武志鵬，劉素彥

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，311100，杭州）

淺析TBM施工管理措施

武志鵬，劉素彥

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，311100，杭州）

由于TBM設(shè)備自身系統(tǒng)的高度復(fù)雜性、多樣性，以及所開挖隧道地質(zhì)情況的復(fù)雜性，使得在TBM施工項(xiàng)目實(shí)施過程中存在很多不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)因素。結(jié)合TBM掘進(jìn)機(jī)施工特點(diǎn)，通過對越南Thoung-Kontum水電項(xiàng)目TBM掘進(jìn)機(jī)在生產(chǎn)組織、施工技術(shù)、故障檢測等方面可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素以及相應(yīng)的管理思路進(jìn)行分析，提出了有針對性的處理措施，以期提高施工效率和工程質(zhì)量，可供類似工程參考。

TBM施工；檢測；磨損；硬巖；斷層

當(dāng)前隨著我國水利水電事業(yè)的快速發(fā)展，TBM設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。本文擬結(jié)合在越南Thoung-Kontum水電項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)例，淺析TBM施工管理的一些措施。

一、工程概況

Thoung-Kontum水電項(xiàng)目TBM施工隧洞全長約13 km，工程采用美國Robbins公司生產(chǎn)的160系列高性能主梁式硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM），開挖直徑為4.5 m；出渣方式采用連續(xù)皮帶機(jī)與洞外轉(zhuǎn)渣皮帶結(jié)合，將TBM開挖石渣直接輸送至棄渣場。地質(zhì)資料顯示，引水隧洞沿線巖石堅(jiān)硬，上覆巖層較厚，構(gòu)造較發(fā)育，洞室處于地下水水位以下。斷層破碎帶、裂隙密集發(fā)育帶、不利結(jié)構(gòu)面組合部位、蝕變帶及風(fēng)化帶巖體穩(wěn)定性較差。Ⅳ-1等斷層與洞室夾角小，對洞室圍巖穩(wěn)定不利，推斷引水線路巖體穩(wěn)定性差。

二、TBM生產(chǎn)組織管理

Thoung-Kontum水電項(xiàng)目TBM施工采用的是分包模式管理，分包合同承包人負(fù)責(zé)TBM洞段的開挖、支護(hù)、襯砌、灌漿、觀測設(shè)施等所有項(xiàng)目，總承包方負(fù)責(zé)提供TBM施工設(shè)備主體以及附屬的風(fēng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車等，并進(jìn)行TBM設(shè)備施工過程中的設(shè)備運(yùn)行與施工監(jiān)督管理等。因此，在對TBM施工方的生產(chǎn)組織方面的管理主要是進(jìn)行目標(biāo)控制管理，在目標(biāo)控制管理的過程中，通過對進(jìn)度計(jì)劃的分解，制定出日、周、月等生產(chǎn)計(jì)劃、材料及備件需求計(jì)劃等，對施工方進(jìn)行管理。

在此期間，為便于進(jìn)行施工生產(chǎn)的管理，總承包方采取了任務(wù)包干方法和獎(jiǎng)勵(lì)措施，在施工方完成既定任務(wù)并達(dá)到質(zhì)量要求后即兌現(xiàn)對應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，通過調(diào)動一線組織管理人員和生產(chǎn)人員的積極性和責(zé)任感，來促進(jìn)TBM施工的開展。

1.TBM設(shè)備運(yùn)行管理

TBM設(shè)備運(yùn)行管理應(yīng)建立完善的設(shè)備管理體系，制定各項(xiàng)規(guī)章制度，建立TBM機(jī)況監(jiān)測、油樣分析、全面實(shí)施強(qiáng)制性維修保養(yǎng)；加強(qiáng)備品備件管理，充分保障TBM施工需要。通過在TBM運(yùn)行過程中定員定崗，保證各工作崗位作業(yè)人員相對穩(wěn)定，使工作人員的技能專業(yè)化，避免非專業(yè)人員的違章操作，同時(shí)也明確每個(gè)員工的崗位職責(zé)。另外建立了交接班制度、

班前會議制度、管理和技術(shù)人員跟班制度以及日常巡視檢查制度等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決處理施工過程中出現(xiàn)的突發(fā)事件和故障。

在保證TBM設(shè)備正常、運(yùn)轉(zhuǎn)安全、發(fā)揮應(yīng)有的施工能力方面，工作人員對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格地日常維護(hù)和檢修管理，根據(jù)TBM制造商提供的技術(shù)文件，編制詳細(xì)的維護(hù)保養(yǎng)和設(shè)備檢修規(guī)程。在具體實(shí)施過程中，嚴(yán)格執(zhí)行強(qiáng)制保養(yǎng)原則，每天上午安排不少于4小時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備檢修、刀具檢測更換時(shí)間，并組建專業(yè)的維護(hù)班組，以機(jī)械、電氣、液壓、刀具工程師為主干，其他員工協(xié)助進(jìn)行設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)與檢修；堅(jiān)持分級保養(yǎng)制度，以班、日、周、月、季、半年、年為周期，對TBM設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在維護(hù)保養(yǎng)過程中嚴(yán)格執(zhí)行工作人員自檢、班組成員互檢以及專職巡檢人員檢查的“三檢”制度。

2.生產(chǎn)物資及備品備件管理

生產(chǎn)物資及備品備件是確保施工生產(chǎn)連續(xù)性的重要保證，由于涉及內(nèi)容多且繁雜，受施工進(jìn)度、設(shè)備狀況、施工環(huán)境以及采購周期等因素影響較大，該工作需要一個(gè)責(zé)任心強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管理，在管理過程中需要密切關(guān)注施工生產(chǎn)情況和市場情況。

為便于全面掌控施工質(zhì)量且最大限度地保障施工方施工的連續(xù)性，根據(jù)分包合同，日常生活物資及臨建材料全部委托施工方進(jìn)行采購管理，工程主體所需的材料（如鋼筋、水泥、砂石料等）由總承包方負(fù)責(zé)供貨，并監(jiān)督管理主體材料供貨和使用，同時(shí)對主體材料的質(zhì)量負(fù)責(zé)。在主體材料管理流程方面，首先，施工方根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃制定以周、月為周期的材料需求計(jì)劃，經(jīng)物資部、工程部、合同部等相關(guān)部門結(jié)合實(shí)際的施工進(jìn)展情況對施工方的材料計(jì)劃進(jìn)行會審，并根據(jù)需求數(shù)量結(jié)合供貨周期、經(jīng)濟(jì)采購量等統(tǒng)一調(diào)配采購。同時(shí)，在每月月底對施工方現(xiàn)場材料進(jìn)行盤點(diǎn)、材料核銷等。

對于備品備件的管理，通過長期對設(shè)備運(yùn)行狀況的跟蹤，摸索總結(jié)出備件損耗率，并總結(jié)實(shí)際訂貨周期及不同備件的供貨周期，最后根據(jù)備件的重量、重要程度、使用頻率，按照ABC分類管理辦法對備品備件實(shí)施管理，對不同的備件制定合理的安全庫存量，當(dāng)?shù)陀诎踩珟齑媪繒r(shí)，即可考慮備件計(jì)劃，進(jìn)行采購工作。對于低值易耗品、小型但急用件，考慮一定的庫存量；重要部件總成（如主軸承、電機(jī)、變速箱、變頻器）等到貨期很晚的備件，考慮一定的提前量，倉庫內(nèi)常備一套。

備件管理工作中還要加強(qiáng)計(jì)劃性和預(yù)見性，可以多參考專家及設(shè)備供應(yīng)商的意見，考慮在當(dāng)?shù)厥袌霾少復(fù)ㄓ眉瓤s短供貨周期又能節(jié)約成本。

三、TBM施工技術(shù)管理

1.刀具檢查維護(hù)與磨損

在TBM掘進(jìn)施工過程中，由置于刀盤上的盤形滾刀切割巖石，滾刀的直徑越大，其強(qiáng)巖層負(fù)載量就越多，穿透率越好，耐磨性隨著尺寸的增加而增加。一般挖隧道可用的滾刀為17″—21″滾刀。Thoung-Kontum水電項(xiàng)目由于所選TBM直徑不大（4.5m），考慮刀盤上放置滾刀數(shù)量問題，選擇安裝了17″的滾刀。滾刀全部由Robbins公司提供，刀具的材質(zhì)和使用效果已在長期的實(shí)踐過程中得到驗(yàn)證，屬于技術(shù)和質(zhì)量都很成熟的產(chǎn)品。

刀具的異常磨損原因不能一概而論，要根據(jù)具體地質(zhì)條件和當(dāng)時(shí)情況具體分析，常見的異常磨損情況有：①刀具磨損與巖石硬度密切相關(guān)，同時(shí)與圍巖完整性系數(shù)也緊密關(guān)聯(lián)，但凡硬巖地段，刀具消耗量大，破硬巖對刀盤的沖擊作用不可忽視，損壞的刀具中易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象。②由于沖擊作用，崩刃的碎塊極有可能夾在刀圈與刀體之間，頂緊掌子面后，就會卡緊刀圈擋環(huán)，導(dǎo)致刀體失圓，失圓的刀體造成刀具軸承變形，軸承在掘進(jìn)過程中卡滯不轉(zhuǎn)，造成滾刀刀圈的偏磨，嚴(yán)重者可導(dǎo)致刀體的損壞。③裝刀質(zhì)量差或滾刀擋圈焊點(diǎn)不足，以及掘進(jìn)過程中掘進(jìn)參數(shù)選取不合理，常常會造成刀具擋圈脫落或刀圈黏滯、偏磨等。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，如何控制刀具異常磨損、合理安排刀具檢查更換工作、提高換刀效率及刀具使用率等是節(jié)約施工成本和提高施工效率的管理重點(diǎn)。首先，嚴(yán)格做好刀盤刀具檢查維護(hù)工作，根據(jù)Robbins公司刀具檢查指導(dǎo)技術(shù)文件及多位專家以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總承包方制定了一系列刀盤檢查維護(hù)指導(dǎo)性文件，在每天的整備時(shí)間以及掘進(jìn)過程中，以3～4個(gè)循環(huán)為周期對刀盤刀具進(jìn)行檢查維護(hù)，重點(diǎn)檢查刀盤上所有緊固件是否存在松動或扭矩力不足，檢查鏟斗和刀座的焊縫情況，檢查所有滾刀刀圈及鏟斗齒的磨損量。其次，嚴(yán)格按照換刀指南進(jìn)行刀具的更換與調(diào)整，在刀具維修過程中，聘請專業(yè)的刀具維修人員，提高刀具的維修和裝配質(zhì)量，減少刀具的非正常磨損。

在操作與掘進(jìn)參數(shù)的選取上，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①遇到硬巖時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)不宜過大，可適當(dāng)提高刀盤轉(zhuǎn)速，減小貫入度和推進(jìn)油缸壓力，柔和操作，避免大推力、大推進(jìn)速率掘進(jìn)。②掘進(jìn)速度在接近掌子面時(shí)不宜過大，應(yīng)柔和接觸，推進(jìn)速率選取20％為宜，巖石情況穩(wěn)定后推進(jìn)速度緩慢增長，但不應(yīng)超過45％，扭矩變化范圍小于10％。③掘進(jìn)過程中，密切觀察皮帶機(jī)落渣情況，當(dāng)破碎的巖塊尺寸較大時(shí)，多棱體比例在20％～30％時(shí)，應(yīng)降低掘進(jìn)速度，減小貫入度；當(dāng)皮帶出現(xiàn)大量多棱體并不斷往外輸出時(shí)，則應(yīng)停止推進(jìn)，減小刀盤轉(zhuǎn)速。

2.TBM振動影響與措施

TBM掘進(jìn)機(jī)在硬巖條件下掘進(jìn)時(shí)的振動不可避免，但如果振動特別劇烈，則要考慮部件自振頻率是否會引起關(guān)鍵零部件的共振，這種影響是有害的。電纜、高壓油管等在高頻振

動下，外皮及鎧裝會隨振動磨破乃至破損，結(jié)構(gòu)件及依附于主梁的連接件或者焊接連接件的螺栓隨著振動會松動，焊縫會開裂甚至擴(kuò)展，刀盤的結(jié)構(gòu)件受高頻振動作用也會由微細(xì)裂紋擴(kuò)展開裂。

通過加強(qiáng)設(shè)備的振動檢測能夠比較準(zhǔn)確地判斷TBM各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障部位和故障特征，檢測方法可以采用頻譜分析的方法，檢測部位應(yīng)選取幾個(gè)固定的、振動影響較明顯的重要部位，通過多次檢測數(shù)據(jù)，更快、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障隱患。在預(yù)防設(shè)備振動方面，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行刀盤加工精度檢測，避免存在刀盤偏心影響。另外主驅(qū)動電機(jī)應(yīng)對稱分布，避免由于個(gè)別主驅(qū)動電機(jī)故障而使主驅(qū)動機(jī)頭架帶病作業(yè)。若必須進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)保證機(jī)頭架兩側(cè)參與作業(yè)的主驅(qū)動電機(jī)對稱分布。

3.TBM故障檢測

設(shè)備故障往往伴隨TBM施工的全過程，除加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)工作外，通過各種手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障隱患，能夠最大限度地降低故障率，提高施工效率。在檢測儀器的選取上，受現(xiàn)場施工條件的限制，可采用簡易的便攜式故障檢測儀器，如手持式振動分析儀（測速度、加速度、位移）、紅外測溫儀、油料理化指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)備等。安排專人進(jìn)行設(shè)備故障檢測工作，并聯(lián)系專家組協(xié)助，根據(jù)監(jiān)測情況定期匯總，判斷故障，遇重大故障立即報(bào)告，發(fā)現(xiàn)輕微故障要求維護(hù)保養(yǎng)人員及時(shí)排除。

四、施工環(huán)境因素管理

1.洞內(nèi)通風(fēng)與除塵

在TBM設(shè)備施工過程中，良好的通風(fēng)效果是保證安全、高效、優(yōu)質(zhì)施工的前提。尤其針對小斷面長隧洞的TBM施工，通風(fēng)效果的好壞直接影響施工的連續(xù)性和安全性。

在通風(fēng)與除塵系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方面，應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：①長距離啟動風(fēng)機(jī)需要根據(jù)距離的長短，隨時(shí)調(diào)整變頻驅(qū)動的延時(shí)時(shí)間，便于新風(fēng)充盈風(fēng)管，避免新風(fēng)錘擊效應(yīng)，撕破風(fēng)管；遇到破洞及時(shí)修補(bǔ)，或用氯酊膠配合釣魚線縫合破洞。②刀盤至除塵風(fēng)機(jī)沿途風(fēng)道根據(jù)伯努力利方程原理，應(yīng)采用順直風(fēng)道，減少拐彎及復(fù)雜結(jié)構(gòu)等，可大量采用硬風(fēng)管布置，只在活動連接處（如兩臺車間）采用軟管進(jìn)行連接；為避免風(fēng)道內(nèi)沉積灰塵，可每間隔一定距離在除塵風(fēng)管上便于作業(yè)的硬風(fēng)管處開設(shè)取灰口，以法蘭螺栓蓋板模式輔之以橡膠密封，定期打開，利用除塵風(fēng)機(jī)開機(jī)的真空度，將風(fēng)道內(nèi)灰塵排出并收集，盡力減少風(fēng)道內(nèi)積存灰塵，除塵效果會有明顯改善。

在通風(fēng)與除塵系統(tǒng)管理方面，建立以崗位責(zé)任制和獎(jiǎng)懲制為核心的管理制度，定人定崗負(fù)責(zé)軸流風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行管理，安排維護(hù)工作隊(duì)負(fù)責(zé)風(fēng)管的安裝、日常維護(hù)、檢查和故障處理等工作；在風(fēng)管的安裝過程中，要做到風(fēng)管平直順暢，接頭處嚴(yán)密，掛鉤間距均勻合理并與洞徑保持水平。同時(shí)，完善職工勞保用品配置，口罩及防塵勞保用品及時(shí)發(fā)放，并對穿戴情況進(jìn)行監(jiān)督。

2.地質(zhì)斷層的處理措施

在TBM施工中，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的影響主要以斷層形式出現(xiàn)，斷層帶圍巖受構(gòu)造影響嚴(yán)重，圍巖破碎、穩(wěn)定性極差，在TBM設(shè)備掘進(jìn)過程中可能出現(xiàn)塌方，且影響范圍大。針對地質(zhì)斷層的處理，應(yīng)根據(jù)“預(yù)測先行，預(yù)防為主，確保安全”的原則，如果發(fā)現(xiàn)開挖石渣呈塊狀且大小懸殊、石渣最大可達(dá)30×20×20cm、TBM推力降低、掘進(jìn)速度加快、出渣時(shí)伴隨大量洞壁涌水等情況時(shí)，可以初步判定前部圍巖存在斷層破碎帶。

針對不同的斷層寬度、填充物、地下水的情況及其對TBM掘進(jìn)施工的影響程度，應(yīng)采取不同的施工方案：①斷層帶較短時(shí)，對TBM掘進(jìn)施工影響較小，施工時(shí)盡量減少停機(jī)時(shí)間，加快各個(gè)工序的銜接，快速通過，防止出現(xiàn)大的塌方，造成施工困難。②斷層嚴(yán)重的地段，進(jìn)行超前預(yù)加固。利用TBM配備的鉆機(jī)設(shè)備、注漿設(shè)備對隧道前方斷層破碎帶的巖石進(jìn)行超前注漿加固。③富含地下水的斷層破碎帶，先封閉水，后固結(jié)圍巖，再繼續(xù)施工。

在斷層破碎帶揭露后，應(yīng)首先采用機(jī)械臂或人工噴錨，及時(shí)封閉破碎的圍巖，用鐵皮或網(wǎng)片等封堵坍塌區(qū)，快速灌注混凝土，必要時(shí)在混凝土中添加適量速凝劑等。在完成初步回填處理后，及時(shí)安裝鋼拱架，并打錨桿進(jìn)行固定，必要時(shí)可用型鋼對鋼拱架進(jìn)行加固，對鋼拱架底部和兩邊打鎖腳錨桿等，以控制拱架變形，確保安全和TBM設(shè)備順利通過。

五、結(jié) 語

項(xiàng)目管理是決定項(xiàng)目能否順利實(shí)施的關(guān)鍵，直接影響著業(yè)主和施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。做好項(xiàng)目的管理工作，可避免許多不必要的損失，從而降低成本，提高企業(yè)競爭力。目前，TBM設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于水利、鐵路等隧洞施工項(xiàng)目，在施工項(xiàng)目實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能最大限度地降低項(xiàng)目管理風(fēng)險(xiǎn)，順利實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的總體目標(biāo)。 ■

［1］楊中明.淺議工程建設(shè)施工管理［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2014（2）.

［2］汪華東，孫周輝.TBM設(shè)備管理［J］.科技與企業(yè)，2014（20）.

［3］張楚華.如何加強(qiáng)備品備件管理［J］.沿海企業(yè)與科技，2008（5）.

［4］萬志昌.盤形滾刀的使用與研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002（10）.

［5］郭飛，黃俊，蘇藝，等.盾構(gòu)施工過程誘發(fā)振動振源特性［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（12）.

［6］趙戰(zhàn)欣.TBM施工過程中遇到問題的分析與對策［J］.國防交通工程與技術(shù)，2014（2）.

責(zé)任編輯 楊 軼

Management measures for TBM construction//

Wu Zhipeng，Liu Suyan

Due to high complexity and diversity as well as complicated geological condition faced by tunnel excavation，a great number of risk factors are existed in the process of Tunnel BoringMachine（TBM）construction.On the basis of features of TBM construction and risk factors associated with Thoung-Kontum hydropower project in Vietnam regarding production organization，construction technology and？fault detection as well as managerial approaches，targeted measures are proposed so as to increase efficiency of construction and project quality and also provide reference to other similar projects.

TBM construction；inspection；abrasion；hard rock；fault

TV5

B

1000-1123（2016）10-0035-03

2016-03-17

武志鵬，工程師。