及時反饋,以更好進行下一榀預制鋼支撐安裝調整,確保安裝質量。

7 進行一次支護后回填灌漿的質量控制

1)灌漿過程質量控制。a.為保證一次支護在巖體壓力下的最小變形,灌漿一般與TBM掘進基本同步進行,若受掘進條件限制也不能過于滯后;b.灌漿設備出漿時要經網篩過濾,拌漿液須經檢測符合要求后方能送至作業面使用,日常需對漿液的稠度進行檢驗,定期要對和易性、均勻性、含粒狀雜物的最大粒徑、凝聚時間、強度、收縮率等進行檢測,以取得第一手檢驗資料;c.漿液制作設備每5個循環需做一組漿液試塊;d.灌漿一般選擇從隧道頂拱部位、左右兩側及下部的順序對稱進行,以減少對一次支護封閉混凝土層的側壓力;e.灌漿時的一次支護封閉混凝土層背后應均勻受力,且應填充密實,并經常檢查,若填充不實,及時進行補灌;f.灌漿時的壓力控制和注漿量控制不可單一選用,可根據不同的圍巖地質情況進行適當調整;g.灌漿時若發現有漏漿現象,及時封堵,確保壁后填滿。

表1 鋼支撐拼裝精度要求

2)灌漿時的量測控制。a.灌漿過程中應對隧洞的開挖內徑及隧道中線進行跟蹤量測,且應符合表2要求;b.灌漿時應對圍巖變形測點進行詳細記錄,包括掘進時圍巖變形的影響,圍巖總變形量應控制在+10 mm～-30 mm之間。

表2 灌漿時的允許誤差

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

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

5)一次支護完成后掘進方向的控制。在嚴格控制灌漿壓力及灌漿數量的前提下,對隧道的中線每10 m測量一次,若掘進偏差超過設計要求時,應提前做好調整控制,必須將隧道的方向控制在設計要求范圍內。

8 結語

TBM施工是自動化程度較高、工序銜接緊密的工廠化作業施工模式。施工中應該嚴格關注每一個細微環節,嚴格控制施工質量,建立、健全質量控制網絡,并付諸行動,杜絕安全質量事故發生。