浅析TBM施工管理措施

武志鹏，刘素彦

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，311100，杭州）

浅析TBM施工管理措施

武志鹏，刘素彦

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，311100，杭州）

由于TBM设备自身系统的高度复杂性、多样性，以及所开挖隧道地质情况的复杂性，使得在TBM施工项目实施过程中存在很多不可预见的风险因素。结合TBM掘进机施工特点，通过对越南Thoung-Kontum水电项目TBM掘进机在生产组织、施工技术、故障检测等方面可能存在的风险因素以及相应的管理思路进行分析，提出了有针对性的处理措施，以期提高施工效率和工程质量，可供类似工程参考。

TBM施工；检测；磨损；硬岩；断层

当前随着我国水利水电事业的快速发展，TBM设备的应用越来越广泛。本文拟结合在越南Thoung-Kontum水电项目的生产实践实例，浅析TBM施工管理的一些措施。

一、工程概况

Thoung-Kontum水电项目TBM施工隧洞全长约13 km，工程采用美国Robbins公司生产的160系列高性能主梁式硬岩掘进机（TBM），开挖直径为4.5 m；出渣方式采用连续皮带机与洞外转渣皮带结合，将TBM开挖石渣直接输送至弃渣场。地质资料显示，引水隧洞沿线岩石坚硬，上覆岩层较厚，构造较发育，洞室处于地下水水位以下。断层破碎带、裂隙密集发育带、不利结构面组合部位、蚀变带及风化带岩体稳定性较差。Ⅳ-1等断层与洞室夹角小，对洞室围岩稳定不利，推断引水线路岩体稳定性差。

二、TBM生产组织管理

Thoung-Kontum水电项目TBM施工采用的是分包模式管理，分包合同承包人负责TBM洞段的开挖、支护、衬砌、灌浆、观测设施等所有项目，总承包方负责提供TBM施工设备主体以及附属的风机、内燃机车等，并进行TBM设备施工过程中的设备运行与施工监督管理等。因此，在对TBM施工方的生产组织方面的管理主要是进行目标控制管理，在目标控制管理的过程中，通过对进度计划的分解，制定出日、周、月等生产计划、材料及备件需求计划等，对施工方进行管理。

在此期间，为便于进行施工生产的管理，总承包方采取了任务包干方法和奖励措施，在施工方完成既定任务并达到质量要求后即兑现对应的奖励，通过调动一线组织管理人员和生产人员的积极性和责任感，来促进TBM施工的开展。

1.TBM设备运行管理

TBM设备运行管理应建立完善的设备管理体系，制定各项规章制度，建立TBM机况监测、油样分析、全面实施强制性维修保养；加强备品备件管理，充分保障TBM施工需要。通过在TBM运行过程中定员定岗，保证各工作岗位作业人员相对稳定，使工作人员的技能专业化，避免非专业人员的违章操作，同时也明确每个员工的岗位职责。另外建立了交接班制度、

班前会议制度、管理和技术人员跟班制度以及日常巡视检查制度等，及时发现并解决处理施工过程中出现的突发事件和故障。

在保证TBM设备正常、运转安全、发挥应有的施工能力方面，工作人员对设备进行严格地日常维护和检修管理，根据TBM制造商提供的技术文件，编制详细的维护保养和设备检修规程。在具体实施过程中，严格执行强制保养原则，每天上午安排不少于4小时的维护保养、设备检修、刀具检测更换时间，并组建专业的维护班组，以机械、电气、液压、刀具工程师为主干，其他员工协助进行设备日常维护保养与检修；坚持分级保养制度，以班、日、周、月、季、半年、年为周期，对TBM设备进行维护保养，在维护保养过程中严格执行工作人员自检、班组成员互检以及专职巡检人员检查的“三检”制度。

2.生产物资及备品备件管理

生产物资及备品备件是确保施工生产连续性的重要保证，由于涉及内容多且繁杂，受施工进度、设备状况、施工环境以及采购周期等因素影响较大，该工作需要一个责任心强的团队进行管理，在管理过程中需要密切关注施工生产情况和市场情况。

为便于全面掌控施工质量且最大限度地保障施工方施工的连续性，根据分包合同，日常生活物资及临建材料全部委托施工方进行采购管理，工程主体所需的材料（如钢筋、水泥、砂石料等）由总承包方负责供货，并监督管理主体材料供货和使用，同时对主体材料的质量负责。在主体材料管理流程方面，首先，施工方根据施工进度计划制定以周、月为周期的材料需求计划，经物资部、工程部、合同部等相关部门结合实际的施工进展情况对施工方的材料计划进行会审，并根据需求数量结合供货周期、经济采购量等统一调配采购。同时，在每月月底对施工方现场材料进行盘点、材料核销等。

对于备品备件的管理，通过长期对设备运行状况的跟踪，摸索总结出备件损耗率，并总结实际订货周期及不同备件的供货周期，最后根据备件的重量、重要程度、使用频率，按照ABC分类管理办法对备品备件实施管理，对不同的备件制定合理的安全库存量，当低于安全库存量时，即可考虑备件计划，进行采购工作。对于低值易耗品、小型但急用件，考虑一定的库存量；重要部件总成（如主轴承、电机、变速箱、变频器）等到货期很晚的备件，考虑一定的提前量，仓库内常备一套。

备件管理工作中还要加强计划性和预见性，可以多参考专家及设备供应商的意见，考虑在当地市场采购通用件，既缩短供货周期又能节约成本。

三、TBM施工技术管理

1.刀具检查维护与磨损

在TBM掘进施工过程中，由置于刀盘上的盘形滚刀切割岩石，滚刀的直径越大，其强岩层负载量就越多，穿透率越好，耐磨性随着尺寸的增加而增加。一般挖隧道可用的滚刀为17″—21″滚刀。Thoung-Kontum水电项目由于所选TBM直径不大（4.5m），考虑刀盘上放置滚刀数量问题，选择安装了17″的滚刀。滚刀全部由Robbins公司提供，刀具的材质和使用效果已在长期的实践过程中得到验证，属于技术和质量都很成熟的产品。

刀具的异常磨损原因不能一概而论，要根据具体地质条件和当时情况具体分析，常见的异常磨损情况有：①刀具磨损与岩石硬度密切相关，同时与围岩完整性系数也紧密关联，但凡硬岩地段，刀具消耗量大，破硬岩对刀盘的冲击作用不可忽视，损坏的刀具中易出现崩刃现象。②由于冲击作用，崩刃的碎块极有可能夹在刀圈与刀体之间，顶紧掌子面后，就会卡紧刀圈挡环，导致刀体失圆，失圆的刀体造成刀具轴承变形，轴承在掘进过程中卡滞不转，造成滚刀刀圈的偏磨，严重者可导致刀体的损坏。③装刀质量差或滚刀挡圈焊点不足，以及掘进过程中掘进参数选取不合理，常常会造成刀具挡圈脱落或刀圈黏滞、偏磨等。

在项目实施过程中，如何控制刀具异常磨损、合理安排刀具检查更换工作、提高换刀效率及刀具使用率等是节约施工成本和提高施工效率的管理重点。首先，严格做好刀盘刀具检查维护工作，根据Robbins公司刀具检查指导技术文件及多位专家以往实践经验，总承包方制定了一系列刀盘检查维护指导性文件，在每天的整备时间以及掘进过程中，以3～4个循环为周期对刀盘刀具进行检查维护，重点检查刀盘上所有紧固件是否存在松动或扭矩力不足，检查铲斗和刀座的焊缝情况，检查所有滚刀刀圈及铲斗齿的磨损量。其次，严格按照换刀指南进行刀具的更换与调整，在刀具维修过程中，聘请专业的刀具维修人员，提高刀具的维修和装配质量，减少刀具的非正常磨损。

在操作与掘进参数的选取上，应注意以下几个方面：①遇到硬岩时，掘进参数不宜过大，可适当提高刀盘转速，减小贯入度和推进油缸压力，柔和操作，避免大推力、大推进速率掘进。②掘进速度在接近掌子面时不宜过大，应柔和接触，推进速率选取20％为宜，岩石情况稳定后推进速度缓慢增长，但不应超过45％，扭矩变化范围小于10％。③掘进过程中，密切观察皮带机落渣情况，当破碎的岩块尺寸较大时，多棱体比例在20％～30％时，应降低掘进速度，减小贯入度；当皮带出现大量多棱体并不断往外输出时，则应停止推进，减小刀盘转速。

2.TBM振动影响与措施

TBM掘进机在硬岩条件下掘进时的振动不可避免，但如果振动特别剧烈，则要考虑部件自振频率是否会引起关键零部件的共振，这种影响是有害的。电缆、高压油管等在高频振

动下，外皮及铠装会随振动磨破乃至破损，结构件及依附于主梁的连接件或者焊接连接件的螺栓随着振动会松动，焊缝会开裂甚至扩展，刀盘的结构件受高频振动作用也会由微细裂纹扩展开裂。

通过加强设备的振动检测能够比较准确地判断TBM各种旋转机械的故障部位和故障特征，检测方法可以采用频谱分析的方法，检测部位应选取几个固定的、振动影响较明显的重要部位，通过多次检测数据，更快、更准确地发现故障隐患。在预防设备振动方面，应严格进行刀盘加工精度检测，避免存在刀盘偏心影响。另外主驱动电机应对称分布，避免由于个别主驱动电机故障而使主驱动机头架带病作业。若必须进行施工时，应保证机头架两侧参与作业的主驱动电机对称分布。

3.TBM故障检测

设备故障往往伴随TBM施工的全过程，除加强设备日常维护工作外，通过各种手段及时发现并解决故障隐患，能够最大限度地降低故障率，提高施工效率。在检测仪器的选取上，受现场施工条件的限制，可采用简易的便携式故障检测仪器，如手持式振动分析仪（测速度、加速度、位移）、红外测温仪、油料理化指标试验设备等。安排专人进行设备故障检测工作，并联系专家组协助，根据监测情况定期汇总，判断故障，遇重大故障立即报告，发现轻微故障要求维护保养人员及时排除。

四、施工环境因素管理

1.洞内通风与除尘

在TBM设备施工过程中，良好的通风效果是保证安全、高效、优质施工的前提。尤其针对小断面长隧洞的TBM施工，通风效果的好坏直接影响施工的连续性和安全性。

在通风与除尘系统运行维护方面，应注意以下两个方面：①长距离启动风机需要根据距离的长短，随时调整变频驱动的延时时间，便于新风充盈风管，避免新风锤击效应，撕破风管；遇到破洞及时修补，或用氯酊胶配合钓鱼线缝合破洞。②刀盘至除尘风机沿途风道根据伯努力利方程原理，应采用顺直风道，减少拐弯及复杂结构等，可大量采用硬风管布置，只在活动连接处（如两台车间）采用软管进行连接；为避免风道内沉积灰尘，可每间隔一定距离在除尘风管上便于作业的硬风管处开设取灰口，以法兰螺栓盖板模式辅之以橡胶密封，定期打开，利用除尘风机开机的真空度，将风道内灰尘排出并收集，尽力减少风道内积存灰尘，除尘效果会有明显改善。

在通风与除尘系统管理方面，建立以岗位责任制和奖惩制为核心的管理制度，定人定岗负责轴流风机、除尘风机的运行管理，安排维护工作队负责风管的安装、日常维护、检查和故障处理等工作；在风管的安装过程中，要做到风管平直顺畅，接头处严密，挂钩间距均匀合理并与洞径保持水平。同时，完善职工劳保用品配置，口罩及防尘劳保用品及时发放，并对穿戴情况进行监督。

2.地质断层的处理措施

在TBM施工中，地质风险的影响主要以断层形式出现，断层带围岩受构造影响严重，围岩破碎、稳定性极差，在TBM设备掘进过程中可能出现塌方，且影响范围大。针对地质断层的处理，应根据“预测先行，预防为主，确保安全”的原则，如果发现开挖石渣呈块状且大小悬殊、石渣最大可达30×20×20cm、TBM推力降低、掘进速度加快、出渣时伴随大量洞壁涌水等情况时，可以初步判定前部围岩存在断层破碎带。

针对不同的断层宽度、填充物、地下水的情况及其对TBM掘进施工的影响程度，应采取不同的施工方案：①断层带较短时，对TBM掘进施工影响较小，施工时尽量减少停机时间，加快各个工序的衔接，快速通过，防止出现大的塌方，造成施工困难。②断层严重的地段，进行超前预加固。利用TBM配备的钻机设备、注浆设备对隧道前方断层破碎带的岩石进行超前注浆加固。③富含地下水的断层破碎带，先封闭水，后固结围岩，再继续施工。

在断层破碎带揭露后，应首先采用机械臂或人工喷锚，及时封闭破碎的围岩，用铁皮或网片等封堵坍塌区，快速灌注混凝土，必要时在混凝土中添加适量速凝剂等。在完成初步回填处理后，及时安装钢拱架，并打锚杆进行固定，必要时可用型钢对钢拱架进行加固，对钢拱架底部和两边打锁脚锚杆等，以控制拱架变形，确保安全和TBM设备顺利通过。

五、结 语

项目管理是决定项目能否顺利实施的关键，直接影响着业主和施工企业的经济效益。做好项目的管理工作，可避免许多不必要的损失，从而降低成本，提高企业竞争力。目前，TBM设备已被广泛应用于水利、铁路等隧洞施工项目，在施工项目实践中不断总结经验，才能最大限度地降低项目管理风险，顺利实现项目管理的总体目标。 ■

［1］杨中明.浅议工程建设施工管理［J］.建材发展导向，2014（2）.

［2］汪华东，孙周辉.TBM设备管理［J］.科技与企业，2014（20）.

［3］张楚华.如何加强备品备件管理［J］.沿海企业与科技，2008（5）.

［4］万志昌.盘形滚刀的使用与研究［J］.现代隧道技术，2002（10）.

［5］郭飞，黄俊，苏艺，等.盾构施工过程诱发振动振源特性［J］.北京工业大学学报，2014（12）.

［6］赵战欣.TBM施工过程中遇到问题的分析与对策［J］.国防交通工程与技术，2014（2）.

责任编辑 杨 轶

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

武志鹏，工程师。