TBM施工质量管理及控制

沈希富

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概况

随着科学技术的发展和综合国力的增强，TBM在我国的使用越来越广泛。TBM施工具有快速、安全、高效的特点，尤其在埋深大、距离长的隧洞中应用越来越多。TBM施工是将开挖、衬砌、灌浆等各个工序同时进行施工，采用流水线作业，给TBM施工的质量控制带来很大难度和挑战。

影响TBM施工质量的因素主要有设备状态、地质条件和组织管理。只有具备良好的设备、准确判断围岩的地质情况、实施高效的组织管理才能保证TBM施工质量。

TBM施工主要分为3道工序，即开挖工序、衬砌工序（管片安装工序）、回填灌浆工序。下文从这3道工序现场施工的质量控制结合上述影响因素来探讨TBM施工质量的管理和质量控制。

2 质量控制

2.1 开挖工序

TBM开挖质量检查重点就是隧洞的方向，即洞轴线的水平偏差和垂直偏差。由于TBM施工是全断面整体开挖，刀盘及护盾根据隧洞尺寸设计制作，因此隧洞的成型控制基本可以不考虑，且开挖过程全部封闭，施工中无法进行隧洞的成型检查。

TBM开挖方向主要由掘进机的自动导向系统控制。自动导向系统一般根据洞轴线的水平偏差、垂直偏差、水平趋向、垂直趋向、滚动角5个参数来确保开挖方向的准确性。

TBM开挖质量好坏主要取决于自动导向系统的准确性和操作方法，因此测量人员要定期对导向系统进行检查复核并按要求保养维护，确保导向系统的准确性。

TBM开挖还受地质和设备状况的影响。如果遇到塌方严重等不良地质时，塌方碎块会将刀盘、护盾与围岩之间的缝隙填满，导致TBM无法调整方向，严重时会造成卡机；如果围岩过软，承载力小，或遇到软硬相间的地层都会导致机头下沉等方向偏离。因此做好地质预报，并做好通过不良地质洞段的施工方案和施工准备非常必要。

2.2 衬砌工序

TBM施工的衬砌工序就是管片安装工序，施工质量检查的重点是管片安装的接缝缝宽和错台，安装过程中产生的管片破损、裂缝等质量问题以及管片的勾缝质量等。

2.2.1 管片安装接缝缝宽、错台质量检查

检查方法：在检测接缝、错台时，尺子要贴紧或垂直管片，避免造成读数不准确；测量管片接缝、错台的位置根据现场情况，在安全的前提下确定测量位置，但必须待管片完全离开护盾时才能量测；注意观察管片在护盾内——离开护盾——喷豆砾石——灌浆过程中接缝、错台的情况，发现变化较大或出现异常变化要及时报告；随时掌握开挖情况和地质情况，如果开挖轴线出现较大偏差或地质情况出现变化时，要加强观测管片接缝、错台的变化情况，并详细记录。

2.2.2 勾缝质量检查

砂浆勾填检查：勾砂浆前，清理干净管片接缝内的石渣、粉尘等杂物；勾砂浆时，砂浆填入缝隙内，压紧填实；若接缝过大，止水条无法接触，根据要求加塞一道止水条，再用砂浆填实；砂浆勾填完毕，表面与管片保持一个平面，压模平滑；若管片错台小于2cm时，用勾缝砂浆将其磨平，注意不要坡度太大，大于2cm的错台要根据确认的修补方案进行修补。

勾缝砂浆检查：要严格按照配料单进行现场配制，不定时检查现场原材料的称量。原材料检查内容包括：砂子的含泥量、含杂物情况、外观颜色、粗细变化、含水量等，并检查水泥有无结块。发现上述条件明显不能满足要求时，要通知现场人员清退材料或通知试验室进行取样检查。

2.2.3 管片破损检查

要尽量减少管片的破损。破损率较大时要及时报告。若破损部位较小，深度小于保护层并无破坏止水条，可在勾缝时将其修补；破损部位较大，已经破坏保护层或破坏到止水条要用修补砂浆修补，修补前将修补部位清理干净；修补砂浆的质量检查参照上述勾缝砂浆的检查办法。

2.3 灌浆工序

目前，TBM回填灌浆施工大都采用喷灌豆砾石后再灌注水泥浆液的施工工艺，因此下文以豆砾石回填灌浆工艺为主探讨该工序的质量控制。

TBM回填灌浆质量标准是灌浆饱满密实，灌浆体的抗压强度满足设计要求。通常灌浆的密实度采用取芯观察和压水压浆试验检查，灌浆强度采用芯样的抗压强度检查。为使灌浆达到质量要求，施工过程中要重点检查以下几点：豆砾石、水泥等原材料质量，豆砾石喷灌情况，水泥浆配料、灌浆压力、灌注量及串浆距离等情况。

2.3.1 原材料及水泥浆液配料的质量检查

原材料质量是质量控制的关键，目前我国水利工程规范对原材料质量和浆液配比的检查制度，对于TBM施工回填灌浆仍然适用。

2.3.2 豆砾石喷射质量检查

豆砾石喷射质量主要检查豆砾石回填时间和回填的饱满程度。豆砾石一般在出后护盾后3~4环要及时回填。

2.3.3 灌注质量控制

水泥浆液灌注过程质量控制，除浆液配料外，重点控制灌浆压力、串浆距离。灌浆压力直接影响灌浆的密实度和灌浆体的抗压强度。在TBM施工初期要进行豆砾石回填灌浆试验，确定浆液水灰比、灌浆压力、串浆距离等主要参数。

3 常见质量缺陷及原因分析

TBM开挖工序常出现的质量问题是洞轴线超过允许偏差造成不合格，即机头偏离，主要来自地质原因。

管片安装工序常出现的质量问题是管片安装接缝错台超标，其原因有：豆砾石回填不及时、地质恶劣、管片安装不规范。管片破损的原因有：使用单护盾模式进行掘进，使机头向前推进的力全部作用到管片上，将管片挤压破损；安装管片时磕碰导致破损。

回填灌浆遇到的质量问题主要是在特殊地质洞段的灌浆问题。在外水洞段，由于外水的作用，容易将浆液稀释，使灌浆不密实，强度低；在塌方严重的地方由于塌落的岩块均位于顶管片或侧管片底部，将灌浆空间占满，使豆砾石和水泥浆无法灌注；遇到断层、溶洞等无法灌浆时要采取特殊灌浆处理。

4 展望及建议

如上所述，TBM施工工艺具有高度自动化、高施工效率的特点，因此采用常规施工的质量管理办法无法与TBM施工工艺相适应。为适应TBM特殊的施工工艺，质量管理必须采取特殊的办法，因此建议TBM施工质量管理采用“动态质量监控”。“动态质量监控”就是对连续的施工质量数据随时进行汇总统计分析，并对下一步的施工质量进行预测，根据质量预测随时进行现场调控，避免出现质量超标现象。在TBM施工中使用电脑自动采集数据进行质量分析，预测质量趋势，从而快速、准确、有效地进行质量控制。