齊夢學， 周雁領

(1. 中鐵十八局集團隧道工程有限公司， 重慶 400700； 2. 中鐵十八局集團有限公司， 天津 300222)

0 引言

全斷面巖石隧道掘進機(TBM)為依靠刀盤旋轉推進、通過盤形滾刀破巖實現隧道全斷面一次開挖成型、采用主機帶式輸送機出渣的大型機械設備[1-2]，具有技術先進、速度快、一次成型、工作環(huán)境好、安全性高、對圍巖擾動小、對自然環(huán)境破壞小等優(yōu)點[3]，是目前最先進的隧道施工設備之一。TBM法已成為發(fā)達國家隧道施工的首選工法[4]，也是我國長大隧道特別是山嶺隧道的首選工法。

關于某某工程TBM施工創(chuàng)最高月進尺、最高日進尺等施工紀錄的報道[5-6]有很多，而關于某某工程TBM施工受阻、卡機等長時間停機處理的文獻[7-8]也不少，這也是為何稱TBM“特別猛”又“特別慢”的緣故[4]。TBM施工究竟是“猛”還是“慢”呢？筆者的觀點是： 地質條件適宜時TBM“特別猛”，其單日掘進速度甚至可達近百m； 地質條件惡劣時TBM“特別慢”，需要人工干預甚至礦山法開挖后通過。當遭遇地質難題以及外部環(huán)境長期干擾而無法正常施工時，TBM人會感到“特別?！?，因為沒有好的解決措施而迷茫； 當齊心協力攻克難關，成功解決一項又一項難題時，TBM人會感到“特別美”，成就感會油然而生； 當TBM法隧道建設的規(guī)模越來越大時，TBM人會感到“特別忙”，整年奔波或者堅守在工地現場； 同時，TBM人都懷著一個“特別夢”，即在重大工程中依靠集體的聰明才智和吃苦耐勞的精神，攻堅克難駕馭TBM勇往直前，為實現中華民族偉大復興的中國夢貢獻力量。

隨著我國TBM設備研制、應用規(guī)模的擴大，針對TBM的研究很多，有設備技術方面的，有TBM選型方面的，也有施工技術與管理方面的，但關于TBM施工管理理念和綜合管理的研究較少。為了科學認識、正確認知TBM施工，在安全與質量的前提下，以保工期、控投資、降成本、增效益，促進TBM工法科學發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展為著力點，筆者結合近20年的TBM施工實踐，不斷總結和探索，在遼寧重點供水工程二段四標TBM施工過程中，逐步形成并首次提出TBM“持續(xù)、均衡、快速”施工理念，即SPS作業(yè)法。

本文簡要匯總TBM在我國的應用現狀，針對TBM施工進度不均衡的問題進行分析，結合工程實踐闡述TBM施工SPS作業(yè)法及其必要性，從需要具備的“3個基礎”著手，提出“七持續(xù)”“三均衡”10項措施實現適宜地質條件下TBM穩(wěn)產高產，而在惡劣地質條件下努力提升TBM工程適應性，以期TBM工法能夠更加適應我國基礎建設規(guī)模巨大、工期普遍緊張的特點，促進TBM工程的合理規(guī)劃以及TBM工法的科學使用，不斷提升我國TBM施工水平。

1 我國TBM應用現狀與問題分析

1.1 我國TBM應用與研究現狀

目前我國TBM法隧道建設呈現井噴式發(fā)展態(tài)勢，應用領域已經涵蓋了鐵路、水利、能源、軌道交通、礦山、綜合管廊等，同時施工的TBM數量已達40余臺(套)。例如： 西部某長隧引水工程3條隧洞總長520 km，采用TBM法與鉆爆法相結合施工，主體工程同時采用18臺敞開式TBM、3臺盾構施工，其中2條支洞采用2臺二手TBM施工，如此大規(guī)模的集群化TBM施工，在國際上也是前所未有的； 同時，引綽濟遼、滇中引水、青島地鐵、深圳地鐵、重慶軌道交通、西(寧)成(都)鐵路、川藏鐵路等項目也正在和即將采用大量TBM施工，從目前我國的設備設計制造以及施工能力和水平來看，這些工程將完全由國內企業(yè)承建，并且絕大多數將采用自主品牌的TBM設備。

國內TBM設計制造企業(yè)主要有3家，分別是完全自主研發(fā)的鐵建重工、收購了德國WIRTH公司的中鐵裝備和收購了美國ROBBINS公司的北方重工。筆者希望國內完全自主品牌能夠健康發(fā)展，也希望融合了境外資源的國內品牌能夠提供更好的產品和服務，促進我國TBM設計制造水平的不斷提高，使其更加符合隧道建設的市場需求。

TBM法隧道建設規(guī)模的擴張，自然而然地帶動了國內施工企業(yè)的迅猛發(fā)展，從原來中鐵十八局和中鐵隧道局2家施工企業(yè)發(fā)展到目前的近20家企業(yè)同時施工。

我國TBM法隧道的建設環(huán)境也呈現出兩極化發(fā)展趨勢，一是朝向地質條件復雜的山嶺隧道發(fā)展，二是朝向建設環(huán)境嚴苛的城市地下工程發(fā)展。

業(yè)內專家與相關從業(yè)人員對于TBM施工綜合管理與存在問題方面的研究，涵蓋了宏觀管控與具體的技術層面。文獻[9]指出我國工程建設中存在不合理建設工期、不合理工程造價、不合理施工合同、不合理施工方案4大不合理現象，同樣適用于TBM法隧道施工；文獻[4,9]提出了正確認識TBM工程適應性與適用范圍、降低設備成本、提高隧道規(guī)劃設計水平、科學籌劃工期、合理控制工程造價、盡量開展地質詳勘等觀點。由于施工進度關乎工期、施工成本、建設投資以及項目收益，因而受到業(yè)內的高度關注。

1.2 TBM施工進度不均衡問題分析

縱觀國內TBM施工項目，施工進度總體上存在嚴重的不均衡現象。西康鐵路秦嶺隧道及西南鐵路敞開式TBM平均月進尺約300 m、最高月進尺500～600 m；山西引黃入晉工程采用雙護盾TBM施工，總干線月進尺約700 m、最高月進尺約1 100 m，南干線平均月進尺約1 300 m、最高月進尺約1 800 m，南干聯絡段平均月進尺約1 300 m、最高月進尺約1 600 m；中天山隧道敞開式TBM前期平均月進尺約400 m、后期約100 m；蘭渝鐵路西秦嶺隧道敞開式TBM平均月進尺約400 m；遼寧重點供水工程敞開式TBM平均月進尺約600 m。為增強可比性，以同一工程不同標段、同一施工單位不同項目的同機型TBM施工進度為例，分析如下。

1)吉林省中部城市引松供水工程采用3臺敞開式TBM施工，開挖直徑7.93 m，采用連續(xù)皮帶機出渣，相關信息見表1，施工進度統計見圖1(圖中折線斷開部分為TBM中間轉場時間，計算平均月進尺時將其扣除)。TBM1平均月進尺643 m、最高月進尺983 m；TBM2平均月進尺549 m、最高月進尺1 336 m；TBM3平均月進尺652 m、最高月進尺1 406 m。3臺TBM月進尺的離散性對比見圖2(已經扣除開始掘進、貫通、中間轉場等不滿整月的月份)，顯然月進尺離散性由低到高排序依次為TBM1—TBM3—TBM2。經初步調研，地質原因、設備完好率、施工技術、施工理念、組織管理等的差異是影響施工進度均衡性的主要因素。

表1引松供水工程TBM施工信息匯總

Table 1 Statistics of TBM construction information of Songhua River Water Conveyance Project

TBM設備隧道區(qū)段長/m區(qū)段1區(qū)段2區(qū)段3隧道總長/m施工狀態(tài)TBM開始掘進時間TBM完工時間累計掘進長度/m平均月進尺/m最高月進尺/mTBM111 4998 29819 797貫通2015-042017-0715 528643983TBM210 15210 99621 148掘進2015-0514 5525491 336TBM310 5155 0564 62720 198貫通2015-062018-0118 7986521 406

注： 不同的月份起止日期，對數據統計分析存在一定影響，但不影響本文研究分析及結果。

圖1 引松供水工程3臺TBM月進尺對比

Fig. 1 Comparison of monthly advance among 3 TBMs used in Songhua River Water Conveyance Project

圖2 引松供水工程3臺TBM月進尺離散性對比

Fig. 2 Comparison of discreteness of monthly advance among 3 TBMs used in Songhua River Water Conveyance Project

2)遼寧重點供水工程某標段和西部某輸水隧洞，均為敞開式TBM施工，前者TBM開挖直徑為8.53 m，后者TBM開挖直徑為6.53 m，由同一個TBM團隊負責施工(后者主要的TBM技術與管理人員由前者整體調遣)。2臺TBM月進尺對比見圖3，其中遼寧重點供水工程折線斷開部分為TBM中間轉場時間，西部輸水隧洞在第1個月份TBM掘進時間只有2 d，計算平均月進尺時將其扣除，其TBM平均月進尺根據圍巖條件選取第2—7個月的平均值。2臺TBM月進尺的離散性對比見圖4(已扣除開始掘進、貫通、中間轉場等不滿整月的月份)。西部輸水隧洞TBM月進尺嚴重不均衡且后期持續(xù)低迷，影響因素在于惡劣的地質條件和施工干擾。該工程自第7個月開始遭遇嚴重蝕變巖，之后是極度破碎圍巖，且涌泥、涌砂現象非常嚴重，TBM對于該段隧洞的地質適應性極差，不適合采用TBM施工，若選用機械法則應該考慮土壓平衡盾構；實際揭露的圍巖與施工圖地勘成果相去甚遠，且遭遇極度破碎圍巖8個月之前提供給施工單位的地質信息為“節(jié)理密集帶”，從而給掘進施工造成了很大的誤導；此外，建設單位的盲目指揮、不當指導，施工單位未能及時扭轉影響也是制約施工進展不可忽視的一個因素。

圖3遼寧重點供水工程某標段和西部某輸水隧洞工程2臺TBM月進尺對比

Fig. 3 Comparison of monthly advance between TBM used in water conveyance projects in Liaoning and that in west China

圖4遼寧重點供水工程某標段和西部某輸水隧洞工程2臺TBM月進尺離散性對比

Fig. 4 Comparison of discreteness of monthly advance between TBM used in water conveyance projects in Liaoning and that in west of China

擴展研究范圍發(fā)現，上述TBM施工進度不均衡問題并非個例，已經成為較為普遍的問題，不利于TBM法的科學合理推廣與健康持續(xù)發(fā)展。

2 SPS作業(yè)法及其必要性

2.1 SPS作業(yè)法(持續(xù)、均衡、快速施工)

SPS作業(yè)法是TBM持續(xù)(sustained)、均衡(proportional)、快速(speedy)施工的英文縮寫，包括2重含義： 1)地質條件適宜時實現TBM掘進施工的長期穩(wěn)產高產； 2)地質條件惡劣時攻堅克難，通過改進施工工藝、改善設備功能與性能，提升TBM的工程適應性。

2.2 SPS作業(yè)法的必要性

如前所述的引松供水工程是國務院確定的172項重大水利工程之一，可以解決長春、四平、遼源等吉林中部城市群水資源嚴重短缺問題，保證城鄉(xiāng)居民飲水安全和保障國家糧食安全，設計水平年(2030年)多年平均引水量為7.31億m3[10]。該引水隧洞采用3臺TBM施工，原計劃掘進貫通時間基本相同，但實際貫通時間差異較大，與另2臺相比TBM2貫通滯后時間折中按10個月計算，引水量取設計值的60%，水量損失約6億m3，社會效益與經濟效益損失慘重；TBM施工期間人工費月均按1萬元/人計算，施工與管理人員按150人考慮，工期滯后10個月將增加人工費1 500萬元，還會產生大量的設備折舊費、水電油消耗、管理費等成本，因而工期對施工成本的影響是不言而喻的。提高TBM綜合月進尺，確保工程如期甚至提前竣工至關重要。

我國有句諺語 “不怕慢只怕站”，TBM法施工也是如此。如圖1所示，引松供水工程TBM1最高月進尺只有983 m，但平均月進尺為643 m；TBM2最高月進尺為1 336 m，是TBM1的1.4倍，而平均月進尺只有549 m，為TBM1的85.4%，如果加入中間轉場時間，其綜合施工速度更低，原因是施工進度不均衡導致了TBM2綜合掘進速度相對偏低。

由此可見，努力實現TBM持續(xù)、均衡、快速施工是非常必要的，否則會明顯延誤工期、造成施工成本的增加和社會經濟效益的巨大損失。

3 SPS作業(yè)法的基礎條件

倡導TBM持續(xù)、均衡、快速施工理念，需要打好必要的基礎條件，否則只能事倍功半。筆者認為應該從以下3個方面著手。

3.1 真實、準確、完整的地質勘查

地質條件是隧道建設最重要的影響因素，自選線開始直到開挖貫通，需要全過程關注。可信度較高的地勘成果能夠為TBM掘進提供較為準確的指導，事先做好相應準備工作，否則就如雨雪霧天或者高峰期駕車出行而不關注路況信息，使得發(fā)生堵車甚至引發(fā)交通事故的概率大大增加。

1)開工前的地質勘查，應盡量真實、準確、完整。開工前的地勘成果，會直接決定隧道施工工法選擇、TBM機型選擇、工期與進度計劃，是隧道工程設計施工的首要條件。如前所述，西部某長隧引水工程，平均1～2 km布設一個地質鉆孔，對初步分析存在不良地質的洞段加密探孔，詳盡而相對準確的地勘成果為TBM順利施工奠定了良好的基礎，該工程第1臺TBM自2017年9月15日開始掘進，至2018年2月底累計掘進4 729 m，實際揭露圍巖與施工圖地勘成果的吻合性約為70%，平均月進尺860 m；而同一地區(qū)另外一條輸水隧洞，全長41 km，以2臺敞開式TBM施工為主，前期地勘粗略，洞身段絕大部分未詳勘，甚至由于埋深大導致布設地質鉆孔困難，在出口段TBM已經完成掘進的2 773 m洞段，實際揭露圍巖與施工圖地勘成果的吻合性只有29.7%，并且出現了該洞段未預見的嚴重蝕變、長距離極度破碎圍巖，TBM掘進施工嚴重受阻，平均月進尺僅146 m。地勘成果相對地質條件的準確度對于TBM順利施工的重要影響可見一斑。

2)TBM掘進過程中加強超前地質預報。由于當前技術發(fā)展水平的限制，深埋于地下的圍巖情況總是讓人捉摸不透，地質勘查成果與實際揭露的圍巖總會存在一定的偏差，因而超前地質預報是隧道施工地質勘查工作的必要補充，特別是在地質條件欠佳洞段，具有參考價值的超前地質預報成果能夠為TBM掘進施工提供有效指引。施工圖地勘成果、TBM掘進揭露圍巖狀況、超前地質預報三者相結合，能夠為TBM掘進施工時做到基本探明前方地質以及科學決策提供依據。

3)及時修正地勘成果。如果施工圖地勘成果與TBM掘進實際揭露的圍巖存在較大出入，則應該結合實際揭露圍巖狀態(tài)、地勘原始信息重新分析并修正原來的地勘成果，甚至補勘或者重新勘察，否則會嚴重誤導TBM掘進施工，給隧道施工安全、質量、工期、成本埋下隱患。如前所述，全長41 km、地質吻合性只有29.7%的隧洞，應該立即開展該項工作。

3.2 TBM具有良好的工程適應性

TBM屬于專用設備，每種類型的TBM都有其相應的工程適應性，甚至同類型的TBM每一臺的工程適應性也會存在明顯差異，需要根據隧道工程的地質條件和建設需求選型并進行針對性設計。截至目前尚未出現可以應對所有地質條件和建設要求的“全能型”TBM。例如： 開挖直徑相同的敞開式TBM，如果隧道地質以完整硬巖為主，則需要強大可靠的破巖能力，對初期支護能力的需求相對較弱；如果隧道地質以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主，則需要高效的初期支護能力，適合較軟圍巖的破巖能力。因此，選擇隧道施工工法時，首先要根據地勘成果全面論證TBM的工程適應性，合理選型、科學配置。

TBM工程適應性是一個動態(tài)管理過程。隧道工程的地質條件總是存在不確定性，特別對于深埋長隧更是如此，因此要求TBM在能夠很好地適應大多數地質條件的同時，也要盡量滿足可預判的本工程可能存在的不良地質或者惡劣地質，并在施工實踐中不斷總結和探索，通過工藝和設備改進提升TBM對不良地質及惡劣地質條件的適應能力。但上述措施不應該成為極端惡劣地質條件下普遍采用的方法，只能作為應急措施短時間、短距離應用；TBM工程適應性很差、施工嚴重受阻甚至長時間卡機的洞段應果斷地依據地質勘查與超前地質預報成果、TBM設備及施工能力，科學決策，采用適宜的工法施工，而不能一味堅持TBM工法，否則仍然會嚴重影響工程工期、成本，甚至造成TBM嚴重損傷。

3.3 合理規(guī)劃施工方案

對于相同的地質條件、施工工法以及TBM類型和配置，合理的施工規(guī)劃能夠大大降低施工難度和施工風險，縮短工期、節(jié)約投資。例如： 現有先進的TBM設計制造水平、設備管理與施工技術水平，單臺TBM在同一隧道工程持續(xù)掘進20～25 km完全可以實現，施工區(qū)段劃分、施工支洞設計、長距離通風與供排水、長距離出渣與運輸、中間是否存在不良地質洞段及其應對措施等眾多影響因素，都需要統籌規(guī)劃，合理設計。

以下述3點為例，通常情況下：

1)TBM單區(qū)段連續(xù)掘進長度以10～15 km為宜。連續(xù)掘進長度過長則設備持續(xù)完好性難以保證，掘進過程中較長時間停機處理設備問題的概率較大；劃分的掘進區(qū)段過多，雖然施工難度降低了，但中間轉場每次耗時約2個月，也會嚴重影響工期和成本。

2)最大通風長度最好不超過15 km。采用ECE等知名品牌的高效變頻軸流風機和適宜的通風軟管，能夠較好地保證通風效果且能耗低；對于更長距離的通風方案，技術上可以實現，但加大風管直徑可能會侵占洞內運輸等作業(yè)空間或導致洞徑加大，多臺風機串聯通風效果較差且增加能耗，中間增設接力風機需要布設電纜和變壓器，都會增加通風難度和成本，需要結合工程建設條件綜合論證；長隧施工的通風距離偏小，則會增加通風支洞/豎井以及風機轉場工程量，工期和成本也會受到影響。

3)不良地質洞段需要謹慎對待。首先是需要更加詳盡的地質調查與勘察，其次是按照現有的TBM設備能力、初期支護措施、可以實現的超前加固措施和效果評判TBM針對不良地質洞段的適應性，能夠安全掘進施工則采用TBM法，否則需要考慮采用礦山法等其他施工工法處理后TBM步進通過或者下半斷面掘進通過。

4 “七持續(xù)”“三均衡”實現TBM長期穩(wěn)產高產

“天下武功唯快不破”，TBM掘進施工同樣如此，但一時之快并不能保證全程快速和綜合成洞速度高，好比跑馬拉松必須根據個人體能和耐力合理控制全程速度、分配體能。

我們都希望TBM能夠充分發(fā)揮其“快速”的優(yōu)勢，在日常的TBM設備管理和施工管理中，重點體現為2個重要指標： 1)設備完好率； 2)純掘進時間利用率。TBM完好的狀態(tài)是隧道順利掘進的根本；提到TBM純掘進時間利用率，讓筆者想起小學語文課文《挑山工》，挑山工走“之”字形路線，登一次山走的路程大約比游人多一倍，但花的時間并不比游人多，關鍵在于挑山工持續(xù)緩速前進，具有很高的時間利用率，而游人瞬時速度快但停歇太多，時間利用率較低，龜兔賽跑的寓言故事講的也是這個道理。較高的設備完好率和純掘進時間利用率是TBM持續(xù)、均衡、快速施工的重要指標。經研究認為，需要在施工全過程中貫徹執(zhí)行“七持續(xù)”“三均衡”10項措施。

4.1 設備狀態(tài)持續(xù)完好

持續(xù)保證TBM及關鍵配套施工設備狀態(tài)完好，是貫穿TBM施工始終的全過程動態(tài)管理。以TBM設備為例闡述如下：

1)TBM招標采購階段，需要全面、詳細地研究，根據工程需求提出合理的TBM功能、性能、壽命、工作能力等全方位的要求。

2)TBM設計階段，需要充分溝通，合理調整完善其功能、性能、各系統的能力、壽命，且各系統相互匹配，設計聯絡過程中需要相關各方緊密配合。

3)制造階段，制造單位嚴格按工藝流程生產，買方(用戶)需要嚴格按規(guī)程監(jiān)造，及時發(fā)現問題并整改完善。

4)驗收階段，需要高度關注出廠驗收，目標是消除存在的一切缺陷，各方共同嚴格要求、逐項檢查、努力發(fā)現存在的問題和必要的改進可能性，消除設備缺陷，原則上驗收合格率達到100%方可出廠。出廠驗收與工地組裝調試驗收，均為空載驗收，重點關注TBM的設計功能是否滿足驗收要求；試掘進驗收為負載驗收，重點關注TBM工作性能是否滿足驗收要求。把好驗收關，才能把好設備質量關。

5)掘進施工過程中，規(guī)范操作，按規(guī)程維護保養(yǎng)，及時維修，避免和減少故障，降低故障對掘進施工的影響。

只有從設備選型與功能配置的源頭抓起，確保出廠的設備質量可靠，并且在使用全過程中加強管理，加大設備維護保養(yǎng)力度，正確處置設備故障，才能保持設備長期處于良好工作狀態(tài)。

4.2 操作執(zhí)行持續(xù)規(guī)范

“沒有規(guī)矩不成方圓”，TBM施工過程中，規(guī)范操作涉及到每道工序，大到掘進操作，小到洞底清理都要按規(guī)范執(zhí)行。編制完整的標準化作業(yè)指導書并貫徹執(zhí)行，包括維護保養(yǎng)、掘進操作、管片拼裝與回填、拼裝鋼拱架、打錨桿、鋪設鋼筋網、安裝鋼筋排、噴射混凝土、洞底清理、刀具檢查與更換、管線延伸、連續(xù)皮帶機延伸、皮帶硫化、物料運輸、刀具維修裝配、設備維修、軸線控制……規(guī)矩有了之后，關鍵在于按規(guī)矩執(zhí)行，增強執(zhí)行力。

例如： 掘進操作環(huán)節(jié)，規(guī)范操作可以讓TBM長期保持在合理的負載范圍內工作，并留有足夠的余量應對突發(fā)情況而盡量避免TBM超負荷運轉；可以大大規(guī)避設備故障而提高設備完好率；可以減少和避免意外情況發(fā)生而提高TBM純掘進時間利用率。所以，規(guī)范操作是實現TBM持續(xù)、均衡、快速施工的重要影響因素。

4.3 施工準備持續(xù)完備

“未雨綢繆”、“謀定而后動”、“工欲善其事必先利其器”、“七分準備三分干”，這些諺語都在說明一個道理——“準備”的重要性。持續(xù)做好各項施工準備，是TBM順利施工的重要保障。道路不通TBM無法運輸進場，場地不平TBM配套設施沒有布設空間，起重設備不到位TBM無法組裝，施工組織設計不齊備TBM無法開始掘進，風水電不通、施工材料未加工、備品備件不到場TBM也同樣無法開工。

施工準備無處不在，施工準備貫穿始終。TBM維修保養(yǎng)是為掘進施工做準備，本掘進循環(huán)的完成是為下一個循環(huán)的開始做準備，每道工序實際上都是在為下一道工序做準備，直到隧道貫通、TBM拆卸并運出隧道為止，此時又要為TBM后續(xù)的維護保養(yǎng)與存儲、后續(xù)工程施工做好必要的準備工作。準備充分完備，就能減少非掘進所占用的時間，提高TBM純掘進時間利用率，提高TBM設備完好率。

4.4 工序銜接持續(xù)緊湊

工序銜接緊湊能夠最大程度地避免時間浪費，提高TBM純掘進時間利用率。例如： 西康鐵路秦嶺隧道TBM施工采用有軌運輸出渣，平均月進尺310 m，TBM純掘進時間利用率29.8%，運輸故障導致TBM停機等待時間占20%以上[11]，因而工序銜接不暢對TBM施工進度的影響很大；引漢濟渭秦嶺隧洞嶺北工程第1階段TBM掘進過程中，平均月進尺517 m，純掘進時間利用率只有約20%，主要原因之一是皮帶機出渣系統經常性故障導致TBM掘進施工無法長時間緊密銜接，只能間歇性掘進,而TBM本身的工程適應性很好，假設該工程的皮帶機出渣系統配置合理、性能可靠，故障率會顯著降低，TBM純掘進時間利用率達到業(yè)界平均30%以上的水平是可以實現的，即使提高5%平均月進尺也會達到650 m。除設備原因之外，施工組織對工序銜接的影響也很大，勞動力配置不足會增加工序作業(yè)時間，技術力量不足會增加措施決策時間，上下工序沒有統籌安排會增加單位工程量作業(yè)時間，工序交接拖沓、勞動積極性不高同樣會影響施工效率。

工序銜接緊湊并且做到持之以恒，需要具備強有力的綜合施工管理水平，包括技術保障、資源投入、現場管理、人員管理、安全文明施工、質量控制等各個方面，任何一個環(huán)節(jié)的問題都會影響TBM順利掘進，多個短時間影響匯集到一起就會嚴重影響TBM純掘進時間利用率，而TBM掘進進尺是由掘進速率與純掘進時間共同決定的。

4.5 施工工藝持續(xù)改進

作為TBM掘進施工技術保障的一個不可或缺的環(huán)節(jié)是不斷優(yōu)化施工工藝，完善設備性能。

雖然開工之前已經制定了當時認為完善的施工方案和施工工藝，但掘進施工過程中，還需要不斷總結經驗、發(fā)現存在的問題，努力探索，在現有基礎上不斷增強設備的工程適應性，提高技術措施的實施效率，提升施工能力，減少非掘進工序占用時間，提高TBM掘進施工過程中的設備完好率和純掘進時間利用率。

例如： 敞開式TBM同步襯砌施工技術能夠大大提升隧道施工綜合成洞速度與安全性；鋼筋排支護系統的合理應用能夠大幅減少破碎地質條件下的圍巖坍塌；連續(xù)皮帶機出渣技術可以助力提升TBM純掘進時間利用率和施工速度。

4.6 安全質量持續(xù)保證

安全事故帶來的損失巨大，直接影響施工進度與工期、社會穩(wěn)定、經濟效益等，國家、行業(yè)、企業(yè)對于安全生產的重視程度越來越高，相關法律、法規(guī)、規(guī)章制度也越來越健全，安全體系、安全措施不斷完善，共同為施工生產保駕護航。

百年大計，質量第一。沒有質量保證就無法保證隧道全壽命周期內的安全運營。

TBM施工安全，首先是人的安全，其次是設備安全，需要相應的安全措施與資源投入方可實現，這是安全生產的重要保證。遇到惡劣地質條件時，更要增強風險意識。例如： 為錨桿鉆機等初期支護設備配備足夠的防護措施可以有效避免拱頂坍塌造成設備損傷；作業(yè)人員充分了解巖爆風險及其危害能夠及時躲避危險并提前采取預防措施；破碎圍巖條件下合理及時支護能夠保證隧道結構質量并實現安全目標。

安全與質量密不可分，必須常抓不懈，不能出現斷檔，務必做到時時刻刻講安全、時時刻刻保質量，唯有如此我們才能安心地使用TBM，配合TBM順利掘進施工。

4.7 施工管理持續(xù)完善

施工管理貫穿于TBM掘進施工的全方位、全過程，除了前文所述，還包括生產組織管理模式、人力資源管理、執(zhí)行力建設、成本控制、資金管理等。例如： 20世紀90年代采用的“9 + 9 + 6”工作制(即2個掘進班每天分別工作9 h，1個整備班每天工作6 h，交替循環(huán))與長距離連續(xù)掘進的施工現狀相比已經落伍，逐步改為“12 + 12并6”工作制(即3個掘進班每次工作12 h休息24 h，輪班作業(yè)；同時，1個整備班每天固定時間開始工作6 h，整備完畢則掘進班開始掘進施工，實現無縫銜接)，既保證了工人充分休息又提升了TBM施工效率。

著重提及一點，人力資源是第一生產要素，即便TBM這樣的機械化施工，也同樣離不開人。TBM應用規(guī)模的擴大，帶來建設、設計、監(jiān)理、施工、制造單位對TBM專業(yè)人才需求的增加，TBM人才流動在所難免，如何聘人、育人、用人、留人，營造寬松的勞動氛圍、培養(yǎng)健康樂觀的工作作風，激發(fā)人的主觀能動性和創(chuàng)造性，是一個大課題，且已經有很多研究成果，但仍需與時俱進、研究出更加適用的解決之道，為TBM施工留住可用人才。

4.8 生產資源均衡匹配

TBM掘進施工的生產要素涉及人、機、料、財、法、環(huán)，既要滿足掘進施工需求，又要合理控制，與工程本身、施工進展、施工進度動態(tài)匹配。資源配置不足會制約TBM掘進，過多又會造成生產資源的浪費，均衡匹配才符合TBM持續(xù)、均衡、快速施工的要求。

以人力資源為例，TBM施工需要大量有經驗的技術工人，也需要清理虛渣的普通工人，更離不開主司機、機電液工程師等專業(yè)技術人才和高水平的技術管理與綜合管理人才，只有具備與崗位相適應的良好素質和較強能力的人力資源的合理匹配才能形成有機整體，為掘進施工全面服務。

4.9 成本消耗均衡控制

控制TBM施工成本要與當前的建設環(huán)境、地質條件、面臨的主要困難相匹配，并非一味減少投入。成本控制涉及所有的生產要素和施工環(huán)節(jié)，與生產資源均衡匹配是相輔相成的，需要有大局觀、整體意識。成本消耗與TBM掘進施工進展存在必然的內在聯系，均衡控制才能實現保生產和降成本雙贏的局面。

例如： 采用TBM法施工的長大隧道，通風距離甚至達到了20 km，通常會配置類似前文所述的高性能的通風設備；對于通風距離為7～8 km甚至更短一些的隧道，普通風機也能夠滿足通風需求，然而由于設計與制造質量的原因，能耗截然不同，最終降低了設備采購成本——“貪小便宜”，而大幅增加了風機耗電成本——“吃大虧”。成本控制的“多”和“少”需要辯證對待。

4.10 工程造價均衡發(fā)展

上述措施保證了TBM掘進施工的安全、質量、進度、成本，而施工企業(yè)必須追求合理的利潤，否則企業(yè)就無法生存和發(fā)展。這就需要工程造價要合理，要與時俱進，而不是死守多年前頒布實施的TBM定額。

TBM法隧道施工技術作為近年才推廣應用的新技術、新工藝，其技術水平、施工能力、施工規(guī)劃、施工方案正在不斷發(fā)生重大變化，定額編制時雖然合理推知、適當超前，但仍然趕不上時代的腳步。例如： 2007年頒布實施的《水利工程概預算補充定額： 掘進機施工隧洞工程》，概算部分“TBM掘進定額中軸流通風機臺時量是按一個工作面長度6 km以內擬定的，當工作面長度超過6 km時，應按表2系數調整軸流通風機臺時量”，表2中所列工作面長度最大僅為12 km[12]，而目前實際工程中TBM最大通風距離已經超過20 km。再如人工費，參照最新的《水利工程設計概(估)算編制規(guī)定: 工程部分》,TBM掘進人工費中級工預算單價8.90元/h[13]，與當今不少于5 000元/月的普通農民工工資水平相比，只有其40%。定額編制時所依據的工程實例、所采集的工程信息，數據樣本量太小、樣本代表性不足，和現階段的形勢相去甚遠；況且上級部門審批、建設單位招標過程中還會在此基礎上“揮刀砍一截”，施工虧損是不言而喻的。

此類現象比比皆是，大伙房輸水工程、遼寧重點供水工程、西部某長隧引水工程等都存在投標價格低于成本價的問題，施工企業(yè)為了市場份額而承建，這不是長久之計。呼吁相關部門科學、理性對待工程造價控制問題，既要控制投資又要讓企業(yè)通過自己的努力獲得合理的利潤，這才是長久健康、科學、和諧發(fā)展之道，才能真正實現可持續(xù)發(fā)展。

5 工程應用與效果

TBM施工SPS作業(yè)法，在遼寧重點供水工程二段四標開始研究應用，并且在實踐過程中不斷探索、改進、完善，全標段TBM平均月進尺616 m、最高月進尺822.6 m，最低月進尺485 m(不滿整月的試掘進及轉場后的第1個月)，月進尺離散性為-25.2%～26.8%，純掘進時間利用率達59.76%[5]。

之后，SPS作業(yè)法推廣應用于吉林引松工程二標段。TBM第1階段于2016年1月10日提前110 d貫通，平均月進尺710 m，純掘進時間利用率達63%[14-15]；二標段全線提前14個月貫通，平均月進尺643 m，純掘進時間利用率達56.85%[16]。

6 結論與討論

1)SPS作業(yè)法是促進TBM法隧道施工技術科學發(fā)展的重要保障，目前的施工技術與管理水平，能夠滿足在適宜的地質條件下實現TBM持續(xù)、均衡、快速施工。

2)“3個基礎”“10項措施”是實現適宜地質條件下TBM持續(xù)、均衡、快速施工的必要條件和有力保障。

3)開展極端惡劣地質條件下TBM施工技術研究是TBM持續(xù)、均衡、快速施工不可或缺的重要內容。隨著我國基礎設施建設規(guī)模的擴大和建設環(huán)境的變化，不良地質條件、惡劣地質條件是不可避免的，也無法完全預知，不良地質條件下的TBM施工技術研究已經很多，但極端惡劣地質條件已經嚴重影響了部分TBM工程的順利實施。下一步需要針對極端惡劣地質開展系統研究工作，如極強巖爆、高巖溫、高地應力、強蝕變、嚴重破碎圍巖、大變形、大流量突涌水、高壓涌水、突泥涌砂、極完整特硬巖、高磨蝕性圍巖等。

最后，倡導所有參建單位各司其職，通力合作，發(fā)揮專長，專業(yè)人做專業(yè)事，促進TBM工法科學、可持續(xù)發(fā)展。