TBM隧道施工的質(zhì)量控制研究

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．