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      TBM隧道施工的質(zhì)量控制研究

      2014-08-15 00:54:11中鐵十八局集團(tuán)有限公司隧道工程公司中國(guó)重慶400707
      科技視界 2014年33期
      關(guān)鍵詞:鋼架灌漿錨桿

      李 翠(中鐵十八局集團(tuán)有限公司隧道工程公司,中國(guó)重慶400707)

      TBM是目前國(guó)際上最先進(jìn)的隧道大型施工設(shè)備。TBM掘進(jìn)施工使隧道開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌等工序平行作業(yè),實(shí)現(xiàn)一次成洞,圍巖擾動(dòng)小,開(kāi)挖面平整圓順,超欠挖少,給TBM施工的質(zhì)量控制帶來(lái)了很大的難度。在隧道施工中,往往不表現(xiàn)在技術(shù)或規(guī)模上,而在質(zhì)量控制方面。

      1 TBM施工質(zhì)量控制的重要性

      質(zhì)量控制是為了達(dá)到質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng)。TBM質(zhì)量控制分為T(mén)BM掘進(jìn)前的質(zhì)量控制和TBM掘進(jìn)中的質(zhì)量控制。提高質(zhì)量本身就意味著提高項(xiàng)目的效能。

      質(zhì)量達(dá)不到要求,意味著技術(shù)性能的降低,甚至失效和報(bào)廢;發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題,對(duì)其處理需要再投入資金,會(huì)增加成本;出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題造成的反復(fù),必須延緩進(jìn)度。

      2 TBM施工質(zhì)量控制措施

      制定完善的工程質(zhì)量管理制度,提高全員質(zhì)量意識(shí),從保證質(zhì)量的組織措施、管理措施、控制措施及技術(shù)措施等方面,優(yōu)化人、機(jī)、料、法、環(huán)各環(huán)節(jié)因素;建立嚴(yán)密的組織體系;發(fā)現(xiàn)違反施工程序,不按設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范、規(guī)程施工,使用不符合質(zhì)量要求的原材料和成品,各級(jí)質(zhì)檢人員有權(quán)制止;配備具有扎實(shí)理論知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)的管理人員和技術(shù)人員,保證科學(xué)先進(jìn)的施工技術(shù)和措施的落實(shí)。加強(qiáng)施工過(guò)程檢查,加強(qiáng)質(zhì)量教育及技術(shù)培訓(xùn),嚴(yán)格技術(shù)管理。

      3 TBM掘進(jìn)前的質(zhì)量控制

      3.1 TBM組裝前的準(zhǔn)備

      承包人先確定TBM設(shè)備的選型,其后派遣監(jiān)造人員到生產(chǎn)車(chē)間對(duì)設(shè)備的選材、選型、監(jiān)造和試驗(yàn)等制造過(guò)程和質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)造;承包方在TBM設(shè)備到場(chǎng)后積極聯(lián)合發(fā)包人和監(jiān)理人進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)收工作,若有一項(xiàng)不合格則禁止驗(yàn)收。

      3.2 TBM現(xiàn)場(chǎng)組裝的質(zhì)量控制

      根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)組裝場(chǎng)地的總體規(guī)劃、施工進(jìn)度、相關(guān)技術(shù)資料等條件,確定TBM組裝的總體相關(guān)流程,編制組裝、調(diào)試方案;施工所用設(shè)備、工具和物資材料提前準(zhǔn)備齊全,分類(lèi)保管,做好記錄;嚴(yán)格按照制造商提供的圖紙、技術(shù)要求進(jìn)行組裝,保證安裝質(zhì)量;工班長(zhǎng)宏觀掌握組裝程序,全面協(xié)調(diào)整體組裝工作,對(duì)發(fā)生的問(wèn)題要及時(shí)處理。

      4 TBM掘進(jìn)施工的質(zhì)量控制

      TBM隧道施工質(zhì)量控制包括開(kāi)挖、支護(hù)、灌漿等工序,且前一工序直接影響后一工序,因此要對(duì)各工序進(jìn)行有效控制,保證隧道的施工質(zhì)量。

      4.1 對(duì)不良地質(zhì)段圍巖情況的判斷

      在不良地質(zhì)段圍巖中,隧洞圍巖自穩(wěn)能力差,施工時(shí)容易發(fā)生圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象,因此要提前做好地質(zhì)勘察工作。結(jié)合地質(zhì)資料以及掘進(jìn)參數(shù)和出渣情況,可初步判斷前方地質(zhì)是否有變化;還可以配置相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用洞內(nèi)地質(zhì)編錄,物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前地質(zhì)勘探相結(jié)合的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法,預(yù)報(bào)地質(zhì)狀況。要通過(guò)地質(zhì)預(yù)報(bào)做好不良地質(zhì)洞段的施工方案和施工準(zhǔn)備工作,并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整TBM掘進(jìn)參數(shù)和支護(hù)方案。

      4.2 施工測(cè)量質(zhì)量控制

      TBM上配備自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)指導(dǎo)TBM掘進(jìn),測(cè)量人員只需將測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的輸入導(dǎo)向系統(tǒng)內(nèi),根據(jù)已有的的測(cè)量控制點(diǎn)或臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn),對(duì)開(kāi)挖一段距離的洞長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量,然后將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入到導(dǎo)向系統(tǒng)內(nèi),定期對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行檢查復(fù)核并按要求保養(yǎng)維護(hù),并且在施工中嚴(yán)格貫徹多級(jí)測(cè)量復(fù)核制度,從而確保隧洞貫通精度。

      4.3 隧道開(kāi)挖過(guò)程質(zhì)量控制

      4.3.1 TBM操作控制

      TBM操作控制室是完成掘進(jìn)作業(yè)的控制中心,操作控制室內(nèi)設(shè)置有各種操作按鈕和顯示儀表、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集顯示和記錄系統(tǒng)、PPS激光導(dǎo)向監(jiān)控系統(tǒng)、主要作業(yè)區(qū)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)、瓦斯顯示報(bào)警系統(tǒng)。

      TBM開(kāi)挖方向主要由導(dǎo)向系統(tǒng)控制,通過(guò)PPS激光導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)隧洞軸線(xiàn)進(jìn)行跟蹤控制,從三維空間來(lái)自動(dòng)確定TBM的確切方位和掘進(jìn)方向。同時(shí),也給司機(jī)提供了關(guān)于機(jī)器偏離設(shè)計(jì)中線(xiàn)的所有信息。操作人員根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)和指導(dǎo)調(diào)向措施及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)方向。

      PLC系統(tǒng)提供故障顯示信息以供機(jī)械和電氣維修者以最短的時(shí)間處理故障。PLC控制系統(tǒng)能控制刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)、撐靴的支撐和換步、掘進(jìn)方向的監(jiān)控、皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)出渣以及其他輔助設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn);能完成TBM掘進(jìn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和記錄,以及設(shè)備安全的自動(dòng)保護(hù)。

      4.3.2 掘進(jìn)質(zhì)量控制

      1)TBM開(kāi)挖需要操作人員具有超高技術(shù)水平,熟練掌握TBM換步調(diào)向技術(shù),對(duì)調(diào)向工作以超前預(yù)判、提前實(shí)施調(diào)向的原則進(jìn)行,嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)。2)在TBM掘進(jìn)過(guò)程中,隨時(shí)檢查、監(jiān)視和控制TBM姿態(tài)和方向,并做好掘進(jìn)記錄。將隧洞洞軸線(xiàn)的水平和豎向的誤差控制在±60mm和±40mm之內(nèi)。3)加強(qiáng)TBM開(kāi)挖刀具的檢修和維護(hù),減少刀具異常磨損,保證開(kāi)挖洞徑。4)當(dāng)遇到不利地質(zhì)時(shí),操作手要及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和刀體推力,控制開(kāi)挖偏差。5)日常維護(hù)中,要注意檢查計(jì)算機(jī)主控制系統(tǒng),一旦發(fā)生故障,掘進(jìn)就會(huì)發(fā)生偏斜。

      5 TBM掘進(jìn)施工中支護(hù)的質(zhì)量控制

      TBM在施工中遇到不良地質(zhì)時(shí),要進(jìn)行初期支護(hù),它是解決TBM隧道施工穩(wěn)定和安全的重要措施。TBM初期支護(hù)主要包括錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、混凝土噴射。

      5.1 TBM初期支護(hù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

      5.1.1 噴射混凝土流程

      施工準(zhǔn)備→受?chē)娒嫣幚怼裨O(shè)噴層厚度標(biāo)釘→機(jī)具到位→接通風(fēng)水電、試機(jī)→初噴混凝土作業(yè)→復(fù)噴混凝土作業(yè)→質(zhì)量檢查。

      速凝劑等添加劑的原材料經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能使用;在噴射前對(duì)噴射面進(jìn)行檢查,并做好以下準(zhǔn)備工作:清除開(kāi)挖面的浮石;采用高壓風(fēng)清掃巖面;埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志;作業(yè)區(qū)應(yīng)具有良好的通風(fēng)和充足的照明設(shè)施;涌水時(shí),在涌水處埋設(shè)導(dǎo)管排水;噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行,噴射順序自下而上;網(wǎng)噴混凝土施工按施工圖紙要求布設(shè)鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)的間距、鋼筋直徑、保護(hù)層厚度均應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;噴射混凝土終凝2h后,應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)。

      5.1.2 錨桿支護(hù)工藝流程

      ①采用TBM自身鉆機(jī)鉆孔,鉆孔深度比錨桿桿體有效長(zhǎng)度大50-100mm,錨桿孔開(kāi)挖前做好量測(cè)工作,按設(shè)計(jì)要求布孔并做標(biāo)記;②錨桿孔的孔軸方向滿(mǎn)足圖紙要求;鉆孔完畢后,用鉆機(jī)壓力水將孔道清洗干凈,驗(yàn)收合格后臨時(shí)封堵孔口;③操作人員根據(jù)圖紙要求添加水泥卷式錨固劑,填裝飽滿(mǎn);④用人工配合鉆機(jī)大臂進(jìn)行錨桿的安裝,桿體安裝完畢,安裝墊板和螺母。

      質(zhì)量控制:錨桿及砂漿等原材料經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能使用;錨桿直徑、長(zhǎng)度、材質(zhì)和錨孔的孔深、孔斜、孔徑、間距均嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制;在錨桿存放、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中,應(yīng)防止明顯的彎曲、扭轉(zhuǎn),應(yīng)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(wǎng)規(guī)格為 200×200mm 和 150×150mm 兩種, 鋼筋直徑8mm,根據(jù)不同的地質(zhì)選擇使用

      鋼筋網(wǎng)使用前必須清除銹蝕。鋼筋網(wǎng)在施作鋼拱架、錨桿的同時(shí)鋪設(shè),與鋼拱架、錨桿焊接牢固,在噴射砼時(shí)鋼筋網(wǎng)不得晃動(dòng)。

      鋼筋網(wǎng)的安裝在錨桿施工前進(jìn)行,首先在鋼筋網(wǎng)安裝器上布置鋼筋網(wǎng)片,并用細(xì)鋼絲綁扎連接固定。對(duì)于部分錨桿間距過(guò)大或無(wú)錨桿區(qū)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(fù)5cm,垂直度為正負(fù)2°;③鋼架支撐拼裝可在作業(yè)面進(jìn)行,各節(jié)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(gè)數(shù),接頭位置不許出現(xiàn)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(shí)。

      質(zhì)量控制:安裝前應(yīng)檢查鋼支撐制作的質(zhì)量是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;每榀鋼支撐通過(guò)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(jìn)行下一工序;施工中鋼拱架采用TBM隨機(jī)配置的拼裝機(jī)拼裝,鋼拱架在拼裝機(jī)內(nèi)預(yù)組裝,采用環(huán)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(shè)過(guò)程中,要通過(guò)精細(xì)測(cè)量布設(shè)高程和拱腳點(diǎn),保證架設(shè)鋼支撐平面與隧洞中線(xiàn)垂直,使其發(fā)揮其最大支承能力。

      5.2 McNally 系統(tǒng)

      Mcnally系統(tǒng)是種較強(qiáng)的支護(hù)形式,由固定在護(hù)盾頂部并依次相連焊接的L型耐磨型鋼組成,型鋼與護(hù)盾間形成的空腔是放鋼筋的儲(chǔ)存腔。該系統(tǒng)通過(guò)鋼拱架、局部拱架、錨桿、鋼筋的結(jié)合使用,緊貼洞壁圍巖形成弧形鋼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)既穩(wěn)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(hù)和清渣工作量,減小圍巖破碎對(duì)TBM掘進(jìn)速度的影響。

      施工前先將加工好的鋼筋排插入鋼筋存儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi),每個(gè)倉(cāng)內(nèi)一組。第一榀拱架安裝時(shí)將鋼筋排端部壓在拱架與巖石之間,隨著TBM的掘進(jìn),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(chǔ)倉(cāng)內(nèi)的鋼筋排用完在裝入。

      6 灌漿的質(zhì)量控制

      6.1 材料及制漿供漿質(zhì)量控制

      灌漿材料在使用前進(jìn)行檢驗(yàn);加強(qiáng)材料運(yùn)輸與儲(chǔ)存的保護(hù);灌漿材料存儲(chǔ)量要滿(mǎn)足高峰期灌漿需求,并考慮富余的儲(chǔ)存量。加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢驗(yàn),嚴(yán)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(shè)計(jì)制漿能力,做好輸漿管路防堵措施,確保漿液的連續(xù)供應(yīng)。

      6.2 鉆灌過(guò)程質(zhì)量控制

      1)鉆孔質(zhì)量控制:加強(qiáng)預(yù)埋管的質(zhì)量控制,投入穩(wěn)定性較高鉆機(jī),嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)孔位和開(kāi)孔角度,根據(jù)不同的地層情況采用合適的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)鉆進(jìn)。

      2)灌漿質(zhì)量控制:確定最佳的鉆孔沖洗方法,嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)條款,盡快升壓并達(dá)到設(shè)計(jì)壓力要求;嚴(yán)格按設(shè)計(jì)給定的灌漿參數(shù)、漿液比級(jí)和變漿原則控制灌漿過(guò)程,確保灌漿質(zhì)量。

      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(chēng)進(jìn)行,以減少對(duì)一次支護(hù)封閉混凝土層的側(cè)壓力;灌漿時(shí)一次支護(hù)封閉混凝土層背后均勻受力,且應(yīng)填充密實(shí),若填充不實(shí)要及時(shí)補(bǔ)灌;灌漿時(shí)若發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象,要及時(shí)封堵來(lái)保證壁后填滿(mǎn)。灌漿過(guò)程中要對(duì)隧洞的開(kāi)挖內(nèi)徑及隧道中線(xiàn)進(jìn)行跟蹤測(cè)量;灌漿的泵送壓力要根據(jù)注漿距離及注漿孔位置變化而調(diào)整。

      7 結(jié)語(yǔ)

      TBM施工工藝具有高度自動(dòng)化、高施工效率的特點(diǎn),根據(jù)質(zhì)量控制隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控,避免出現(xiàn)質(zhì)量超標(biāo)現(xiàn)象。在隧道施工過(guò)程中只有加強(qiáng)施工各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制,提高施工隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)施工水平,才能保證隧道施工質(zhì)量更上一新臺(tái)階。

      [1]呂海明.淺談 TBM 施工的質(zhì)量控制[J].山西建筑,2010.

      [2]朱玉江.極強(qiáng)巖爆條件下開(kāi)敞式TBM施工措施探討與應(yīng)用[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2012.

      [3]劉凱,郭英俊,張福英.TBM全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在隧道施工重工的質(zhì)量控制[J].煤炭工程,2004.

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