浅谈TBM施工的质量控制

吕海明

1 概述

目前在国内外用TBM施工方法进行隧道的掘进已成为一种比较成熟的施工方法,今后应用前景在我国将十分广阔。在这个国内亟待开拓的大市场前提下,中国铁路第十九局突破传统观念在云南省德宏州盈江县那邦水电站小断面长引水隧洞的施工中,采用TBM施工。通过在TBM施工过程中的不断摸索,经验从无到有。由于我局那邦水电站工程项目部勇于面对各式各样的困难,开拓创新,不断探索,在实际的施工过程中逐步掌握了TBM施工经验,并形成自己的一套有特点的施工方法。考虑到隧道施工单位今后在TBM施工过程中不可避免的也会遇到种种质量问题,对此在引水隧洞的TBM隧道施工过程中的施工质量控制方法和体会予以简单总结阐述,以期在今后TBM施工中与同行共同交流学习。

2 TBM施工质量控制原则

1)以有关的施工及验收规范、工程质量检验评测标准等为依据,为全面实现那邦水电站引水隧洞工程项目合同约定的质量目标,并确定了5个管理点;2)在工程项目施工中全过程实施质量控制,以质量预控为重点,并作为第一管理点;3)对工程项目的人、机、料、法、环等因素进行全面的质量控制,严格执行我局已健全的质量保证体系,并作为第二管理点;4)严格执行进场材料试验制度和设备检验制度,并作为第三管理点;5)严禁不合格的建筑材料、构配件和设备在工程上使用,并作为第四管理点;6)坚持本工序质量不合格或未进行验收,不得进行下一道工序施工,并作为第五管理点。

3 TBM掘进前准备期的质量控制

3.1 设备、器件进入施工场地的验收

设备、器件进入施工场地,由现场负责的质检人员、监理现场验收,验收内容包括有完好程度、有无损坏、是否与所需型号相符,以上内容如有一项不合格,则禁止下车并不予接收。

3.2 设备的现场组装

设备的现场组装是最重要的环节,在这个过程中除了保证各部件按图纸正确组装外,还需与厂家的现场工程师进行全面的沟通,在现场工程师和技术专家的指导下进行认真的安装。

3.3 TBM步进至工作面

1)TBM组装经验收合格后,方可步进移动进入掘进工作面;2)因TBM结构的特殊性,步进时施工单位应使用预先设计好的专门台车工具,不得随意移动;3)洞内步进时应保持TBM平稳,不可倾斜,稳步前行。

4 TBM行进时对前方围岩地质判断和已揭露地质缺陷的处理

首先与工程设计方的地质工程师进行全面的沟通,了解工作面前方的工程地质条件,认真研究有关的地质报告。并对工作面已揭露地质缺陷进行相应的工程处理,对隧洞工作面进行一段必要的混凝土衬砌,为TBM形成一个平整稳定安全的工作平台。

事前收集调研其他工程有关TBM在隧洞施工中受地质条件制约的有关地质资料。

充分考虑实际施工过程中影响掘进效率的主要地质条件、制约因素及遇到不良地质条件时需采取的应急处理措施。

5 TBM掘进的质量控制

5.1 平面、高程控制

1)编写有关TBM施工的测量方案,并报监理工程师审核;2)做好施工平面,高程控制网,并定期进行控制点复核;3)对每一个工作环节进行TBM姿态测量,并完成TBM姿态报表指导施工。

5.2 围岩变形控制

1)编写监测方案,并报监理工程师审核;2)按照监测方案合理布设监测点位,每天进行一次跟踪测量(特殊情况,可加频测量次数),并形成监测日报表指导施工;3)围岩控制变形量须在+10 mm～-30 mm之间。

5.3 掘进中的推力控制

1)推力控制是指掘进时的地层反压力、刀盘前围岩压力等的控制,工作压力一般由TBM前方围岩地质条件及水文地质状况和岩体的硬度等决定,需通过50 m～100 m的试掘进,才能总结相应经验;2)TBM的操作主司机应严格控制监测压力变化,保持压力平衡及前方围岩的稳定,以免发生掘进中的坍塌引起围岩变形。

5.4 掘进方向控制

1)根据TBM上的VMP自动导向系统显示的数据,对掘进方向进行控制,使偏离中线的误差不超过±50 mm;2)在掘进方向超出规定误差时,需采用勤调、慢调的方式进行合理调整,不得硬调,且定期对掘进方向进行人工复测;3)加强掘进过程中的测量控制,不断调整TBM姿态,确保TBM 沿设计的轴线掘进,不发生偏移。

5.5 围岩变形控制

1)TBM掘进时,监测人员要密切观察已通过的围岩曾经发生过变形的洞段,严格控制隆起塌陷量不能超过设计要求;2)严控围岩变形监测,并做好相关监测报表,及时反馈给设计和监理相关部门,以便更好调整掘进参数;3)当围岩变形较大时,应立即上报并暂时停止掘进,要在分析和确定原因后,方可进行下一步掘进施工,以确保TBM和施工人员的安全。

6 TBM掘进施工中进行一次支护的质量控制

6.1 围岩一次支护的材料准备及洞内运输

1)在物资堆放场地提前验收合格的一次支护的材料,经验收合格后才可装车进入TBM工作面;2)因一次支护材料的特殊性,运输时使用专门的运载工具,不得随意装车;3)洞内运输至工作面时应将一次支护材料放置平稳归类,不可挤压或与其他材料混装堆放。

6.2 对围岩一次支护的顺序

1)为保证支护时的施工人员安全,对不稳定围岩一次支护应按有关的支护顺序,在停止掘进后快速进行,各工序要有条不紊。一般采用:清除危岩→喷混凝土挂网片封闭→预制钢支撑抵进→锚杆锁固的工作顺序;2)对预制钢支撑的拼装顺序,一般是从上部开始,从左到右而后依次向下进行;3)TBM支护机械手的操作司机要按上述顺序回收相应位置的机械手,不可出错,预制钢支撑的拼装完成后立即伸出相对位置的机械手安装到位。

6.3 围岩一次支护后的质量控制

1)一次支护预制钢支撑拼装前应彻底清洁,各接触面不应有杂物,以免影响与围岩间的相互密贴;2)拼装后的预制钢支撑应与上一环钢支撑连接安装,需正对上一环的接缝;3)拼装过程中若有预制钢支撑损坏,应立即更换;4)预制钢支撑拼装时,环与环之间不能出现明显错台;5)预制钢支撑连接时嵌缝需结合良好,必要时进行特殊处理;6)预制钢支撑连接螺栓必须对正,并且拧紧;7)现场需目测预制钢支撑安装精度,安装尺寸或间隔应符合设计要求,并根据掘进方向的偏差进行适当调整,保证隧道中线准确;8)填写《一次支护安装记录表》;9)一次支护完成后需由监理工程师和项目部质检人员检收。

6.4 钢支撑拼装精度控制

1)严格按设计要求安装预制钢支撑;2)预制钢支撑安装后必须进行精测,应使各项指标满足表1要求;3)测量数据及时反馈,以更好进行下一榀预制钢支撑安装调整,确保安装质量。

7 进行一次支护后回填灌浆的质量控制

1)灌浆过程质量控制。a.为保证一次支护在岩体压力下的最小变形,灌浆一般与TBM掘进基本同步进行,若受掘进条件限制也不能过于滞后;b.灌浆设备出浆时要经网筛过滤,拌浆液须经检测符合要求后方能送至作业面使用,日常需对浆液的稠度进行检验,定期要对和易性、均匀性、含粒状杂物的最大粒径、凝聚时间、强度、收缩率等进行检测,以取得第一手检验资料;c.浆液制作设备每5个循环需做一组浆液试块;d.灌浆一般选择从隧道顶拱部位、左右两侧及下部的顺序对称进行,以减少对一次支护封闭混凝土层的侧压力;e.灌浆时的一次支护封闭混凝土层背后应均匀受力,且应填充密实,并经常检查,若填充不实,及时进行补灌;f.灌浆时的压力控制和注浆量控制不可单一选用,可根据不同的围岩地质情况进行适当调整;g.灌浆时若发现有漏浆现象,及时封堵,确保壁后填满。

表1 钢支撑拼装精度要求

2)灌浆时的量测控制。a.灌浆过程中应对隧洞的开挖内径及隧道中线进行跟踪量测,且应符合表2要求;b.灌浆时应对围岩变形测点进行详细记录,包括掘进时围岩变形的影响,围岩总变形量应控制在+10 mm～-30 mm之间。

表2 灌浆时的允许误差

3)灌浆压力控制。a.压力控制应以能填满壁后空隙为依据,但还应考虑洞内的地下水压力、山岩压力、已进行的一次支护承压等因素的影响;b.一般要求注浆口压力为0.2 MPa～0.4 MPa;c.灌浆的泵送压力应根据注浆距离及注浆孔位置的变化而调整。

4)灌浆量的控制。a.一般在稳定性稍好而渗透性较大的围岩段多采用注浆量控制,注浆数量取围岩与一次支护封闭混凝土层间隙的100%～150%为计算量;b.在回填灌浆作业时,应做好灌浆施工记录。

5)一次支护完成后掘进方向的控制。在严格控制灌浆压力及灌浆数量的前提下,对隧道的中线每10 m测量一次,若掘进偏差超过设计要求时,应提前做好调整控制,必须将隧道的方向控制在设计要求范围内。

8 结语

TBM施工是自动化程度较高、工序衔接紧密的工厂化作业施工模式。施工中应该严格关注每一个细微环节,严格控制施工质量,建立、健全质量控制网络,并付诸行动,杜绝安全质量事故发生。