專利名稱:敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工掘進(jìn)同時(shí)與二次襯砌工序協(xié)同跟進(jìn)銜 接的施工方法,尤其是敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法。
背景技術(shù):
當(dāng)隧道、洞長度過長時(shí),用常規(guī)鉆爆法進(jìn)行隧道施工將需要相當(dāng)長的工期, 隧道掘進(jìn)機(jī)法施工則更適合長隧道施工的需要。隧道掘進(jìn)機(jī)英文名稱是 Tunnel Boring Machine,簡稱TBM。
TBM的針對性很強(qiáng),不同的地質(zhì)條件需要 不同的掘進(jìn)機(jī),也就產(chǎn)生了不同的掘進(jìn)機(jī);有的適用于軟土,又稱為盾構(gòu)機(jī)-有的適用于巖石。巖石掘進(jìn)機(jī)可分為開敞式、單護(hù)盾式和雙護(hù)盾式,開敞式 對圍巖自穩(wěn)能力要求較高,護(hù)盾式適用范圍較廣。支護(hù)結(jié)構(gòu),有適 用噴錨的,有適用管片襯砌的以及其他支護(hù)結(jié)構(gòu)。目前,自美國羅賓 斯(Robbins)公司1952年開發(fā)制造出了現(xiàn)代意義上的第一臺(tái)軟巖TBM后, 1956年研制成功中硬巖TBM。從此,TBM進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。我國于1966 年由上海水工機(jī)械廠研制出直徑為3.4m的TBM,此后水電、冶金、機(jī)械及鐵 道等部門先后研制出直徑為2. 4m 6. 8m的TBM,開挖巖石強(qiáng)度50mPa 240mPa,最大掘進(jìn)速度可達(dá)70m/d 80m/d。
根據(jù)國外實(shí)踐證明當(dāng)隧道長度與直徑之比大于600時(shí),采用TBM進(jìn)行隧 道施工是經(jīng)濟(jì)的。TBM最大的優(yōu)點(diǎn)是快速。其一般速率為常規(guī)鉆爆法的3 10 倍。此外,采用TBM施工還有優(yōu)質(zhì)、安全、有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu) 點(diǎn)。由于TBM提高了掘進(jìn)速率,工期大為縮短,因此在整體上是經(jīng)濟(jì)的。近年來,國內(nèi)鐵道、水利、公路等基礎(chǔ)行業(yè)大規(guī)模的推行使用TBM法施 工。在巖石中開挖隧道的TBM,所面臨的基本問題是如何破巖,保持掘進(jìn)的高 效率和工程順利。TBM適用于山嶺隧道硬巖掘進(jìn),代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法,在相同 的條件下,其掘進(jìn)速度約為常規(guī)鉆爆法的4 10倍,具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、 經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)力保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。特別是高效快速可使工程提前 完工,提前創(chuàng)造價(jià)值,對我國的現(xiàn)代化建設(shè)有很重要的意義。
敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)硬巖TBM施工時(shí)掘進(jìn)后需要進(jìn)行對隧道壁進(jìn)行噴漿固 定表面,繼而需要對隧道內(nèi)壁圍巖進(jìn)行混凝土支護(hù)即二次襯砌。隧道內(nèi)部全 部襯以稱之為拱楔塊的鋼筋混凝土的弧形板塊,用以防備土石的可能下落并 確保含水段的防滲。
二次襯砌工程包括仰拱、側(cè)墻、中壁、路面板、上半拱及檢修通道5部 分,全部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。采用砼預(yù)制管片襯砌是TBM施工所具有的特點(diǎn)之 一。由于TBM自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),開挖時(shí)根據(jù)圍巖情況,管片必須部分或完全 承受TBM推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的軸向壓力,施工期間管片除承受自重、山巖壓力外, 還要承受灌漿和施工荷載。由于采用邊開挖邊襯砌的工藝流程,當(dāng)遇到構(gòu)造 發(fā)育比較破碎的巖層時(shí),采用該施工方法相對于鉆爆法、 一次支護(hù)而言,具 有較高的安全性。對于雙盾TBM是這樣工作的后盾通過緊固裝置,牢牢地固 定在洞壁上,而后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在推進(jìn)液壓缸的作用下,帶動(dòng)刀頭破巖,此時(shí)配 套輔助設(shè)備均停留在洞內(nèi),棄碴由周邊鏟斗不停地鏟起,通過漏斗和溜槽卸到 工作面的皮帶運(yùn)輸機(jī)上,出碴列車在皮帶機(jī)底部接碴。在后盾的安裝室,同時(shí) 進(jìn)行調(diào)運(yùn)和安裝混凝土管片,并在安裝好的管片背后和圍巖之間充填豆礫石 和灌槳。即雙盾TBM施工時(shí)可以同步在掘進(jìn)同步進(jìn)行襯砌。長隧洞采用TBM施工而成洞直徑不大時(shí),要十分重視洞內(nèi)輕軌車輛交通 安全,避免人員傷亡。雙護(hù)盾TBM的特點(diǎn)是開挖、襯砌一次完成,邊開挖、邊 襯砌?;炷令A(yù)制管片做成六邊形蜂窩狀。安裝程序是將預(yù)制管片由專門運(yùn) 輸車運(yùn)到距開挖工作面約40m處,再改由專門起吊裝卸設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)到距開挖工作 面約8m 10m的后護(hù)盾內(nèi),先裝底拱片,再裝邊拱片,最后裝頂拱片。由于形狀 為六邊形,所以每環(huán)的底片和兩側(cè)邊拱片相差半片寬度,邊片和頂片也相差半 片寬度。這就使得每環(huán)的環(huán)縫均不在同一斷面上,各片各環(huán)間形成相互約束。 對于長距離交通隧道,多采用敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī),由于在TBM掘進(jìn)施工 的同時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工二者的相互干擾、影響,特別是在交通運(yùn)輸及施工 組織問題上的相互干擾和影響,現(xiàn)有工藝只能在隧道掘進(jìn)完畢TBM拆除后, 對隧道圍巖進(jìn)行二次襯砌,常需要較長工期。因而存在工期緊、施工難度大、 自然條件惡劣、各種原材料運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)等種種不利因素。為了保證在不良 地質(zhì)中TBM快速、穩(wěn)定的掘進(jìn),必須進(jìn)行TBM掘進(jìn)與二次襯砌同步施工。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明發(fā)明目的在于提出一種在能確保與TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行二次襯砌施 工順利、快速、同步進(jìn)行,緩解工程工期壓力的掘進(jìn)與二次襯砌同步實(shí)施的 方法,即敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明發(fā)明目的的措施在于在TBM掘進(jìn)同時(shí),同步進(jìn)行隧道二次 襯砌,實(shí)施方法是TBM掘進(jìn)1000m左右時(shí),開始二次襯砌施工,二次襯砌 配套有各自的的防水板鋪設(shè)臺(tái)架和修補(bǔ)架;二襯混凝土澆筑預(yù)備供應(yīng)混泥土 的編組車。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于著力解決在TBM掘進(jìn)施工的同時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工二者的相互干擾、影響,特別是在交通運(yùn)輸及施工組織問題上的相互干擾和
影響,確保與TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行二次襯砌施工順利、快速、同步進(jìn)行,緩解
工程工期壓力,完工時(shí)間顯著提前。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:在TBM掘進(jìn)同時(shí),同步進(jìn)行隧道二次襯砌,實(shí)施方法是TBM 掘進(jìn)1000m左右時(shí),開始二次襯砌施工,TBM掘進(jìn)0 6km長度內(nèi)用三組運(yùn) 輸列車編組,以后每增加3km加一列編組,最多用到5列車,備用一列車; 二次襯砌采用兩臺(tái)16.5m的模板臺(tái)車,兩臺(tái)臺(tái)車距離500m左右,跳躍式向前 襯砌,每臺(tái)模板臺(tái)車配套有各自的的防水板鋪設(shè)臺(tái)架和修補(bǔ)架;二襯混凝土 澆筑預(yù)備兩列供應(yīng)混泥土的編組車,另外預(yù)備一列機(jī)動(dòng), 一共五列。
二次襯砌用電方案在進(jìn)洞1萬伏主電纜上每隔800m安裝一個(gè)"T"型 接頭,在襯砌修補(bǔ)臺(tái)車上安設(shè)電纜巻筒,確保在兩個(gè)"T"型接頭間進(jìn)行二襯 施工用電的電纜長度。
TBM掘進(jìn)效率主要受隧洞斷面大小、TBM性能、巖石性質(zhì)、支護(hù)方式以 及運(yùn)輸、供應(yīng)的配套性有關(guān)。TBM的日掘進(jìn)進(jìn)尺由掘進(jìn)時(shí)間利用率控制,估 計(jì)日純掘進(jìn)時(shí)間利用率約40 % 45 % 。
采用一臺(tái)TB880E敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)獨(dú)頭掘進(jìn)施工,底部鋪設(shè)仰拱塊,雙 線有軌運(yùn)輸出碴.TBM試掘進(jìn)300m后,TBM進(jìn)入正常掘進(jìn)階段。TBM通過 完整的II、 III級圍巖及支護(hù)量小的IV級圍巖時(shí),采取正常掘進(jìn)組織。掘進(jìn)同 時(shí)進(jìn)行錨桿、網(wǎng)片和混凝土噴射等初期支護(hù),掘進(jìn)完成一個(gè)行程1.8m后,安 裝一塊仰拱預(yù)制塊,再換步進(jìn)行下一循環(huán)的掘進(jìn)。預(yù)制塊下方與隧道壁之間 的空隙注入細(xì)石混凝土填充。TBM通過破碎的IV、 V級圍巖時(shí),及時(shí)在護(hù)盾后面進(jìn)行鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)、錨桿,必要時(shí)在護(hù)盾后手噴混凝土進(jìn)行快速加 固,并禾li用后配套上的濕噴機(jī)械手進(jìn)行二次補(bǔ)噴混凝土。斷層破碎帶及高壓 富水地段施工根據(jù)斷層情況、水壓力及水量大小決定是否采取中空錨桿環(huán)向 注漿止水、加固及采取超前支護(hù)措施后再開挖支護(hù)。
洞內(nèi)施工作業(yè)所用材料,如錨桿、網(wǎng)片、鋼架、混凝土等材料以機(jī)車編
組的形式進(jìn)行供應(yīng)。運(yùn)輸車輛采用25t機(jī)車,材料供應(yīng)車輛采用配套的罐車和 平板車,軌道系統(tǒng)為雙線有軌運(yùn)輸,在調(diào)車處和襯砌臺(tái)車處設(shè)視頻裝置,以 提高整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的效率。TBM后配套設(shè)置雙線利用礦車出碴。巖碴經(jīng)TBM 皮帶機(jī)進(jìn)入礦車,再經(jīng)過編組列車運(yùn)出洞外翻碴臺(tái)卸碴,再二次轉(zhuǎn)碴到指定 棄碴場。
每月二次襯砌進(jìn)度指標(biāo)不低于500m,采用兩臺(tái)16.5m長的襯砌模板臺(tái)車, 每臺(tái)臺(tái)車按2循環(huán)/3天的襯砌速度計(jì),每月可襯砌660m,滿足進(jìn)度指標(biāo)要求 且有26%富余。
防水板鋪設(shè)采用液壓防水板鋪設(shè)作業(yè)臺(tái)架進(jìn)行施工,防水板采用無釘鋪設(shè) 法鋪設(shè)。二襯砼采用整體式液壓模板臺(tái)車澆筑,砼采用大型自動(dòng)計(jì)量拌和站 集中生產(chǎn),101113有軌砼罐車運(yùn)輸進(jìn)洞,輸送泵泵送入模,拱墻插入式振搗器 及拱頂附著式振搗器聯(lián)合振搗。
為保證與TBM掘進(jìn)同步施工,模板臺(tái)車設(shè)計(jì)方案重點(diǎn)考慮如何減少或避 免二者的相互干擾制約,特別是在交通運(yùn)輸上,需確保臺(tái)車下滿足雙線通車 凈空要求。
模板臺(tái)車有關(guān)參數(shù)確定臺(tái)車長度16.5m,臺(tái)車模板鋼板厚度10mm, 臺(tái)車數(shù)量:2臺(tái),臺(tái)車結(jié)構(gòu)剛度要求:單臺(tái)模板臺(tái)車襯砌長度至少不低于8000m而不產(chǎn)生影響二襯質(zhì)量的變形。
模板臺(tái)車加工精度模板半徑誤差不大于3mm,模板間接縫零錯(cuò)臺(tái),兩端 模板半徑誤差不大于lmm。
與模板臺(tái)車配套進(jìn)行二襯施工的臺(tái)架包括防水板架和修補(bǔ)架;其加工樣式 除滿足自身的功能作用外,其設(shè)計(jì)還參考了洞內(nèi)施工環(huán)境、與模板臺(tái)車配套 作業(yè)的合理性,以及其他輔助功能。
二次襯砌施工方法包括
1) 采用專門的防水板鋪設(shè)作業(yè)臺(tái)架,先對初期支護(hù)表面進(jìn)行處理,包括 鑿除初支表面鼓包部位,補(bǔ)平突然凹陷,割掉外露錨桿頭、鋼筋頭等尖銳物, 達(dá)到防水板鋪設(shè)條件,經(jīng)檢查合格后進(jìn)行防水板的鋪設(shè)。防水板采用無釘鋪 設(shè)法鋪設(shè)。
2) 邊墻基礎(chǔ)緊跟TBM掘進(jìn),在TBM后配套尾部及時(shí)施作。邊墻基礎(chǔ)采 用定型鋼模、地錨螺栓固定。灌筑前必須檢查尺寸、標(biāo)高,將浮碴、雜物、 積水清理干凈,經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后開始灌筑,采用溜槽直接灌注。
3) 正洞一般地段拱墻用液壓模板臺(tái)車16.5m型一次成型;
灌筑順序根據(jù)中線水平進(jìn)行臺(tái)車就位并進(jìn)行復(fù)核,隱蔽檢査后方可安裝 墻頭板,開始灌筑。
灌筑方法拱墻混凝土施工采用泵送砼,輸送主管連接分料器,通過分料
器分岔接管插入臺(tái)車兩側(cè)中部的灌筑窗內(nèi)及連通頂部灌注口 ,砼出管口與砼
灌筑面高度不大于2.0m,專人負(fù)責(zé)分料器的輸出口的調(diào)換頻率,使兩側(cè)砼高 差不大于0.5m。砼至灌筑至中部窗時(shí),出料口調(diào)至頂部灌注口灌注, 一直到 封頂。封頂措施用模板臺(tái)車及輸送泵泵送砼的方式進(jìn)行二次襯砌,容易在拱頂 上方出現(xiàn)空洞,采取的措施是①由于進(jìn)口工區(qū)襯砌前進(jìn)方向是上坡,而封 頂灌注孔在中部,襯砌循環(huán)與上一循環(huán)交界處容易因砼堵塞排氣通道而在交 界處形成氣囊,故在臺(tái)車靠后端頭附近設(shè)置排氣管,使氣體暢通排出,確保 交界處封頂密實(shí)。②在襯砌時(shí)沿拱頂中心縱向預(yù)留注漿孔,在襯砌后進(jìn)行注 漿回填。
拆模時(shí)間復(fù)合襯砌強(qiáng)度到達(dá)7.5Mpa即可拆模,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在20h左
右,具體拆模時(shí)間在施工中根據(jù)測試砼強(qiáng)度后確定。
為疏解二襯與TBM掘進(jìn)同步以及與左線隧道間連接通道開挖所帶來的交 通影響問題,每隔840m左右在橫通道附近設(shè)置過渡道岔一處,在連接通道開 挖完成且二襯通過后,拆除道岔以供倒用。同時(shí)道岔處設(shè)置明顯的標(biāo)示燈或 警示標(biāo)志,控制機(jī)車過道岔時(shí)的運(yùn)行速度,加強(qiáng)道岔檢修管理防止軌道車掉 道。提前將風(fēng)管筒運(yùn)進(jìn)洞,利用保養(yǎng)時(shí)間在后配套上裝風(fēng)管,電纜散盤在平 板車上運(yùn)輸進(jìn)洞,不連巻筒一起運(yùn)輸進(jìn)洞。解決風(fēng)管儲(chǔ)存筒及電纜巻筒大件 運(yùn)輸進(jìn)洞與臺(tái)車下凈空限制沖突問題。
本實(shí)施例著力解決在TBM掘進(jìn)施工的同時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工二者的相 互干擾、影響,特別是在交通運(yùn)輸及施工組織問題上的相互干擾和影響,確 保與TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行二次襯砌施工順利、快速、同步進(jìn)行,緩解工程工期 壓力,完工時(shí)間顯著提前。
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權(quán)利要求
1.敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法,其特征在于,在TBM掘進(jìn)同時(shí),同步進(jìn)行隧道二次襯砌,實(shí)施方法是TBM掘進(jìn)1000m左右時(shí),開始二次襯砌施工,二次襯砌配套有各自的的防水板鋪設(shè)臺(tái)架和修補(bǔ)架;二襯混凝土澆筑預(yù)備供應(yīng)混泥土的編組車。
2. 如權(quán)利要求1所述的敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法,其特征在于,在TBM掘進(jìn)同時(shí),同步進(jìn)行隧道二次襯砌,實(shí)施方法是TBM 掘進(jìn)1000m左右時(shí),開始二次襯砌施工,TBM掘進(jìn)0 6km長度內(nèi)用三組運(yùn) 輸列車編組,以后每增加3km加一列編組,最多用到5列車,備用一列車; 二次襯砌采用兩臺(tái)16.5m的模板臺(tái)車,兩臺(tái)臺(tái)車距離500m左右,跳躍式向前 襯砌,每臺(tái)模板臺(tái)車配套有各自的的防水板鋪設(shè)臺(tái)架和修補(bǔ)架;二襯混凝土 澆筑預(yù)備兩列供應(yīng)混泥土的編組車,另外預(yù)備一列機(jī)動(dòng), 一共五列。
3. 如權(quán)利要求2所述的敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法,其特征在于,模板臺(tái)車設(shè)計(jì)方案重點(diǎn)考慮如何減少或避免二者的相互干擾制 約,特別是在交通運(yùn)輸上,需確保臺(tái)車下滿足雙線通車凈空要求。
4.如權(quán)利要求2所述的敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法, 其特征在于,同步二次襯砌施工方法包括1)采用專門的防水板鋪設(shè)作業(yè)臺(tái)架,先對初期支護(hù)表面進(jìn)行處理,包 括鑿除初支表面鼓包部位,補(bǔ)平突然凹陷,割掉外露錨桿頭、鋼筋頭等尖銳 物,達(dá)到防水板鋪設(shè)條件,經(jīng)檢查合格后進(jìn)行防水板的鋪設(shè),防水板采用無 釘鋪設(shè)法鋪設(shè);2) 邊墻基礎(chǔ)緊跟TBM掘進(jìn),在TBM后配套尾部及時(shí)施作,邊墻基礎(chǔ) 采用定型鋼模、地錨螺栓固定;灌筑前必須檢査尺寸、標(biāo)高,將浮碴、雜物、 積水清理干凈,經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后開始灌筑,采用溜槽直接灌注;3) 正洞一般地段拱墻用液壓模板臺(tái)車16.5m型一次成型; 灌筑順序根據(jù)中線水平進(jìn)行臺(tái)車就位并進(jìn)行復(fù)核,隱蔽檢查后方可安裝墻頭板,開始灌筑,灌筑方法拱墻混凝土施工采用泵送砼,輸送主管連接分料器,通過分料器分岔接管插入臺(tái)車兩側(cè)中部的灌筑窗內(nèi)及連通頂部灌注口,砼出管口與砼灌筑面高度不大于2.0m,專人負(fù)責(zé)分料器的輸出口的調(diào) 換頻率,使兩側(cè)砼高差不大于0.5m,砼至灌筑至中部窗時(shí),出料口調(diào)至頂部 灌注口灌注, 一直到封頂;拆模時(shí)間復(fù)合襯砌強(qiáng)度到達(dá)7.5Mpa即可拆模,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在20h 左右,具體拆模時(shí)間在施工中根據(jù)測試砼強(qiáng)度后確定。
5.如權(quán)利要求4所述的敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法, 其特征在于,封頂措施用模板臺(tái)車及輸送泵泵送砼的方式進(jìn)行二次襯砌,容易在拱頂上方出現(xiàn)空洞,采取的措施是①由于進(jìn)口工區(qū)襯砌前進(jìn)方向是上坡,而封頂灌注孔在中部,襯砌循環(huán)與上一循環(huán)交界處容易因砼堵塞排氣 通道而在交界處形成氣囊,故在臺(tái)車靠后端頭附近設(shè)置排氣管,使氣體暢通 排出,確保交界處封頂密實(shí),②在襯砌時(shí)沿拱頂中心縱向預(yù)留注漿孔,在襯 砌后進(jìn)行注漿回填。
全文摘要
敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與二次襯砌同步施工方法,涉及敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工掘進(jìn)同時(shí)與二次襯砌工序協(xié)同跟進(jìn)銜接的施工方法,在TBM掘進(jìn)同時(shí),同步進(jìn)行隧道二次襯砌,實(shí)施方法是TBM掘進(jìn)1000m左右時(shí),開始二次襯砌施工,二次襯砌配套有各自的的防水板鋪設(shè)臺(tái)架和修補(bǔ)架;二襯混凝土澆筑預(yù)備供應(yīng)混泥土的編組車。著力解決在TBM掘進(jìn)施工的同時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工二者的相互干擾、影響,特別是在交通運(yùn)輸及施工組織問題上的相互干擾和影響,確保與TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行二次襯砌施工順利、快速、同步進(jìn)行,緩解工程工期壓力,完工時(shí)間顯著提前。
文檔編號(hào)E21D9/00GK101614124SQ20081007290
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者何中文, 劉二召, 劉招偉, 周振國, 原 崔, 崔文斌, 鑫 張, 張寧川, 張洪星, 楊立新, 王小平, 王成鯤, 曲 石, 羅巖松, 董天洪, 譚小波, 譚順輝, 華 趙, 陳文忠, 魏文杰, 魚建玲 申請人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司