安 清 泉

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

CCS輸水隧洞長度為24.823 km，隧洞沿線地質(zhì)條件復(fù)雜。根據(jù)隧洞穿越的圍巖結(jié)構(gòu)分類，Ⅱ類圍巖約占隧洞總長的60%，主要為隧洞中部迷薩華林地層的安山巖體；Ⅲ類圍巖約占隧洞總長的20%，巖體以層狀結(jié)構(gòu)為主，質(zhì)量中等，包括進(jìn)口段花崗侵入巖和浩林地層的砂巖、頁巖；Ⅳ類圍巖約占隧洞總長的20%，分布不連續(xù)，主要為斷層及其影響帶。

經(jīng)過多次專家論證，最終決定CCS輸水隧洞采用雙護(hù)盾硬巖全斷面隧洞掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，瑪?shù)偌夹g(shù)有限公司皮帶輸送系統(tǒng)出渣，6+1管片全斷面襯砌的施工方案。

隧洞設(shè)計為圓形斷面，開挖直徑9.1 m，成洞直徑8.2 m。隧洞出口段于2012年9月21日正式掘進(jìn)，至2013年11月30日，除去設(shè)備檢修、1#皮帶安裝、錯車平臺安裝、皮帶加力站安裝等，平均日進(jìn)尺為23.12 m，最高日進(jìn)尺為46.9 m，平均月進(jìn)尺為703 m，最高月進(jìn)尺為1 000.41 m，創(chuàng)造了雙護(hù)盾硬巖全斷面掘進(jìn)機(jī)施工的南美最高記錄、同類機(jī)型世界第三的最高紀(jì)錄。筆者在現(xiàn)場施工中認(rèn)識到：只有先進(jìn)的設(shè)備、完善的配套設(shè)施與科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理相結(jié)合，才能充分發(fā)揮TBM快速掘進(jìn)的性能。

2 設(shè)備管理

2.1 組織管理

項目部制定了《CCS輸水隧洞出口段TBM設(shè)備管理辦法》，建立了項目部總工程師→TBM作業(yè)部→領(lǐng)班工程師→施工作業(yè)組的設(shè)備管理組織體系，完善了點(diǎn)、線、片、面、整體管理，逐層分工負(fù)責(zé)的崗位責(zé)任制原則。對從設(shè)備組裝到維修保養(yǎng)都制定了嚴(yán)格的規(guī)章制度，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、程序化管理。

2.2 組裝管理

TBM單件重量達(dá)105 t，拼裝場地的承載力為300 kPa。組裝設(shè)備主要有：2×200 t龍門吊車1臺，3.5 t伸縮臂叉車2臺，20 t、40 t平板拖車各1輛，25 t、50 t、75 t、160 t汽車吊各1輛。TBM組裝順序：安裝前護(hù)盾部件→主軸承→支撐護(hù)盾→主推油缸和后護(hù)盾電機(jī)→皮帶機(jī)前半部分和下料槽→安裝刀盤和主軸承連接→撐靴盾油缸→安裝所有的輔推油缸和主驅(qū)動電機(jī)→伸縮盾頂塊→外盾頂塊和連接油缸→尾護(hù)盾→管片安裝器和超前鉆→主機(jī)輔助設(shè)備→連接橋→1號后配套上的輔助設(shè)備→2～9號后配套上的輔助設(shè)備→液壓及電氣設(shè)備→風(fēng)水電→皮帶機(jī)等設(shè)施。設(shè)備組裝前，項目部邀請國內(nèi)有關(guān)專家和技術(shù)人員編制了《雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)組裝施工組織設(shè)計》，制定了詳細(xì)的組裝工藝和操作細(xì)則。中方工作人員在HERRENKNECHT AG公司技術(shù)人員指導(dǎo)下，花費(fèi)了9周時間，順利完成了TBM的組裝調(diào)試工作。由于TBM設(shè)備功能塊較多，操作要求嚴(yán)格，組裝時我們嚴(yán)格按HERRENKNECHT AG公司提供的技術(shù)規(guī)范操作，按照HERRENKNECHT AG公司的要求分兩班(12 h)進(jìn)行組裝，同時分四個工作面進(jìn)行組裝工作，并認(rèn)真接受外方技術(shù)人員的指導(dǎo)。

2.3 維修保養(yǎng)管理

施工過程中，必須對設(shè)備進(jìn)行全面、規(guī)范化的維修保養(yǎng)。認(rèn)真實(shí)施預(yù)防性保養(yǎng)是降低設(shè)備故障率的前提，可以減少機(jī)械設(shè)備的維修次數(shù)，從而減少不必要的停機(jī)。

2.3.1 主軸承的維護(hù)

主軸承是TBM最重要的部件之一，潤滑條件對其使用壽命影響極大。主軸承潤滑分三個獨(dú)立的回路，油箱和油泵分離，必須經(jīng)常檢查其密封情況，防止串油。注意定期檢查氣動油脂泵的工作狀況，定期更換潤滑油。主軸承的維護(hù)是TBM設(shè)備維護(hù)的重點(diǎn)，由液壓工程師負(fù)責(zé)實(shí)施。

2.3.2 刀具的檢查及更換

刀具是TBM的主要部件，必須定期檢查、更換，以延長其使用壽命。每個掘進(jìn)班兩個循環(huán)檢查一次刀盤，發(fā)現(xiàn)渣中有金屬構(gòu)件或刀盤區(qū)域有異常的噪音、氣味時，應(yīng)立即停機(jī)檢查刀盤，檢查的重點(diǎn)是中心刀和邊刀。

根據(jù)刀具磨損規(guī)律，刀具組負(fù)責(zé)人制定了詳盡的刀具更換及調(diào)位計劃，及時更換達(dá)到磨損量或損壞的刀具，盡量避免在掘進(jìn)過程中更換刀具。刀具修理人員及時修復(fù)損壞的刀具并保證其裝配質(zhì)量。

2.3.3 除塵風(fēng)機(jī)的維修與保養(yǎng)

除塵風(fēng)機(jī)故障對施工影響很大。由于粉塵增多，激光穿透力減弱，進(jìn)而影響管片的安裝、軌道的鋪設(shè)和掘進(jìn)方向的調(diào)整。洞內(nèi)能見度降低，管片安裝工作無法與掘進(jìn)同時進(jìn)行，既延長了停機(jī)等待時間，同時對施工人員的身體健康造成危害。

將除塵風(fēng)機(jī)列入重點(diǎn)維修保養(yǎng)范圍，定期檢查除塵電機(jī)的工況，及時清洗濾網(wǎng)。

2.3.4 管片安裝器的維修與保養(yǎng)

管片安裝器故障對施工進(jìn)度影響巨大。由于管片安裝器長期進(jìn)行管片安裝，掘進(jìn)速度的快慢決定管片安裝的速度，維護(hù)人員每天必須對其進(jìn)行機(jī)械、液壓、電氣的保養(yǎng)工作。

2.3.5 管片運(yùn)輸設(shè)備的維修與保養(yǎng)

管片運(yùn)輸設(shè)備包括：管片快速卸載器、管片吊機(jī)、管片喂片機(jī)。

管片快速卸載器工況的好壞決定管片的卸載速度及小火車運(yùn)輸速度。維修人員每天必須對其進(jìn)行液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)的保養(yǎng)工作，檢查機(jī)械系統(tǒng)是否處于正常的工作位置。

管片吊機(jī)每天從事管片吊裝任務(wù)。管片吊機(jī)每天至少吊運(yùn)140片管片、12根軌道、50榀鋼支撐，任務(wù)非常繁重，維修人員每天必須進(jìn)行機(jī)械、液壓、電氣、遙控、軌道的維修保養(yǎng)工作。

管片喂片機(jī)輸送管片的快慢決定管片的安裝速度。維修人員每天必須進(jìn)行機(jī)械、液壓、電氣、遙控系統(tǒng)的保養(yǎng)工作，每隔6個月更換一次喂片機(jī)的耐磨塊。

2.3.6 灌漿系統(tǒng)的維修與保養(yǎng)

TBM管片安裝完成后需對管片進(jìn)行豆礫石、砂漿、水泥漿的回填，輸水隧洞成型洞質(zhì)量的好壞，其決定因素在于回填灌漿的好壞。

豆礫石回填系統(tǒng)由空壓機(jī)、豆礫石上下料系統(tǒng)、豆礫石泵、輸送管道系統(tǒng)組成。維修人員必須進(jìn)行機(jī)械、液壓、吊裝、電氣、管道的保養(yǎng)工作。豆礫石管道由于長期運(yùn)行需經(jīng)常更換，每班設(shè)專職人員進(jìn)行更換和維修。

砂漿系統(tǒng)按照每兩環(huán)進(jìn)行灌注。每天維修人員必須進(jìn)行灌漿泵、灌漿罐、吊機(jī)、灌漿管路、電氣系統(tǒng)的保養(yǎng)工作。掘進(jìn)班根據(jù)工作要求及時清洗灌漿罐及管路。

水泥漿回填系統(tǒng)設(shè)置在7#臺車。維修人員每天必須進(jìn)行機(jī)械、吊機(jī)、管路、電氣的保養(yǎng)工作。

2.3.7 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的維修與保養(yǎng)

洞內(nèi)外皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)包括：1#、2#、3#、4#、5#出渣皮帶系統(tǒng)、皮帶機(jī)控制柜、皮帶加力站系統(tǒng)。

洞內(nèi)主機(jī)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)包括：1#、2#皮帶系統(tǒng)。每班維修人員必須檢查皮帶、托輥、刮渣板、液壓、剛橋架、電氣設(shè)備的工作狀況并及時更換配件。

洞內(nèi)外3#、4#、5#出渣皮帶系統(tǒng)擔(dān)負(fù)主要的出渣運(yùn)輸工作，每班維修人員必須進(jìn)行皮帶的清洗檢查、皮帶托輥更換、托輥架、電氣系統(tǒng)的檢查工作，在皮帶運(yùn)行時及時處理皮帶跑偏、皮帶吊鏈調(diào)整的工作。

洞內(nèi)皮帶加力站系統(tǒng)承擔(dān)皮帶張力拉緊的工作。維修人員每班必須進(jìn)行電機(jī)、傳感器、皮帶的維護(hù)工作。

其它部位的維修保養(yǎng)。在維修保養(yǎng)中，將電氣設(shè)備的絕緣防護(hù)等做為重點(diǎn)保養(yǎng)對象，并對其它設(shè)備做一般預(yù)防性保養(yǎng)。

2.4 設(shè)備管理要領(lǐng)

(1)科學(xué)制定并嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)計劃，堅持定期保養(yǎng)、定期維護(hù)，實(shí)現(xiàn)制度化、規(guī)范化管理。

(2)加強(qiáng)設(shè)備故障統(tǒng)計和分析研究工作，減少常規(guī)性故障的發(fā)生，提高故障診斷能力，發(fā)生故障后能夠及時排除。

(3)加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)檢測和油水檢驗管理，特別是對主電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行檢測及主軸承潤滑油進(jìn)行檢驗。

(4)根據(jù)設(shè)備配件消耗規(guī)律，制定合理的購置計劃，在滿足使用要求的前提下，盡量使用國產(chǎn)配件，以降低工程成本。

3 施工管理

TBM施工時開挖、出渣、運(yùn)輸、襯砌等工序平行連續(xù)作業(yè)，要求洞外配套設(shè)施的能力必須滿足TBM掘進(jìn)的需要并且布局合理。TBM施工工序較多，必須編制實(shí)施性施工組織設(shè)計，制定關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)工序銜接，確保施工的連續(xù)性。

3.1 洞外配套設(shè)施的管理

根據(jù)TBM的施工特點(diǎn)，結(jié)合列車編組順序和運(yùn)輸方式，將刀具修理車間、砂漿拌合站、豆礫石堆放區(qū)、機(jī)修車間、管片堆放區(qū)等配套設(shè)備沿運(yùn)輸軌道成條形布置，達(dá)到各工序協(xié)調(diào)動作的目的，保證管片運(yùn)輸及材料供應(yīng)的連續(xù)性。

3.2 洞內(nèi)施工管理

TBM隧洞施工是以掘進(jìn)作業(yè)為核心,以掘進(jìn)、襯砌、皮帶出渣、管片和材料運(yùn)輸為主要作業(yè),軌道延伸、通風(fēng)、供電、供水、排水等為輔助作業(yè)進(jìn)行的，其具有并行性、協(xié)調(diào)性、連續(xù)性和密集性等特點(diǎn),從而決定了TBM施工組織管理技術(shù)上的特殊性。為此，在TBM施工組織管理方面主要采取了以下技術(shù)措施：

(1)根據(jù)TBM的施工特點(diǎn),建立各作業(yè)工序間的合理關(guān)系;

(2)確定TBM施工管理的主要內(nèi)容、方法和措施;

(3)建立TBM施工作業(yè)計算機(jī)分析決策系統(tǒng),利用該系統(tǒng)對作業(yè)性能和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,找出影響作業(yè)性能的因素,提出提高掘進(jìn)速度和掘進(jìn)機(jī)利用率的具體措施。

3.2.1 開 挖

TBM掘進(jìn)每循環(huán)進(jìn)尺1.8 m，平均循環(huán)時間為25～40 min。受圍巖類別、節(jié)理發(fā)育程度等影響，循環(huán)時間最短為25 min，最長為1 h，循環(huán)時間與圍巖類別有較大關(guān)系。

施工中發(fā)現(xiàn)，巖石抗壓強(qiáng)度為68～90 MPa、節(jié)理發(fā)育而又不致坍塌的圍巖是TBM掘進(jìn)的最佳施工條件。開挖管理作為施工管理的重要環(huán)節(jié)，其核心是掘進(jìn)參數(shù)的選擇和掘進(jìn)方向的控制。

TBM工作模式：TBM分雙護(hù)盾和單護(hù)盾工作模式。TBM操作手必須根據(jù)TBM自身的狀態(tài)和圍巖條件決定TBM的工作模式，一般情況下應(yīng)遵循以下原則：

①雙護(hù)盾:適用于圍巖成洞條件較好、掌子面或已開挖段無大面積塌方、無卡機(jī)或伸縮護(hù)盾換步困難。

②單護(hù)盾:適用于圍巖成洞條件差，如巖石強(qiáng)度弱、收斂變形大、破碎或大量涌水，致使TBM控制困難或支撐掌無法正常工作。

TBM的掘進(jìn)參數(shù)：TBM操作手須根據(jù)TBM自身狀況和圍巖條件確定合適的掘進(jìn)參數(shù)，并遵循以下基本原則：

> 主推力：單護(hù)盾≤20 000 kN，雙護(hù)盾≤

25 000 kN

> 刀頭轉(zhuǎn)速≤5.5 r/min

> 扭矩：單(雙)護(hù)盾≤6 MN·m

> 掘進(jìn)速度：單(雙)護(hù)盾≤80～90 mm/min

> 貫入度：單(雙)護(hù)盾≤15 mm/r

> 主推和輔推油缸行程差：單(雙)護(hù)盾≤60

mm

> 80%的原則：任何情況下，TBM掘進(jìn)參數(shù)以在最大容許值的80%以內(nèi)為宜

> 油缸壓力：一般情況下，油缸壓力≤150 bar；如果圍巖條件差，應(yīng)降低油缸壓力

> 支撐靴油缸：①單護(hù)盾：由于圍巖條件差，采用單護(hù)盾掘進(jìn)。在管片安裝期間，為避免TBM向前滑行，應(yīng)采用支撐靴并降低壓力以穩(wěn)定TBM；②雙護(hù)盾：一般情況下≤250 bar，調(diào)整該壓力，使TBM穩(wěn)定，易于管片安裝。

上述參數(shù)均互相影響，增加某個系數(shù)可能會導(dǎo)致其他參數(shù)下降。因此，操作手必須綜合考慮，權(quán)衡利弊，確定合適的參數(shù)值。

3.2.2 出 渣

出渣采用連續(xù)皮帶方式。皮帶機(jī)分為1#主皮帶、2#皮帶、3#皮帶、4#皮帶、5#皮帶，洞外由25 t自卸車運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)到主渣場的方式。

3.2.3 管片襯砌

管片襯砌安裝時間的快慢決定TBM掘進(jìn)的快慢。該TBM采用6+1左右型管片，管片分為D、C、B型，根據(jù)掘進(jìn)期間圍巖的類別，選擇合適的管片型號；另外，TBM配備了豆礫石回填輸送泵、水泥砂漿輸送泵、回填灌漿系統(tǒng)等足夠的支護(hù)設(shè)備，但在通過斷層破碎帶、軟弱、涌水帶等特殊地質(zhì)地段時停機(jī)時間過長，制約了TBM掘進(jìn)速度的發(fā)揮。

3.2.4 支撐管片的安裝及軌道延伸

支撐管片的安裝利用管片吊機(jī)起吊，人工定位，每塊約需7～8 min，每安裝6塊支撐管片需延伸一次運(yùn)輸軌道。

以上工作與掘進(jìn)同時進(jìn)行，若工序銜接處理不好，將會占用循環(huán)時間。施工中必須加強(qiáng)同洞外行車調(diào)度的聯(lián)系，以保證支撐管片及延伸材料的及時供應(yīng)。

3.2.5 施工測量

TBM掘進(jìn)方向由VMT激光導(dǎo)向系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)能夠不間斷地提供TBM所處位置與隧洞設(shè)計軸線的偏差，并將其顯示在操作室的控制單元上，主操作手根據(jù)這些信號調(diào)整TBM的掘進(jìn)方向和姿態(tài)。

VMT導(dǎo)向系統(tǒng)每70 m前移一次。此項工作在停機(jī)保養(yǎng)時間進(jìn)行，不占用循環(huán)時間。施工中將TBM主機(jī)位置與VMT建立聯(lián)系，相互校核以減少測量誤差，從而控制掘進(jìn)偏差。

3.2.6 通風(fēng)除塵

通風(fēng)由φ2.4 m主風(fēng)筒供給，通過后配套尾部的儲存風(fēng)筒經(jīng)過接力風(fēng)機(jī)送到TBM各個工作區(qū)域。除塵通過刀盤噴水和除塵裝置實(shí)現(xiàn)，凈化后的空氣作為清潔空氣吹入隧洞。

掘進(jìn)期間，通風(fēng)、除塵系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)。施工中注意檢查風(fēng)筒有無漏風(fēng)現(xiàn)象，檢查并清掃除塵風(fēng)機(jī)的過濾網(wǎng)罩。

3.2.7 風(fēng)、水、電管路的延伸

風(fēng)筒儲存筒內(nèi)存有風(fēng)筒500 m，TBM自帶φ200供水水管50 m、φ300排水管50 m，20 kV高壓電纜500 m，均盤在卷筒上施工中隨后配套系統(tǒng)的前移，風(fēng)、水、電管路自動向前延伸。每天維修班根據(jù)掘進(jìn)長度安裝φ200的供水管路。

4 勞動組織管理

TBM機(jī)械化作業(yè)的特點(diǎn)要求施工企業(yè)必須將有限的人力資源進(jìn)行科學(xué)合理的配置，充分發(fā)揮員工的生產(chǎn)積極性。

4.1 勞動力配置

在對TBM的管理中，始終堅持以掘進(jìn)為中心配置勞動力。TBM勞動力的配置按照分工協(xié)作、各個工種緊密配合、每班執(zhí)行無縫交接、落實(shí)到每個人每個崗位，做到人盡其責(zé)。

隧洞內(nèi)分兩班掘進(jìn)(16 h)、一班維修保養(yǎng)(8 h)，管片生產(chǎn)按流水作業(yè)方式進(jìn)行，機(jī)修車間實(shí)行兩班工作制。

掘進(jìn)班(每班)：主副TBM操作手2人，值班工程師1人，班長1人，副班長1人，安全工程師1人，測量1人，管片安裝6人，管片運(yùn)輸4人，豆礫石回填及砂漿灌注5人，后配套回填灌漿8人，伸縮盾清渣2人，機(jī)械、液壓修理2人，電工3人，刀盤工2人，軌道、皮帶、風(fēng)筒延伸7人，錯車平臺調(diào)度1人，合計47人。掘進(jìn)班負(fù)責(zé)掘進(jìn)過程中的所有工作。維護(hù)班48人，負(fù)責(zé)刀具檢查、更換及其它維修保養(yǎng)工作以及掘進(jìn)工作。洞外運(yùn)行班78人，負(fù)責(zé)管片裝卸、運(yùn)輸及材料的供應(yīng)。另外，刀具修理6人，洞外皮帶組8人，軌道維護(hù)和風(fēng)筒維護(hù)6人。

機(jī)修車間30人，負(fù)責(zé)鋼支撐及其它材料的加工，洞內(nèi)水管制作、電路的延伸、材料的制作以及各類行走機(jī)械的保養(yǎng)、維修等。

發(fā)電廠10人，負(fù)責(zé)所有施工面、營地的供電工作。

重機(jī)部24人，負(fù)責(zé)洞外洞渣的轉(zhuǎn)運(yùn)工作。

TBM作業(yè)部所屬的行政、技術(shù)、安檢、調(diào)度、醫(yī)療、保安、生活等管理人員共有28人，生產(chǎn)人員計為304人。

4.2 安全環(huán)保

TBM掘進(jìn)的快慢與安全緊密相連。針對該TBM地下隧洞施工安全，我們建立健全了以下各項安全措施:

> 洞內(nèi)各個班組設(shè)置專業(yè)安全工程師，每天定期檢查各個工作面的設(shè)備安全、員工勞保發(fā)放情況。

> 制定了小火車安全操作和板車維護(hù)規(guī)程。

> 制定了皮帶運(yùn)行安全操作規(guī)程。

> 制定了軌道維護(hù)保養(yǎng)和風(fēng)筒維護(hù)規(guī)程。

> 制定了施工區(qū)及生活區(qū)用電管理規(guī)程。

> 制定了洞內(nèi)逃生艙管理規(guī)程。

> 制定了洞內(nèi)消防、有害氣體防范規(guī)程。

環(huán)境保護(hù)歷來都是工程的重中之重:我們在厄瓜多爾原始森林施工，對環(huán)境保護(hù)的要求更加嚴(yán)格，由此項目部制定了以下各項規(guī)章制度：

> 洞內(nèi)油水排放制度。

> 洞外垃圾堆放區(qū)域管理制度。

> 廢舊材料堆放管理制度。

> 渣場環(huán)境治理制度。

5 結(jié) 語

TBM作為一種嶄新的施工技術(shù)，對施工企業(yè)的管理提出了更高的要求。施工中必須加強(qiáng)現(xiàn)場組織調(diào)度工作，制定嚴(yán)格的操作規(guī)程和崗位職責(zé)，協(xié)調(diào)好各工序的關(guān)系，只有這樣，TBM高速安全的優(yōu)勢才能夠發(fā)揮出來。筆者認(rèn)為：在今后的工作中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)針對不同的地質(zhì)條件，做好組織管理和技術(shù)上的準(zhǔn)備，確保TBM連續(xù)作業(yè)。

(2)加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，提高機(jī)械的利用率。

(3)做好各項統(tǒng)計工作，為TBM今后的施工積累資料。

(4)繼續(xù)優(yōu)化勞動組合，建立一個高效的管理、服務(wù)、生產(chǎn)系統(tǒng)，逐步發(fā)揮TBM大型機(jī)械化施工的優(yōu)勢。TBM施工作為一門嶄新的管理技術(shù)、工程技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。