运用QC方法降低盾构施工的地表沉降

赵雪峰，刘广仁，常喜平

（中国石油天然气管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

运用QC方法降低盾构施工的地表沉降

赵雪峰，刘广仁，常喜平

（中国石油天然气管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

介绍了如何应用QC方法降低西气东输二线长江盾构工程中盾构施工的地表沉降问题，通过现场调查，制作了因果分析图和要因确认表，从中得出盾构施工地表沉降的要因，同时采取针对性改进措施，收到了良好的效果。

盾构；QC方法；质量控制

九江长江盾构工程是国家油气能源战略通道——西气东输二线东段最大的重点控制性工程，采用泥水加压平衡式盾构机施工，隧道水平长度为2 590 m，其中1 800 m为粉细砂、粉土等软土地层，盾构机将在此软土地层中穿越长江武穴段黄广防洪大堤。

1 选择QC活动课题

1.1 问题的提出

九江长江盾构工程在穿越长江黄广大堤和进洞段施工时，盾构机的最小覆土层厚度仅为8 m，是目前国内小型盾构机穿越最薄的覆土层厚度，且该段穿越地层主要为松散的粉土、粉砂层，沉降过大将会影响大堤安全。本工程QC小组对国内盾构施工的事故进行调查，发现很多事故都是在穿越软土地层时产生地表沉降引发的，见表1。

表1 国内盾构施工地表沉降引起的部分事故分析

1.2 现况调查

2009年8月盾构掘进至黄广大堤前的河漫滩时，QC小组根据相关规范，在隧道轴线方向布设15排沉降测量点，间距为6～10 m，并以轴线点为中心每排布设5个沉降测量点，间距为8 m。测量点的控制桩距离轴线位置200 m以上，不受地面沉降影响。测量值都比较稳定并且均经过平差计算。对盾构掘进上方的地表沉降值进行统计，发现地表沉降最大值均发生在轴线正上方，如图1所示。

QC小组对河漫滩段不同掘进里程的地表沉降量进行统计 （见表2），发现河漫滩的沉降平均值为+25 mm，最大值为+27 mm，已经接近最大允许值+30 mm。

表2 黄广大堤前河漫滩段地表沉降量统计

黄广大堤一旦发生大沉降，将直接影响境外气源往国内的输送，造成巨大的经济损失，甚至会威胁到武穴市人民的安全。为确保盾构安全穿越大堤并顺利贯通，QC小组将 “降低盾构施工的地表沉降”作为QC活动的课题。

2 确定目标

根据GB 50308-1999《地下铁路工程测量规范》相关规定：隧道在软弱地层掘进时不能使地面或构筑物产生裂缝，地表沉降必须控制在30 mm以内。

由于穿越的大堤为国家二级堤防，为确保安全将安全系数定为1.5，将最大沉降控制在20mm以内。

3 原因分析

QC小组成员针对盾构施工地表沉降过大的问题运用头脑风暴法，从人、机、料、法、环五个方面对造成这一结果的各种原因进行了反复讨论，经汇总分类，绘制了因果分析图 （见图2）。

4 要因确认

QC小组成员根据因果分析图，采取现场调查、验证和比较分析等方法，对引起地表沉降过大的各末端因素进行了逐个确认，并编制了要因确认表 （见表3）。

表3 要因确认表

通过确认，找到了4条主要原因，即掘进模式不当、超挖、泥浆配比不当和背填注浆压力不当。

5 制订对策

针对造成盾构施工地表沉降过大的要因，QC小组成员经过反复讨论，根据 “5W1H” （what，where，when，who，why，how）原则制订了对策实施表 （见表4）。

6 对策实施

6.1 计算确定泥水压力

盾构机采用泥水加压平衡作业模式时，泥水舱的压力不再依据行业经验值确定，而是在每个掘进里程点通过计算确定泥水压力的范围并制成表格 （见表5），张贴在盾构掘进操作台，方便盾构司机时刻按照计算值控制泥水压力，做到既不使地层产生劈裂，同时保证开挖面的稳定。此对策实施后，盾构掘进开挖面稳定，且盾构施工上方未再出现气泡，地表沉降量约减少3 mm。

6.2 控制出渣量

根据盾构机刀盘的截面积，可以计算出单环（长1.2 m）出渣量的理论体积为13.6 m3，考虑1.1的土松散系数，出渣量应在15 m3左右。通过快速掘进与控制泥浆环流时间来控制出渣量，将掘进速度控制在60 mm/min左右，环流时间控制在20 min左右。对策实施后，小组人员对出渣量进行了统计，结果见图3，可以看出，出渣量控制情况较好，在13.5～15 m3，符合要求。此对策实施后，地表沉降量约减少4 mm。

表4 对策表

表5 掘进里程对应的泥水控制压力

6.3 调整泥浆配比

针对九江盾构工程的地质条件，QC小组成员为使泥浆的密度、黏度、滤失性等参数符合要求，进行了多次试验，见表6。

表6 砂浆试验配比

通过对比，最终选择配比见表7。

表7 应用泥浆配比/%

现场安排质检人员时刻检测泥浆的性能，并根据现场实际需要调整泥浆参数来保证开挖面稳定，防止土体坍塌。实施效果：泥浆黏度为37 s，密度为1.17 g/cm3，均符合施工要求，此对策实施后，地表沉降约减少3 mm。

6.4 控制背填注浆压力

本工程采用单液浆进行同步注浆，管片单环理论注浆量为1.8 m3/环，而实际注浆量控制在理论值的130%～180%，本工程注浆量为3 m3/环。在控制注浆量的同时，将背填注浆压力控制在高于地层水土压力50 kPa以下，管片背填注浆如图4所示。实施效果：刀盘中不再有泥饼行程；泥浆经泥水设备处理后黏度均在30 s以下 （清水黏度为26 s）。此对策实施后，盾构机二号主机前后相对差值降低约2 mm。

7 效果检查

2009年9月至11月，QC小组对300个沉降观测桩进行观测，见表8，未发现超标对象。

表8 观测桩沉降统计

活动前地表沉降最大值为27 mm，目标值是20 mm，活动后最大沉降值为15mm，沉降值未超过预期目标。经检测，盾构穿越未对大堤造成影响。在工程结束后，QC小组依然保持对沉降的观测。

8 成果巩固

根据本次活动取得的成果，重新修订了 《盾构施工地表沉降观测方案》，并将其进一步运用到工程施工中。为了保证此次活动的成果得到有效应用，配置好各方面资源，使其能够达到预期的目标，项目部制订了严格的管理制度，并将此列入修订的 《施工技术方案》中加以推广。

[1]中国质量管理协会.QC小组基础教材[M].北京：中国社会科学出版社，2008.

[2]中国质量协会.质量管理小组基础知识[M].北京：中国计量出版社，2011.

[3]戴良军，张晓震.运用QC小组活动提升发电厂房主机间排架柱混凝土施工外观质量[J].水利科技与经济，2010，（6）：689-691.

[4]胡登辉，耿云鹏.盾构机以D模式推进工艺穿越安庆长江大堤[J].石油工程建设，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

赵雪峰 （1982-），男，黑龙江依安人，2008年毕业于大连理工大学结构工程专业，硕士，现从事盾构穿越技术管理工作。

2011-05-23