運用QC方法降低盾構施工的地表沉降

趙雪峰，劉廣仁，常喜平

（中國石油天然氣管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

運用QC方法降低盾構施工的地表沉降

趙雪峰，劉廣仁，常喜平

（中國石油天然氣管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

介紹了如何應用QC方法降低西氣東輸二線長江盾構工程中盾構施工的地表沉降問題，通過現場調查，制作了因果分析圖和要因確認表，從中得出盾構施工地表沉降的要因，同時采取針對性改進措施，收到了良好的效果。

盾構；QC方法；質量控制

九江長江盾構工程是國家油氣能源戰略通道——西氣東輸二線東段最大的重點控制性工程，采用泥水加壓平衡式盾構機施工，隧道水平長度為2 590 m，其中1 800 m為粉細砂、粉土等軟土地層，盾構機將在此軟土地層中穿越長江武穴段黃廣防洪大堤。

1 選擇QC活動課題

1.1 問題的提出

九江長江盾構工程在穿越長江黃廣大堤和進洞段施工時，盾構機的最小覆土層厚度僅為8 m，是目前國內小型盾構機穿越最薄的覆土層厚度，且該段穿越地層主要為松散的粉土、粉砂層，沉降過大將會影響大堤安全。本工程QC小組對國內盾構施工的事故進行調查，發現很多事故都是在穿越軟土地層時產生地表沉降引發的，見表1。

表1 國內盾構施工地表沉降引起的部分事故分析

1.2 現況調查

2009年8月盾構掘進至黃廣大堤前的河漫灘時，QC小組根據相關規范，在隧道軸線方向布設15排沉降測量點，間距為6～10 m，并以軸線點為中心每排布設5個沉降測量點，間距為8 m。測量點的控制樁距離軸線位置200 m以上，不受地面沉降影響。測量值都比較穩定并且均經過平差計算。對盾構掘進上方的地表沉降值進行統計，發現地表沉降最大值均發生在軸線正上方，如圖1所示。

QC小組對河漫灘段不同掘進里程的地表沉降量進行統計 （見表2），發現河漫灘的沉降平均值為+25 mm，最大值為+27 mm，已經接近最大允許值+30 mm。

表2 黃廣大堤前河漫灘段地表沉降量統計

黃廣大堤一旦發生大沉降，將直接影響境外氣源往國內的輸送，造成巨大的經濟損失，甚至會威脅到武穴市人民的安全。為確保盾構安全穿越大堤并順利貫通，QC小組將 “降低盾構施工的地表沉降”作為QC活動的課題。

2 確定目標

根據GB 50308-1999《地下鐵路工程測量規范》相關規定：隧道在軟弱地層掘進時不能使地面或構筑物產生裂縫，地表沉降必須控制在30 mm以內。

由于穿越的大堤為國家二級堤防，為確保安全將安全系數定為1.5，將最大沉降控制在20mm以內。

3 原因分析

QC小組成員針對盾構施工地表沉降過大的問題運用頭腦風暴法，從人、機、料、法、環五個方面對造成這一結果的各種原因進行了反復討論，經匯總分類，繪制了因果分析圖 （見圖2）。

4 要因確認

QC小組成員根據因果分析圖，采取現場調查、驗證和比較分析等方法，對引起地表沉降過大的各末端因素進行了逐個確認，并編制了要因確認表 （見表3）。

表3 要因確認表

通過確認，找到了4條主要原因，即掘進模式不當、超挖、泥漿配比不當和背填注漿壓力不當。

5 制訂對策

針對造成盾構施工地表沉降過大的要因，QC小組成員經過反復討論，根據 “5W1H” （what，where，when，who，why，how）原則制訂了對策實施表 （見表4）。

6 對策實施

6.1 計算確定泥水壓力

盾構機采用泥水加壓平衡作業模式時，泥水艙的壓力不再依據行業經驗值確定，而是在每個掘進里程點通過計算確定泥水壓力的范圍并制成表格 （見表5），張貼在盾構掘進操作臺，方便盾構司機時刻按照計算值控制泥水壓力，做到既不使地層產生劈裂，同時保證開挖面的穩定。此對策實施后，盾構掘進開挖面穩定，且盾構施工上方未再出現氣泡，地表沉降量約減少3 mm。

6.2 控制出渣量

根據盾構機刀盤的截面積，可以計算出單環（長1.2 m）出渣量的理論體積為13.6 m3，考慮1.1的土松散系數，出渣量應在15 m3左右。通過快速掘進與控制泥漿環流時間來控制出渣量，將掘進速度控制在60 mm/min左右，環流時間控制在20 min左右。對策實施后，小組人員對出渣量進行了統計，結果見圖3，可以看出，出渣量控制情況較好，在13.5～15 m3，符合要求。此對策實施后，地表沉降量約減少4 mm。

表4 對策表

表5 掘進里程對應的泥水控制壓力

6.3 調整泥漿配比

針對九江盾構工程的地質條件，QC小組成員為使泥漿的密度、黏度、濾失性等參數符合要求，進行了多次試驗，見表6。

表6 砂漿試驗配比

通過對比，最終選擇配比見表7。

表7 應用泥漿配比/%

現場安排質檢人員時刻檢測泥漿的性能，并根據現場實際需要調整泥漿參數來保證開挖面穩定，防止土體坍塌。實施效果：泥漿黏度為37 s，密度為1.17 g/cm3，均符合施工要求，此對策實施后，地表沉降約減少3 mm。

6.4 控制背填注漿壓力

本工程采用單液漿進行同步注漿，管片單環理論注漿量為1.8 m3/環，而實際注漿量控制在理論值的130%～180%，本工程注漿量為3 m3/環。在控制注漿量的同時，將背填注漿壓力控制在高于地層水土壓力50 kPa以下，管片背填注漿如圖4所示。實施效果：刀盤中不再有泥餅行程；泥漿經泥水設備處理后黏度均在30 s以下 （清水黏度為26 s）。此對策實施后，盾構機二號主機前后相對差值降低約2 mm。

7 效果檢查

2009年9月至11月，QC小組對300個沉降觀測樁進行觀測，見表8，未發現超標對象。

表8 觀測樁沉降統計

活動前地表沉降最大值為27 mm，目標值是20 mm，活動后最大沉降值為15mm，沉降值未超過預期目標。經檢測，盾構穿越未對大堤造成影響。在工程結束后，QC小組依然保持對沉降的觀測。

8 成果鞏固

根據本次活動取得的成果，重新修訂了 《盾構施工地表沉降觀測方案》，并將其進一步運用到工程施工中。為了保證此次活動的成果得到有效應用，配置好各方面資源，使其能夠達到預期的目標，項目部制訂了嚴格的管理制度，并將此列入修訂的 《施工技術方案》中加以推廣。

[1]中國質量管理協會.QC小組基礎教材[M].北京：中國社會科學出版社，2008.

[2]中國質量協會.質量管理小組基礎知識[M].北京：中國計量出版社，2011.

[3]戴良軍，張曉震.運用QC小組活動提升發電廠房主機間排架柱混凝土施工外觀質量[J].水利科技與經濟，2010，（6）：689-691.

[4]胡登輝，耿云鵬.盾構機以D模式推進工藝穿越安慶長江大堤[J].石油工程建設，2010，（1）：25-28.

Using QC Method to Decrease Ground Surface Settlement in Shielding Construction

ZHAO Xue-feng（China Petroleum Pipeline No.4 Construction Co.， Langfang 065000，China），LIU Guang-ren，CHANG Xi-ping

It is introduced how to use QC method to decrease ground surface settlement in the shielding construction of the Second West to East Gas Pipeline.Through field investigation，the analytical figure of cause and effect and the essential factor determination list are made.With the help of them，the essential factors affecting ground surface settlement in shielding construction are determined，then the pertinent improvement measures are taken and good results are obtained.

shielding construction;QC method;quality control

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.014

趙雪峰 （1982-），男，黑龍江依安人，2008年畢業于大連理工大學結構工程專業，碩士，現從事盾構穿越技術管理工作。

2011-05-23