徐 贊 ，謝培才

(1．中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 0 65201;2．洛陽市市政排水泵站管理所，河南洛陽 4 71000)

0 引言

采用現(xiàn)代化的全斷面隧道掘進機(Full-face Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)技術(shù)穿越復雜地質(zhì)、修建長大隧道，是世界地下工程建設(shè)的發(fā)展趨勢，在我國的隧道工程施工中也已日益普及。敞開式TBM對中硬巖有著較好的適應性，具有快速、高效、安全、環(huán)保、集成化程度高等獨特優(yōu)勢。作為一個高效集成的復雜系統(tǒng)，如何充分確保TBM設(shè)備利用率和加快掘進速度，是體現(xiàn)敞開式硬巖掘進機優(yōu)勢的關(guān)鍵。影響TBM設(shè)備利用率和施工進度的因素很多，歸納起來主要體現(xiàn)在5個方面，即人(從事生產(chǎn)施工的人員，Man)、機(用于現(xiàn)場施工的機器設(shè)備，Machine)、料(生產(chǎn)所需的原材料，Material)、法(施工方法及措施，Method)和環(huán)(施工環(huán)境，Environment)，簡稱為“4M1E”影響因素。文獻［1-4］就TBM的快速掘進施工進行了較深入的研究，但研究內(nèi)容大都集中于“機”或者“法”，并不全面。本文以新建蘭州—重慶鐵路西秦嶺隧道XQLS2標敞開式TBM施工為例，系統(tǒng)闡述在現(xiàn)場施工過程中針對“人、機、料、法、環(huán)”5個方面采取的快速掘進保障措施和成功經(jīng)驗。

1 工程概況

蘭渝鐵路西秦嶺隧道位于甘肅省隴南市武都區(qū)，隧道長28 236 m，是我國第二長鐵路隧道，也是目前我國采用TBM修建的最長距離、最大直徑的干線鐵路隧道。根據(jù)設(shè)計，西秦嶺隧道TBM掘進軟弱圍巖地段千枚巖為淺灰色至深灰色，主要為砂質(zhì)千枚巖和千枚狀夾變砂巖，節(jié)理發(fā)育，受構(gòu)造影響，層間揉皺強烈，巖石較破碎，零星夾有灰?guī)r薄層。由中鐵隧道集團承建的西秦嶺隧道左線2010年6月25日正式開始第1掘進段施工，于2011年5月28日實現(xiàn)第1掘進段與羅家理斜井鉆爆段重慶端貫通，提前原施工組織設(shè)計130 d。2011年8月30日轉(zhuǎn)場結(jié)束后開始第2掘進段施工，于2013年4月26日掘進至合同分界里程DⅠK403+650處，總計歷時31個月，創(chuàng)造了日掘進進度42．69 m，第1階段平均月掘進508 m，全段平均月掘進415 m等多項國內(nèi)紀錄，并創(chuàng)造了直徑10 m以上同類TBM施工周掘進進度392．0 m、月掘進進度804．3 m 2項世界紀錄。

優(yōu)異的施工業(yè)績，取決于施工方在施工過程中對人、機、料、法、環(huán)5個方面的科學管理和有效控制。TBM法掘進施工每個環(huán)節(jié)的管理都是保證整機連續(xù)作業(yè)的關(guān)鍵，只有這些保障措施都圍繞掘進機施工這個主題切實開展起來，才能最終體現(xiàn)出掘進機施工的快速和優(yōu)質(zhì)。

2 人(Man)

對人的管理是生產(chǎn)管理中的重點，也是最大的難點。提高施工進度，首先要“用好人”，盡可能地發(fā)揮作業(yè)人員的特點，激發(fā)員工的工作熱情，提高工作積極性。

2．1 統(tǒng)一目標，提高作業(yè)人員積極性

為提高組織管理水平，西秦嶺隧道TBM掘進工區(qū)施行“總數(shù)定員、專人專崗、責任到人”的內(nèi)部承包管理模式，成立掘進一隊、掘進二隊、保養(yǎng)班、刀具班、皮帶班、運輸班、電工班、測量組，并將以往彼此相對獨立的工班(組)歸口于一個項目副經(jīng)理統(tǒng)一管理，以加強過程控制和工序銜接。人員收入與施工進度、工序質(zhì)量、現(xiàn)場安全和文明施工直接掛鉤，確保各作業(yè)班組在思想意識、共同利益上高度統(tǒng)一、沒有分歧，使項目各項要求從上至下得以完全貫徹落實，保證項目內(nèi)部個體力量與目標方向相同，避免“內(nèi)耗”現(xiàn)象。此外，還采取進度考核獎勵機制等辦法調(diào)動施工人員的積極性，將人為因素降至最低，大大提高了生產(chǎn)效率。

2．2 發(fā)揚民主，讓工人成為工區(qū)的主人

一個工區(qū)的發(fā)展，歸根結(jié)底依靠的是一線工人。工人作業(yè)在生產(chǎn)第一線，他們更了解工區(qū)制定的計劃和決策是否真正符合生產(chǎn)施工的實際情況，是否切實可行。在安排工作時，定人定崗、責任到人，讓工人充分了解作業(yè)任務(wù)和目標，能夠促使工人在執(zhí)行任務(wù)過程中，結(jié)合自身能力充分評估作業(yè)工序。當情況發(fā)生變化時，不是機械地回避，而能夠自己動腦解決。遇到突發(fā)情況，與工人平等協(xié)商，讓工人參與決策，各抒己見，充分聽取一線工人的意見和建議，誘發(fā)他們思考解決問題，對工人提出的合理建議積極采納并予以鼓勵，使最終決策更加合理，同時也能夠增強員工自信心，使工人與工區(qū)形成合力，真正地把自己當作工區(qū)的一分子，更有責任感，努力發(fā)揮自己的才智能力，為工區(qū)服務(wù)［5］。

2．3 加強員工培訓，營造學習氛圍

西秦嶺隧道建設(shè)初期，大部分參與施工的技術(shù)人員都是剛參加工作不久的大學生，很多施工人員也只有盾構(gòu)方面的施工經(jīng)驗。為提高TBM技術(shù)水平，保證設(shè)備狀態(tài)完好，項目主要技術(shù)力量向TBM整體傾斜，多次派員工到南疆鐵路吐庫二線中天山隧道等工程實地跟班學習，并派TBM主管工程師、施工負責人、液壓工、修理工等多人到TBM制造廠家學習。通過采用以老帶新、理論學習、集中培訓等手段，充分融合老工人的豐富經(jīng)驗與組織力強、新學生的基礎(chǔ)知識扎實與思維活躍的特點，實現(xiàn)立足于穩(wěn)、穩(wěn)中求變，推動技術(shù)創(chuàng)新，最終實現(xiàn)項目整體技術(shù)水平的提高。另外，項目還專門外聘了1名TBM設(shè)備專家，通過“拜師學藝”的方式培養(yǎng)項目中堅力量。通過這些方式，極大提高員工工作的自主性和熱情，推動了項目的技術(shù)進步。

3 機(Machine)

TBM是由幾十個獨立的子系統(tǒng)有機地連接成的一個完整的大系統(tǒng)，任何一個環(huán)節(jié)的故障均會影響到TBM的正常掘進。關(guān)鍵部位的損壞更會導致整臺TBM處于停滯甚至癱瘓狀態(tài)，從而影響整個工程的進展，同時也會大大增加成本。合理的TBM選型與配置是隧道正常掘進的基礎(chǔ);科學的設(shè)備檢測診斷與維護保養(yǎng)、刀具管理、配件供應等環(huán)節(jié)和必要的設(shè)備改造，不僅可以對設(shè)備進行有效保護、減少機械故障、降低項目成本，同時也可以降低施工風險，為快速掘進提供有效保證。

3．1 TBM 選型

西秦嶺隧道走行于秦嶺高中山區(qū)，隧道最大埋深約1 400 m，全長28 236 m，采用鉆爆法和TBM法聯(lián)合施工。其中，隧道出口在圍巖較好的地段分2段采用TBM掘進:第1段長5 594 m，第2段長7 340 m。圍巖以Ⅲ級和Ⅳ級為主，構(gòu)造裂隙中、弱富水區(qū)，巖石整體較完整，有較好的自穩(wěn)性，因此首選敞開式TBM。

用于西秦嶺隧道施工的敞開式TBM，在遇到局部不穩(wěn)定的圍巖時，可通過TBM所附帶的輔助設(shè)備施作錨桿、架立鋼拱架、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土進行加固，以保持洞壁穩(wěn)定，而且在掘進過程可直接觀測到洞壁巖性的變化，便于地質(zhì)素描和調(diào)整施工工藝?？梢哉f，TBM選型的成功，是西秦嶺隧道快速掘進的基礎(chǔ)和保證。

3．2 設(shè)備監(jiān)測診斷與維護保養(yǎng)

對TBM實施全面規(guī)范化的監(jiān)測診斷與維護保養(yǎng)是降低故障率、減少設(shè)備維修次數(shù)、減少不必要停機的先決條件，如此才能保持機器性能完好。自西秦嶺隧道敞開式TBM進洞開始掘進以來，項目成立TBM掘進保養(yǎng)班，由機電副總工程師率領(lǐng)機械、液壓、電氣、潤滑、檢測專業(yè)工程師和熟練技工，執(zhí)行保養(yǎng)任務(wù)。除正常跟班監(jiān)測診斷外，嚴格堅持每日第1掘進階段 7:00—11:00(第 2掘進階段 8:00—14:00)交接班期間強制停機維護保養(yǎng)。

西秦嶺隧道TBM主要監(jiān)測診斷技術(shù)包括振動監(jiān)測、油樣分析(潤滑油理化性能分析、鐵譜分析、顆粒計數(shù)分析)、工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測、故障聽診儀檢測、溫度監(jiān)測、壓力檢測、流量檢測、聲學監(jiān)測及無損探傷檢測，由西秦嶺隧道TBM檢測站專職負責，油樣光譜分析委外進行。具體監(jiān)測對象如表1所示。

表1 TBM狀態(tài)監(jiān)控表［6］Table 1 TBM monitoring items［6］

為減少TBM的故障停機時間，提高設(shè)備的利用率，確保TBM正常運轉(zhuǎn)，例行維護檢查按表2進行。

3．3 刀具管理

刀具是TBM掘進系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。TBM刀具管理的環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，只有認真做好每一個環(huán)節(jié)的具體工作，才能將刀具管好、用好。為加強刀具管理，項目實行刀具工程師主管負責制，配備刀具班及刀具修理車間，把刀具的用、管、養(yǎng)、修提高到管理的高度上。

在刀具的用、管、養(yǎng)和修過程中，為詳細記錄和整理原始數(shù)據(jù)，必須建立《刀具管理臺賬》。臺賬應在以下幾個方面進行細化:

1)每一把刀具的詳細使用情況。

2)刀具維修時，每一把刀具的相關(guān)測量數(shù)據(jù)、配件消耗及采用的維修工藝。

3)繪出不同地層、地質(zhì)、地段與刀具磨損及消耗的關(guān)系圖。

表2 例行維護檢查表Table 2 Routine maintenance checklist

4)修好的刀具要根據(jù)更換部件分類在刀體做好標記(見圖1)。

圖1 修好的刀具分類標記Fig．1 Marking classification of repaired cutters

5)準確及時地記錄修完的刀具出廠后的相應內(nèi)容。

通過對以上資料的分析，總結(jié)經(jīng)驗和教訓，將結(jié)果反饋用于指導掘進，有計劃性地實施刀具的檢查和更換，有效地利用刀具，減少刀具異常損壞，降低刀具消耗，縮短刀具更換時間并對刀盤進行保護，增加掘進時間，保證施工順暢，降低施工風險，并能夠最大限度地減少在刀具方面的投入，對降低刀具的使用成本有重要意義。

3．4 配件供應

TBM配件儲備和采購在TBM施工管理中是一個比較系統(tǒng)的任務(wù)。當前國內(nèi)TBM在隧道工程中的應用尚未形成規(guī)模，TBM配件供貨市場相對有限，配件采購往往需要國外進口或定制加工，造成采購周期較長，這就要求施工現(xiàn)場必須要有一定的易損配件儲備，否則會導致停機待料，延誤工期，造成損失。但與此同時，TBM配件的價格又相對比較昂貴，不可能對所有配件進行儲備。只有對TBM機械性能有充分的了解和認知才能夠做到配件儲備充裕、采購及時但又無大量配件積壓造成資金占用甚至浪費。配件儲備和采購應著重從以下方面著手:

1)通常部件庫存量應是整機數(shù)量的10%［7］，設(shè)立專門的存放庫房分類存放，建立《TBM配件管理臺賬》并安排專業(yè)高效的管理人員負責，并每周與掘進班、保養(yǎng)班、刀具班進行溝通后核實消耗與庫存。

2)加強TBM監(jiān)測診斷與維護保養(yǎng)，對于日常檢查出的問題及時做出科學判斷，提前做好配件計劃。

3)通過系統(tǒng)的日常監(jiān)測診斷與維護保養(yǎng)臺賬，確定TBM配件壽命周期、易損配件類型等，做好周期性檢查及采購工作。

4)對于實現(xiàn)國產(chǎn)化的TBM配件，在能夠滿足施工需要的情況下，優(yōu)先采用國產(chǎn)化配件以縮短采購周期，緩解成本壓力。

5)日常加強配件供應商的比選，通過互聯(lián)網(wǎng)、電話溝通詢價，完善配件供應系統(tǒng)，建立《配件供應商合作臺賬》，明確聯(lián)系方式、供貨方式、付款方式及供貨周期等，一旦需要，根據(jù)臺賬信息并結(jié)合項目實際情況選擇適宜供貨商及時完成采購。

6)對于單件價格昂貴、壽命周期不易確定、供貨時間長的配件，應與周邊同型號TBM施工方建立配件儲備合作關(guān)系，兩家或多家單位根據(jù)“分類存儲、拆借使用、后續(xù)補倉、互惠共利”的原則儲備配件，以最大限度減少對TBM施工的影響。

3．5 設(shè)備改造

為使TBM適應實際施工項目的工程地質(zhì)特點，在建設(shè)初期進行設(shè)備選型是十分必要的，但由于地質(zhì)勘查的局限性以及不同圍巖段的巖石特性不同，在實際施工中，往往需要進行必要的局部性能改造以滿足現(xiàn)場施工。例如在TBM掘進通過軟弱千枚巖地層時，遇到節(jié)理裂隙發(fā)育情況，掌子面坍塌嚴重，部分滾刀接觸不到巖面，坍塌體中含有大量較大巖塊直接經(jīng)鏟斗進入主機皮帶中。由于原刀盤鏟斗刀牙為螺栓連接、梳狀排列的組合式刀牙(見圖2)，整體強度不高，磨損較嚴重且遇大塊碴體時易損壞、脫落，導致頻繁更換，且大塊巖石容易從刀牙脫落缺失處進入刀盤砸壞主機皮帶，影響連續(xù)施工。通過對材料耐磨性和可焊接性的綜合評估，利用整體型16Mn鋼整體刀牙替代組合式刀牙，并在擋碴板位置增焊1—2塊16Mn鋼板以阻擋大塊石碴的進入，同時進行皮帶機接料裝置改造，增加緩沖裝置，縮小出料口與皮帶之間的落差，以減小沖擊。通過對設(shè)備改造和加強施工組織管理，在實際生產(chǎn)中取得了良好的施工效果，降低了設(shè)備故障率，使刀盤運轉(zhuǎn)時間提高30%以上［8］。

圖2 刀牙改造Fig．2 Cutter teeth alteration

4 料(Material)

TBM快速掘進需要施工所需的各種合格的原材料連續(xù)、快速地運輸?shù)骄蜻M作業(yè)區(qū)，故在原材料質(zhì)量控制和供應調(diào)度方面應予以重視。

4．1 “合格材料”供應

“合格材料”供應是TBM能夠快速掘進的一個重要保證措施。這里的合格材料是指既符合國家相關(guān)質(zhì)量標準又能夠滿足洞內(nèi)特殊施工環(huán)境和施工工藝需要的合格原材料或半成品。眾所周知，TBM法施工是一種集成化較高的隧道施工方法，在一個掘進周期里，任何一道工序的延遲都將直接影響到整個掘進周期的時間。在西秦嶺隧道TBM第2掘進階段，由于隧道埋深較大且獨頭掘進距離較長，洞內(nèi)作業(yè)溫度高、濕度大，初期支護所需液體速凝劑經(jīng)洞外試驗合格后運往洞內(nèi)，實際應用時如存放時間偏長則會出現(xiàn)白色沉淀引起速凝劑管堵塞，不僅造成了原材料的浪費，而且極大地擾亂了正常的工序，影響了施工進度。經(jīng)過聯(lián)系廠家多次實地查驗并調(diào)整配制工藝后，問題得到了較好地解決。TBM施工是一個持續(xù)高溫、潮濕的環(huán)境，而且施工所需材料往往需要經(jīng)過多次倒運、短期庫存，在原材料供應和半成品加工時也應對上述情況相應予以考慮，真正做到“滿足施工現(xiàn)場需要”。

4．2 材料領(lǐng)用及洞內(nèi)運輸

圖3 材料供應流程圖Fig．3 Flowchart of material supply

經(jīng)過方案比選，西秦嶺隧道材料洞內(nèi)運輸采用25 t內(nèi)燃機車牽引編組成列的材料車，四軌雙線有軌運輸模式。洞內(nèi)有軌運輸涉及人員、仰拱預制塊、噴漿料、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、鋼軌、錨桿、襯砌混凝土以及洞內(nèi)清理出的碴料等，運輸車輛數(shù)量有限而運輸任務(wù)繁重，矛盾相對突出。為保證TBM掘進所需材料供應的連續(xù)性，避免因材料供應中斷造成掘進停機，專門設(shè)立機車調(diào)度控制中心，負責機車的調(diào)配、裝卸、編組、日常保養(yǎng)等工作，并規(guī)定進洞左側(cè)軌道為進洞方向(即重車道)，右側(cè)為出洞方向(即輕車道)。TBM掘進所需材料運輸流程見圖3。

襯砌混凝土澆筑時，輸送泵需占用1條運輸軌線。為提高軌道利用率，洞內(nèi)每500 m設(shè)置1處道岔(已襯砌完成部分可陸續(xù)拆除)，確保機車運行順暢，并在洞內(nèi)斜井與正洞相接處安排洞內(nèi)調(diào)度員，合理調(diào)度車輛進出TBM作業(yè)區(qū)，急需材料先行供應，防止車輛在TBM尾部過度集中引起擁堵。

5 法(Method)

為了保證TBM的快速掘進，在以往的TBM施工中，建設(shè)者們通過不斷地探索和總結(jié)取得了很多顯著的成果，本文僅就西秦嶺隧道保證敞開式TBM快速掘進的重點和創(chuàng)新點進行闡述。

5．1 超前地質(zhì)預報

當TBM掘進施工時，由于千枚巖節(jié)理發(fā)育或存在斷層破碎帶，層間結(jié)合差，巖體本身碎塊狀結(jié)構(gòu)，加之刀盤切削作用和地應力調(diào)整影響，致使千枚巖沿節(jié)理面、斷層面或巖層松動、錯落，甚至出現(xiàn)大面積失穩(wěn)、坍塌。對于機械化程度高、可進不可退的TBM施工來說，若在施工中突遇地質(zhì)災害，在無支護之前產(chǎn)生大量塌方、涌水、掉塊，使機器被埋、被淹、被卡，將會出現(xiàn)進退兩難、難以處理的局面，影響整體施工進度。

隧道地質(zhì)超前預報要解決的問題主要有:斷裂、破碎帶等不良地質(zhì)對象的性質(zhì)、規(guī)模的判定;不良地質(zhì)體的位置及產(chǎn)狀的確定;巖體工程類別的識別，圍巖地下水狀態(tài)［9］等。以設(shè)計地質(zhì)勘測資料為基礎(chǔ)結(jié)合超前探測手段，在進入軟弱、構(gòu)造影響破碎段等不良地質(zhì)前，加強綜合地質(zhì)預報的頻率，判明圍巖情況，進行必要的預處理措施和選用相應的施工方案。根據(jù)地質(zhì)情況采用超前小導管注漿加固、超前注漿堵水、鋼支撐、護盾后初噴及時封閉加固;適當選擇掘進參數(shù)，以自動導向系統(tǒng)控制TBM掘進姿態(tài);后配套區(qū)錨網(wǎng)噴支護等多種手段通過軟弱破碎、突泥涌水等災害性地質(zhì)地段。

5．2 出碴體系

連續(xù)皮帶機出碴方式作為3種TBM可供選擇的配套出碴方式(汽車運輸出碴、軌道礦車出碴、連續(xù)皮帶機出碴)中最快速、高效的一種，對洞內(nèi)運輸干擾最小、出碴效率最高，在條件許可的情況下應優(yōu)先采用。

西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機出碴采用豎向固定支撐法(邊基施工段)和三角斜向支撐法(邊基未施工段)將連續(xù)皮帶機橋架固定在洞壁上，隨著TBM向前推進，連續(xù)皮帶機支架不斷向前延伸。掘進時，連續(xù)皮帶機承載碴體后穿越同步襯砌臺車至斜井“三岔口”位置，通過斜井轉(zhuǎn)載皮帶機穿越羅家理斜井輸送至洞外，經(jīng)洞外上山皮帶機直接翻越山體(見圖4)，并經(jīng)碴場延伸皮帶機被輸送至棄碴場內(nèi)部［10］，通過連續(xù)分碴器實現(xiàn)連續(xù)皮帶機出碴與工程車碴料轉(zhuǎn)運作業(yè)工序之間的無縫銜接。在整套出碴體系中，碴體從巖面剝落直至棄碴場的運輸全程零干擾，有效避免了因碴體轉(zhuǎn)運不及時對TBM掘進造成的影響。

圖4 上山皮帶機布置Fig．4 Arrangement of continuous belt conveyor

5．3 監(jiān)控與通信系統(tǒng)

西秦嶺隧道施工針對TBM長距離獨頭掘進、長距離有軌運輸?shù)膶嶋H特點，在施工前期進行了認真的籌劃，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，采用信息化管理手段，在隧道內(nèi)布設(shè)5套通信方式，即視頻監(jiān)控系統(tǒng)、對講機系統(tǒng)、車載系統(tǒng)、有線電話系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)以保證信息暢通［11］。在TBM上重點施工部位安裝攝像頭，通過調(diào)度室監(jiān)控中心可以及時掌握洞內(nèi)施工情況，洞內(nèi)的具體需求通過有線電話傳達到調(diào)度控制中心，調(diào)度控制中心做出響應，機車運行至TBM后方后，TBM施工人員可通過對講機根據(jù)現(xiàn)場當前需求情況對機車進行調(diào)度，確保保障及時、生產(chǎn)連續(xù)。

5．4 技術(shù)與工藝創(chuàng)新

隨著TBM應用越來越廣泛和深入，施工人員逐步實現(xiàn)了對TBM設(shè)備、施工及其配套技術(shù)的“學習—掌握—摸索—創(chuàng)新”，加之在施工管理過程中項目管理團隊集思廣益、加大專項資金的投入以及對技術(shù)創(chuàng)新、工藝變革的“提出—論證—實踐—總結(jié)—獎勵”機制，有效地鼓勵了一線員工在做好本職工作的前提下總結(jié)經(jīng)驗、推陳出新，推動了很多新技術(shù)、新設(shè)備的產(chǎn)生。成功克服了大直徑TBM山地運輸、狹小區(qū)域組裝、空載步進、快速掘進、弧形步進滑道滑模施工、同步襯砌、連續(xù)皮帶出碴、長距離獨頭通風及有軌運輸、仰拱預制塊空中翻轉(zhuǎn)等諸多重大難題。總結(jié)申報發(fā)明專利2項(TBM同步襯砌施工方法，TBM整體式軌道托架及TBM電機驅(qū)動、整體式軌道托架步進方法)、實用新型專利5項(TBM同步襯砌模板臺車及臺架，連續(xù)分碴器，車載式ⅠC卡加油管理系統(tǒng)，分體式自動行走混凝土輸送泵，連續(xù)皮帶收放裝置)、工法2項(特長大距離TBM空載步進技術(shù)，連續(xù)皮帶機出碴下的同步襯砌施工技術(shù))。開工以來項目產(chǎn)生技術(shù)性改革96項，合理化建議71項。這些新技術(shù)、新設(shè)備［12-22］在施工中的成功應用有效提高了生產(chǎn)效率，保證了TBM的快速連續(xù)施工。

6 環(huán)(Environments)

TBM施工具有機械化程度高、對地層擾動小、可以減少隧道開挖中輔助工程等優(yōu)點，洞內(nèi)環(huán)境較鉆爆法普遍較好，但由于隧道獨頭掘進施工距離達到19 762 m，對隧道通風、溫度控制及有害氣體監(jiān)控與處理還是提出了較高的要求。一旦環(huán)境控制出現(xiàn)問題，將嚴重影響到作業(yè)人員的健康以及部分原材料的性能。

6．1 通風與溫度控制

因采用TBM獨頭掘進施工，隧道通風難度很大，主要特點和難點是隧道斷面大、送風距離長、機械設(shè)備散熱量大、且TBM未配置制冷降溫系統(tǒng)。隧道通風總長12 200 m，選用3×160 kW變頻風機與φ2．2 m風管匹配，變頻控制，有效地節(jié)約了電能。通風分2個階段:

1)將風機布置在洞口，采用一套通風管送風，通風距離總長為9 900 m。

2)出口掘進段與羅家理斜井鉆爆段貫通后，將通風機安裝在羅家理斜井井口送風。TBM步進通過羅家理斜井鉆爆段開始二次掘進后，為避免斜井三叉口位置風損失過大造成通風效果差等問題，將通風機安裝在三叉口位置隧道正洞內(nèi)，采用斜井巷道式通風，從正洞出口引進新鮮風，羅家理斜井排出污風。為彌補通風距離長、通風管穿越襯砌臺車彎折較多導致的通風效果的降低，采用串聯(lián)接力風機形式，確保洞內(nèi)通風效果。

在TBM上，主要人員工作面(如鋼拱架安裝區(qū)、鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)區(qū)、轉(zhuǎn)載皮帶值班區(qū)等)均安裝射流風機，降低作業(yè)環(huán)境溫度。通過上述措施，TBM施工區(qū)總體溫度能夠控制在30℃左右、設(shè)備滿負荷運轉(zhuǎn)時控制在35℃以內(nèi)。

6．2 有害氣體監(jiān)控與處理

為保證洞內(nèi)作業(yè)人員健康，TBM上設(shè)置有害氣體檢測系統(tǒng)和火災監(jiān)控系統(tǒng)，直接和TBM主控制電腦聯(lián)網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)有害氣體或達到設(shè)定的警戒值就會報警。若不及時處理，主控制電腦將會自動停止掘進和關(guān)閉相關(guān)的電器設(shè)備，集中保證通風系統(tǒng)供風。

7 結(jié)論與體會

TBM實現(xiàn)了隧道施工的工廠化，體現(xiàn)了機械化作業(yè)和施工條件的改善，具有生產(chǎn)的連續(xù)性。但TBM項目本身又是一個較復雜的系統(tǒng)工程，所涉及的專業(yè)多、領(lǐng)域廣，“人、機、料、法、環(huán)”任何一個環(huán)節(jié)的疏忽，都可能會影響TBM的正常工作，并直接影響掘進效率。西秦嶺隧道是蘭渝鐵路全線控制性工程，工期緊，任務(wù)重，為確保如期完成施工任務(wù)，結(jié)合工程特點，針對5項因素做出分析并提出解決方案，取得了較好的施工效果。

1)綜合分析5項因素，最重要的一環(huán)是“人”，只有“人”有了較高的管理能力、專業(yè)技能、質(zhì)量意識，立足本職、齊心協(xié)力，嚴格執(zhí)行管理制度，才能真正實現(xiàn)對“機、料、法、環(huán)”等因素的有效控制。近年來隨著TBM在我國工程建設(shè)領(lǐng)域的快速推廣，TBM施工專業(yè)人才不斷流失(雖然對于國內(nèi)TBM施工市場做出了重大貢獻，但對于特定的工程項目，影響極其嚴重)，而新進技術(shù)人員的成熟尚需要實踐的磨練，出現(xiàn)了技術(shù)力量與施工需求相脫節(jié)的情況，這就要求必須加大TBM施工人員的培養(yǎng)和儲備。

2)TBM屬于典型的非標準設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障就會造成成本的增加、進度的延誤，甚至需要變更工程方案造成巨大損失。因此，應根據(jù)工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件對TBM合理選型，在施工過程中規(guī)范操作，加強日常維護與保養(yǎng)、加強刀具管理、合理采購和儲備配件，并結(jié)合工程實際對TBM可能存在的不足進行必要的改造，消除了“機”的影響，才能夠建立快速掘進的基礎(chǔ)。

3)有了“人”和“機”的保障，通過對材料供應、施工方法、環(huán)境控制等方面的科學管理，能夠充分發(fā)揮人員的主觀能動性和體現(xiàn)設(shè)備的先進性，從而使快速掘進得以實現(xiàn)。

4)TBM作為專用性很強的工程機械，每一個掘進機工程都是一次新的嘗試和挑戰(zhàn)，因此，今后工程實踐中，在汲取先前成功經(jīng)驗的同時，進行創(chuàng)新和總結(jié)是必要的。

［1］吳世勇，周濟芳．錦屏二級水電站長引水隧洞高地應力下開敞式硬巖隧道掘進機安全快速掘進技術(shù)研究［J］．巖石力學與工程學報，2012，31(8):1657-1665．(WU Shiyong，ZHOU Jifang．Research on safe and fast tunneling technology by open-type hard rock TBM under high geostress of long diversion tunnels of JinpingⅡhydropower station［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(8):1657-1665．(in Chinese))

［2］王坤，王樹勛．敞開式TBM快速掘進施工技術(shù)［C］//大直徑隧道與城市軌道交通工程技術(shù):2005上海國際隧道工程研討會文集．上海:上海隧道工程股份有限公司，2005．

［3］魏紅亮，白宏峰，羅自明．TBM在煤礦快速掘進中可行性思考［J］．煤，2012，21(2):48-49．

［4］徐向前．敞開式TBM城市地鐵快速掘進及配套技術(shù)研究［C］//第二屆隧道掘進機(盾構(gòu)、TBM)專業(yè)委員會第一次學術(shù)研討會暨中鐵隧道集團城市盾構(gòu)項目管理、施工技術(shù)、設(shè)備維保交流會論文集．無錫:中國土木工程學會，2011．

［5］黃小權(quán)．員工主人翁意識的培養(yǎng)研究［J］．現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2012(1):22．

［6］杜彥良，徐明新，智小慧，等．全斷面巖石隧道掘進機:監(jiān)測診斷與維護保養(yǎng)［M］．武漢:華中科技大學出版社，2013:161．

［7］周雁領(lǐng)．零部件國產(chǎn)化探索與實踐［J］．建筑機械化，2007(1):31-33，4．(ZHOU Yanling．Discussion about TBM accessories produced domestically［J］．Construction Mechanization，2007(1):31-33，4．(in Chinese))

［8］張學軍，胡必飛．軟弱千枚巖地段TBM掘進施工技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2011，31(6):706-711．(ZHANG Xuejun，HU Bifei．TBM tunneling technology in weak phyllite section［J］．Tunnel Construction，2011，31(6):706-711．(in Chinese))

［9］趙永貴，劉浩，孫宇，等．隧道地質(zhì)超前預報研究進展［J］．地球物理學進展，2003，18(3):460-464．(ZHAO Yonggui，LⅠU Hao，SUN Yu，et al．Research progress in tunnel geological prediction［J］．Progress in Geophysics，2003，18(3):460-464．(in Chinese))

［10］許金林，徐贊，王艷波．西秦嶺特長隧道連續(xù)皮帶機出碴施工關(guān)鍵技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2011，31(6):678-685．(XU Jinlin，XU Zan，WANG Yanbo．Key technology of mucking by continuous conveyor belt:Case study on West Qinling extra-long tunnel［J］．Tunnel Construction，2011，31(6):678-685．(in Chinese))

［11］楊永強，徐贊．西秦嶺TBM鐵路單線隧道信息化輔助有軌運輸安全管理［J］．隧道建設(shè)，2011，31(S2):218-222．(YANG Yongqiang，XU Zan．Safety management of information-aided assistant track transportation:Case study on West Qinling single lined tunnel bored by TBM［J］．Tunnel Construction，2011，31(S2):218-222．(in Chinese))

［12］徐雙永，陳大軍．西秦嶺隧道皮帶機出碴TBM同步襯砌技術(shù)方案研究［J］．隧道建設(shè)，2010，30(2):125-127．(XU Shuangyong，CHEN Dajun．Belt conveyor mucking technology and synchronous lining technology for West Qinling tunnel bored by TBMs［J］．Tunnel Construction，2010，30(2):125-127．(in Chinese))

［13］陳大軍．蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM步進技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2010，30(2):162-168，178．(CHEN Dajun．Case study on TBM stepping modes in West Qinling tunnel on Lanzhou-Chongqing railway［J］．TunnelConstruction，2010，30(2):162-168，178．(in Chinese))

［14］中鐵隧道集團二處有限公司．TBM同步襯砌模板臺車及臺架:中國，20092029259［P］．2010-08-25．

［15］中鐵隧道集團二處有限公司．連續(xù)分渣器:中國，201120172949［P］．2011-05-27．

［16］中鐵隧道集團二處有限公司．車載式ⅠC卡加油管理系統(tǒng):中國，201120172957［P］．2011-05-27．

［17］中鐵隧道集團二處有限公司．分體式自動行走混凝土輸送泵:中國，201120172913［P］．2011-05-27．

［18］中鐵隧道集團二處有限公司．皮帶收放裝置:中國，201220018750［P］．2012-01-17．

［19］王艷波．連續(xù)出碴皮帶收放裝置的設(shè)計與實用效果［J］．隧道建設(shè)，2011，31(6):765-769．(WANG Yanbo．Design of automatic belt releasing and withdrawing device and its application result［J］．Tunnel Construction，2011，31(6):765-769．(in Chinese))

［20］徐贊．西秦嶺隧道仰拱預制塊施工技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2011，31(2):256-261．(XU Zan．Ⅰnvert block precasting technology:Case study on West Qinling tunnel［J］．Tunnel Construction，2011，31(2):256-261．(in Chinese))

［21］鄭孝福．TBM弧形步進的滑槽快速施工技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2011，31(2):252-255．(ZHENG Xiaofu．Techno logy for rapid casting of arc-shaped cradles for TBM stepping［J］．Tunnel Construction，2011，31(2):252-255．(in Chinese))

［22］劉清泉．空中翻轉(zhuǎn)技術(shù)在仰拱預制塊生產(chǎn)中的應用［J］．隧道建設(shè)，2011，31(5):629-633．(LⅠU Qingquan．Application of overturning technology in invert block prefabrication［J］．Tunnel Construction，2011，31(5):629-633．(in Chinese))