TBM隧道施工的質量控制研究

李 翠（中鐵十八局集團有限公司隧道工程公司，中國重慶400707）

TBM是目前國際上最先進的隧道大型施工設備。TBM掘進施工使隧道開挖、支護、襯砌等工序平行作業，實現一次成洞，圍巖擾動小，開挖面平整圓順，超欠挖少，給TBM施工的質量控制帶來了很大的難度。在隧道施工中，往往不表現在技術或規模上，而在質量控制方面。

1 TBM施工質量控制的重要性

質量控制是為了達到質量要求所采取的作業技術和活動。TBM質量控制分為TBM掘進前的質量控制和TBM掘進中的質量控制。提高質量本身就意味著提高項目的效能。

質量達不到要求，意味著技術性能的降低，甚至失效和報廢；發生質量問題，對其處理需要再投入資金，會增加成本；出現質量問題造成的反復，必須延緩進度。

2 TBM施工質量控制措施

制定完善的工程質量管理制度，提高全員質量意識，從保證質量的組織措施、管理措施、控制措施及技術措施等方面，優化人、機、料、法、環各環節因素；建立嚴密的組織體系；發現違反施工程序，不按設計圖紙、規范、規程施工，使用不符合質量要求的原材料和成品，各級質檢人員有權制止；配備具有扎實理論知識和豐富經驗的管理人員和技術人員，保證科學先進的施工技術和措施的落實。加強施工過程檢查，加強質量教育及技術培訓，嚴格技術管理。

3 TBM掘進前的質量控制

3.1 TBM組裝前的準備

承包人先確定TBM設備的選型，其后派遣監造人員到生產車間對設備的選材、選型、監造和試驗等制造過程和質量進行監造；承包方在TBM設備到場后積極聯合發包人和監理人進行各項驗收工作，若有一項不合格則禁止驗收。

3.2 TBM現場組裝的質量控制

根據施工現場組裝場地的總體規劃、施工進度、相關技術資料等條件，確定TBM組裝的總體相關流程，編制組裝、調試方案；施工所用設備、工具和物資材料提前準備齊全,分類保管，做好記錄；嚴格按照制造商提供的圖紙、技術要求進行組裝，保證安裝質量；工班長宏觀掌握組裝程序，全面協調整體組裝工作，對發生的問題要及時處理。

4 TBM掘進施工的質量控制

TBM隧道施工質量控制包括開挖、支護、灌漿等工序，且前一工序直接影響后一工序，因此要對各工序進行有效控制，保證隧道的施工質量。

4.1 對不良地質段圍巖情況的判斷

在不良地質段圍巖中，隧洞圍巖自穩能力差，施工時容易發生圍巖失穩現象，因此要提前做好地質勘察工作。結合地質資料以及掘進參數和出渣情況，可初步判斷前方地質是否有變化；還可以配置相應的超前地質預報設備。超前地質預報主要采用洞內地質編錄，物探超前地質預報、超前地質勘探相結合的綜合地質超前預報的方法，預報地質狀況。要通過地質預報做好不良地質洞段的施工方案和施工準備工作，并根據預測結果及時調整TBM掘進參數和支護方案。

4.2 施工測量質量控制

TBM上配備自動導向系統指導TBM掘進，測量人員只需將測量數據準確的輸入導向系統內，根據已有的的測量控制點或臨時水準點，對開挖一段距離的洞長進行測量，然后將測量數據輸入到導向系統內，定期對導向系統進行檢查復核并按要求保養維護，并且在施工中嚴格貫徹多級測量復核制度，從而確保隧洞貫通精度。

4.3 隧道開挖過程質量控制

4.3.1 TBM操作控制

TBM操作控制室是完成掘進作業的控制中心，操作控制室內設置有各種操作按鈕和顯示儀表、PLC控制系統、數據采集顯示和記錄系統、PPS激光導向監控系統、主要作業區的視頻監視系統、瓦斯顯示報警系統。

TBM開挖方向主要由導向系統控制，通過PPS激光導向系統對隧洞軸線進行跟蹤控制，從三維空間來自動確定TBM的確切方位和掘進方向。同時，也給司機提供了關于機器偏離設計中線的所有信息。操作人員根據導向系統數據和指導調向措施及時調整掘進方向。

PLC系統提供故障顯示信息以供機械和電氣維修者以最短的時間處理故障。PLC控制系統能控制刀盤的旋轉和推進、撐靴的支撐和換步、掘進方向的監控、皮帶機的運轉出渣以及其他輔助設備的運轉；能完成TBM掘進數據的自動采集和記錄，以及設備安全的自動保護。

4.3.2 掘進質量控制

1）TBM開挖需要操作人員具有超高技術水平，熟練掌握TBM換步調向技術，對調向工作以超前預判、提前實施調向的原則進行,嚴格控制掘進參數。2）在TBM掘進過程中，隨時檢查、監視和控制TBM姿態和方向，并做好掘進記錄。將隧洞洞軸線的水平和豎向的誤差控制在±60mm和±40mm之內。3）加強TBM開挖刀具的檢修和維護，減少刀具異常磨損，保證開挖洞徑。4）當遇到不利地質時，操作手要及時調整掘進速度、刀盤轉速和刀體推力，控制開挖偏差。5）日常維護中，要注意檢查計算機主控制系統，一旦發生故障，掘進就會發生偏斜。

5 TBM掘進施工中支護的質量控制

TBM在施工中遇到不良地質時，要進行初期支護，它是解決TBM隧道施工穩定和安全的重要措施。TBM初期支護主要包括錨桿、鋼筋網、鋼拱架、混凝土噴射。

5.1 TBM初期支護質量控制要點

5.1.1 噴射混凝土流程

施工準備→受噴面處理→埋設噴層厚度標釘→機具到位→接通風水電、試機→初噴混凝土作業→復噴混凝土作業→質量檢查。

速凝劑等添加劑的原材料經檢驗合格后才能使用；在噴射前對噴射面進行檢查，并做好以下準備工作：清除開挖面的浮石；采用高壓風清掃巖面；埋設控制噴射混凝土厚度的標志；作業區應具有良好的通風和充足的照明設施；涌水時，在涌水處埋設導管排水；噴射混凝土作業應分段分片依次進行，噴射順序自下而上；網噴混凝土施工按施工圖紙要求布設鋼筋網，鋼筋網的間距、鋼筋直徑、保護層厚度均應滿足設計要求；噴射混凝土終凝2h后，應噴水養護。

5.1.2 錨桿支護工藝流程

①采用TBM自身鉆機鉆孔，鉆孔深度比錨桿桿體有效長度大50-100mm，錨桿孔開挖前做好量測工作，按設計要求布孔并做標記；②錨桿孔的孔軸方向滿足圖紙要求；鉆孔完畢后，用鉆機壓力水將孔道清洗干凈，驗收合格后臨時封堵孔口；③操作人員根據圖紙要求添加水泥卷式錨固劑，填裝飽滿；④用人工配合鉆機大臂進行錨桿的安裝，桿體安裝完畢，安裝墊板和螺母。

質量控制：錨桿及砂漿等原材料經檢驗合格后才能使用；錨桿直徑、長度、材質和錨孔的孔深、孔斜、孔徑、間距均嚴格按設計要求控制；在錨桿存放、運輸和安裝過程中，應防止明顯的彎曲、扭轉，應保持桿體和各部件的完好，不得破壞桿體及其他附件。

5．1．3 鋼筋網規格為 200×200mm 和 150×150mm 兩種， 鋼筋直徑8mm，根據不同的地質選擇使用

鋼筋網使用前必須清除銹蝕。鋼筋網在施作鋼拱架、錨桿的同時鋪設，與鋼拱架、錨桿焊接牢固，在噴射砼時鋼筋網不得晃動。

鋼筋網的安裝在錨桿施工前進行，首先在鋼筋網安裝器上布置鋼筋網片，并用細鋼絲綁扎連接固定。對于部分錨桿間距過大或無錨桿區段采用手持沖擊鉆打孔，8mm鋼筋鉚釘錨固。

5．1．4 鋼拱架支撐安裝

①鋼架支撐安裝前徹底清潔，以免影響與圍巖間的相互密貼；②鋼架支撐間距及其橫向位置和高程允許誤差為正負5cm，垂直度為正負2°；③鋼架支撐拼裝可在作業面進行，各節鋼架支撐間以連接板螺栓連接并密貼；④鋼架支撐盡量密貼圍巖并與錨桿焊接牢固，每榀鋼架支撐至少與5根鎖定錨桿相連接；⑤鋼架支撐盡量減少接頭個數，接頭位置不許出現在拱頂與拱肩處；⑥鋼架支撐與噴混凝土形成一體，鋼架支撐與圍巖間隙用混凝土填實。

質量控制：安裝前應檢查鋼支撐制作的質量是否滿足設計要求；每榀鋼支撐通過縱向連接件連接成整體，并與錨桿頭焊接，安裝完畢后立即噴射混凝土將其覆蓋，覆蓋后方可進行下一工序；施工中鋼拱架采用TBM隨機配置的拼裝機拼裝，鋼拱架在拼裝機內預組裝，采用環形定位裝置將其固定，鋼拱架的安裝間距需按照TBM撐靴寬度及撐靴距離確定，避免鋼拱架安裝在撐靴支撐部位；鋼支撐在架設過程中，要通過精細測量布設高程和拱腳點，保證架設鋼支撐平面與隧洞中線垂直，使其發揮其最大支承能力。

5．2 McNally 系統

Mcnally系統是種較強的支護形式，由固定在護盾頂部并依次相連焊接的L型耐磨型鋼組成，型鋼與護盾間形成的空腔是放鋼筋的儲存腔。該系統通過鋼拱架、局部拱架、錨桿、鋼筋的結合使用，緊貼洞壁圍巖形成弧形鋼結構。該結構既穩定圍巖，又能將碎巖阻擋在密布的鋼筋后，防止大量石渣塌落形成空腔，減少支護和清渣工作量，減小圍巖破碎對TBM掘進速度的影響。

施工前先將加工好的鋼筋排插入鋼筋存儲倉內，每個倉內一組。第一榀拱架安裝時將鋼筋排端部壓在拱架與巖石之間，隨著TBM的掘進，鋼筋排同步抽出，以后每榀鋼拱架將鋼筋壓在拱架與巖面之間，直到存儲倉內的鋼筋排用完在裝入。

6 灌漿的質量控制

6．1 材料及制漿供漿質量控制

灌漿材料在使用前進行檢驗；加強材料運輸與儲存的保護；灌漿材料存儲量要滿足高峰期灌漿需求，并考慮富余的儲存量。加強原材料質量檢驗，嚴格控制漿液配合比和制漿工藝；減少輸漿距離；加大集中制漿站的設計制漿能力，做好輸漿管路防堵措施，確保漿液的連續供應。

6．2 鉆灌過程質量控制

1）鉆孔質量控制：加強預埋管的質量控制，投入穩定性較高鉆機，嚴格執行設計孔位和開孔角度，根據不同的地層情況采用合適的鉆進技術參數鉆進。

2）灌漿質量控制：確定最佳的鉆孔沖洗方法，嚴格執行技術條款，盡快升壓并達到設計壓力要求；嚴格按設計給定的灌漿參數、漿液比級和變漿原則控制灌漿過程，確保灌漿質量。

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；灌漿時一次支護封閉混凝土層背后均勻受力，且應填充密實，若填充不實要及時補灌；灌漿時若發現有漏漿現象，要及時封堵來保證壁后填滿。灌漿過程中要對隧洞的開挖內徑及隧道中線進行跟蹤測量；灌漿的泵送壓力要根據注漿距離及注漿孔位置變化而調整。

7 結語

TBM施工工藝具有高度自動化、高施工效率的特點，根據質量控制隨時進行現場調控，避免出現質量超標現象。在隧道施工過程中只有加強施工各個環節的質量控制，提高施工隊伍的專業施工水平，才能保證隧道施工質量更上一新臺階。

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［2］朱玉江．極強巖爆條件下開敞式TBM施工措施探討與應用[J]．國防交通工程與技術，2012．

［3］劉凱，郭英俊，張福英．TBM全斷面隧道掘進機在隧道施工重工的質量控制[J]．煤炭工程，2004．