TBM隧道施工SPS(持续、均衡、快速)作业法研究及应用

齐梦学， 周雁领

(1. 中铁十八局集团隧道工程有限公司， 重庆 400700； 2. 中铁十八局集团有限公司， 天津 300222)

0 引言

全断面岩石隧道掘进机(TBM)为依靠刀盘旋转推进、通过盘形滚刀破岩实现隧道全断面一次开挖成型、采用主机带式输送机出渣的大型机械设备[1-2]，具有技术先进、速度快、一次成型、工作环境好、安全性高、对围岩扰动小、对自然环境破坏小等优点[3]，是目前最先进的隧道施工设备之一。TBM法已成为发达国家隧道施工的首选工法[4]，也是我国长大隧道特别是山岭隧道的首选工法。

关于某某工程TBM施工创最高月进尺、最高日进尺等施工纪录的报道[5-6]有很多，而关于某某工程TBM施工受阻、卡机等长时间停机处理的文献[7-8]也不少，这也是为何称TBM“特别猛”又“特别慢”的缘故[4]。TBM施工究竟是“猛”还是“慢”呢？笔者的观点是： 地质条件适宜时TBM“特别猛”，其单日掘进速度甚至可达近百m； 地质条件恶劣时TBM“特别慢”，需要人工干预甚至矿山法开挖后通过。当遭遇地质难题以及外部环境长期干扰而无法正常施工时，TBM人会感到“特别茫”，因为没有好的解决措施而迷茫； 当齐心协力攻克难关，成功解决一项又一项难题时，TBM人会感到“特别美”，成就感会油然而生； 当TBM法隧道建设的规模越来越大时，TBM人会感到“特别忙”，整年奔波或者坚守在工地现场； 同时，TBM人都怀着一个“特别梦”，即在重大工程中依靠集体的聪明才智和吃苦耐劳的精神，攻坚克难驾驭TBM勇往直前，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献力量。

随着我国TBM设备研制、应用规模的扩大，针对TBM的研究很多，有设备技术方面的，有TBM选型方面的，也有施工技术与管理方面的，但关于TBM施工管理理念和综合管理的研究较少。为了科学认识、正确认知TBM施工，在安全与质量的前提下，以保工期、控投资、降成本、增效益，促进TBM工法科学发展、可持续发展为着力点，笔者结合近20年的TBM施工实践，不断总结和探索，在辽宁重点供水工程二段四标TBM施工过程中，逐步形成并首次提出TBM“持续、均衡、快速”施工理念，即SPS作业法。

本文简要汇总TBM在我国的应用现状，针对TBM施工进度不均衡的问题进行分析，结合工程实践阐述TBM施工SPS作业法及其必要性，从需要具备的“3个基础”着手，提出“七持续”“三均衡”10项措施实现适宜地质条件下TBM稳产高产，而在恶劣地质条件下努力提升TBM工程适应性，以期TBM工法能够更加适应我国基础建设规模巨大、工期普遍紧张的特点，促进TBM工程的合理规划以及TBM工法的科学使用，不断提升我国TBM施工水平。

1 我国TBM应用现状与问题分析

1.1 我国TBM应用与研究现状

目前我国TBM法隧道建设呈现井喷式发展态势，应用领域已经涵盖了铁路、水利、能源、轨道交通、矿山、综合管廊等，同时施工的TBM数量已达40余台(套)。例如： 西部某长隧引水工程3条隧洞总长520 km，采用TBM法与钻爆法相结合施工，主体工程同时采用18台敞开式TBM、3台盾构施工，其中2条支洞采用2台二手TBM施工，如此大规模的集群化TBM施工，在国际上也是前所未有的； 同时，引绰济辽、滇中引水、青岛地铁、深圳地铁、重庆轨道交通、西(宁)成(都)铁路、川藏铁路等项目也正在和即将采用大量TBM施工，从目前我国的设备设计制造以及施工能力和水平来看，这些工程将完全由国内企业承建，并且绝大多数将采用自主品牌的TBM设备。

国内TBM设计制造企业主要有3家，分别是完全自主研发的铁建重工、收购了德国WIRTH公司的中铁装备和收购了美国ROBBINS公司的北方重工。笔者希望国内完全自主品牌能够健康发展，也希望融合了境外资源的国内品牌能够提供更好的产品和服务，促进我国TBM设计制造水平的不断提高，使其更加符合隧道建设的市场需求。

TBM法隧道建设规模的扩张，自然而然地带动了国内施工企业的迅猛发展，从原来中铁十八局和中铁隧道局2家施工企业发展到目前的近20家企业同时施工。

我国TBM法隧道的建设环境也呈现出两极化发展趋势，一是朝向地质条件复杂的山岭隧道发展，二是朝向建设环境严苛的城市地下工程发展。

业内专家与相关从业人员对于TBM施工综合管理与存在问题方面的研究，涵盖了宏观管控与具体的技术层面。文献[9]指出我国工程建设中存在不合理建设工期、不合理工程造价、不合理施工合同、不合理施工方案4大不合理现象，同样适用于TBM法隧道施工；文献[4,9]提出了正确认识TBM工程适应性与适用范围、降低设备成本、提高隧道规划设计水平、科学筹划工期、合理控制工程造价、尽量开展地质详勘等观点。由于施工进度关乎工期、施工成本、建设投资以及项目收益，因而受到业内的高度关注。

1.2 TBM施工进度不均衡问题分析

纵观国内TBM施工项目，施工进度总体上存在严重的不均衡现象。西康铁路秦岭隧道及西南铁路敞开式TBM平均月进尺约300 m、最高月进尺500～600 m；山西引黄入晋工程采用双护盾TBM施工，总干线月进尺约700 m、最高月进尺约1 100 m，南干线平均月进尺约1 300 m、最高月进尺约1 800 m，南干联络段平均月进尺约1 300 m、最高月进尺约1 600 m；中天山隧道敞开式TBM前期平均月进尺约400 m、后期约100 m；兰渝铁路西秦岭隧道敞开式TBM平均月进尺约400 m；辽宁重点供水工程敞开式TBM平均月进尺约600 m。为增强可比性，以同一工程不同标段、同一施工单位不同项目的同机型TBM施工进度为例，分析如下。

1)吉林省中部城市引松供水工程采用3台敞开式TBM施工，开挖直径7.93 m，采用连续皮带机出渣，相关信息见表1，施工进度统计见图1(图中折线断开部分为TBM中间转场时间，计算平均月进尺时将其扣除)。TBM1平均月进尺643 m、最高月进尺983 m；TBM2平均月进尺549 m、最高月进尺1 336 m；TBM3平均月进尺652 m、最高月进尺1 406 m。3台TBM月进尺的离散性对比见图2(已经扣除开始掘进、贯通、中间转场等不满整月的月份)，显然月进尺离散性由低到高排序依次为TBM1—TBM3—TBM2。经初步调研，地质原因、设备完好率、施工技术、施工理念、组织管理等的差异是影响施工进度均衡性的主要因素。

表1引松供水工程TBM施工信息汇总

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

TBM设备隧道区段长/m区段1区段2区段3隧道总长/m施工状态TBM开始掘进时间TBM完工时间累计掘进长度/m平均月进尺/m最高月进尺/mTBM111 4998 29819 797贯通2015-042017-0715 528643983TBM210 15210 99621 148掘进2015-0514 5525491 336TBM310 5155 0564 62720 198贯通2015-062018-0118 7986521 406

注： 不同的月份起止日期，对数据统计分析存在一定影响，但不影响本文研究分析及结果。

图1 引松供水工程3台TBM月进尺对比

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

图2 引松供水工程3台TBM月进尺离散性对比

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

2)辽宁重点供水工程某标段和西部某输水隧洞，均为敞开式TBM施工，前者TBM开挖直径为8.53 m，后者TBM开挖直径为6.53 m，由同一个TBM团队负责施工(后者主要的TBM技术与管理人员由前者整体调遣)。2台TBM月进尺对比见图3，其中辽宁重点供水工程折线断开部分为TBM中间转场时间，西部输水隧洞在第1个月份TBM掘进时间只有2 d，计算平均月进尺时将其扣除，其TBM平均月进尺根据围岩条件选取第2—7个月的平均值。2台TBM月进尺的离散性对比见图4(已扣除开始掘进、贯通、中间转场等不满整月的月份)。西部输水隧洞TBM月进尺严重不均衡且后期持续低迷，影响因素在于恶劣的地质条件和施工干扰。该工程自第7个月开始遭遇严重蚀变岩，之后是极度破碎围岩，且涌泥、涌砂现象非常严重，TBM对于该段隧洞的地质适应性极差，不适合采用TBM施工，若选用机械法则应该考虑土压平衡盾构；实际揭露的围岩与施工图地勘成果相去甚远，且遭遇极度破碎围岩8个月之前提供给施工单位的地质信息为“节理密集带”，从而给掘进施工造成了很大的误导；此外，建设单位的盲目指挥、不当指导，施工单位未能及时扭转影响也是制约施工进展不可忽视的一个因素。

图3辽宁重点供水工程某标段和西部某输水隧洞工程2台TBM月进尺对比

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

图4辽宁重点供水工程某标段和西部某输水隧洞工程2台TBM月进尺离散性对比

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

扩展研究范围发现，上述TBM施工进度不均衡问题并非个例，已经成为较为普遍的问题，不利于TBM法的科学合理推广与健康持续发展。

2 SPS作业法及其必要性

2.1 SPS作业法(持续、均衡、快速施工)

SPS作业法是TBM持续(sustained)、均衡(proportional)、快速(speedy)施工的英文缩写，包括2重含义： 1)地质条件适宜时实现TBM掘进施工的长期稳产高产； 2)地质条件恶劣时攻坚克难，通过改进施工工艺、改善设备功能与性能，提升TBM的工程适应性。

2.2 SPS作业法的必要性

如前所述的引松供水工程是国务院确定的172项重大水利工程之一，可以解决长春、四平、辽源等吉林中部城市群水资源严重短缺问题，保证城乡居民饮水安全和保障国家粮食安全，设计水平年(2030年)多年平均引水量为7.31亿m3[10]。该引水隧洞采用3台TBM施工，原计划掘进贯通时间基本相同，但实际贯通时间差异较大，与另2台相比TBM2贯通滞后时间折中按10个月计算，引水量取设计值的60%，水量损失约6亿m3，社会效益与经济效益损失惨重；TBM施工期间人工费月均按1万元/人计算，施工与管理人员按150人考虑，工期滞后10个月将增加人工费1 500万元，还会产生大量的设备折旧费、水电油消耗、管理费等成本，因而工期对施工成本的影响是不言而喻的。提高TBM综合月进尺，确保工程如期甚至提前竣工至关重要。

我国有句谚语 “不怕慢只怕站”，TBM法施工也是如此。如图1所示，引松供水工程TBM1最高月进尺只有983 m，但平均月进尺为643 m；TBM2最高月进尺为1 336 m，是TBM1的1.4倍，而平均月进尺只有549 m，为TBM1的85.4%，如果加入中间转场时间，其综合施工速度更低，原因是施工进度不均衡导致了TBM2综合掘进速度相对偏低。

由此可见，努力实现TBM持续、均衡、快速施工是非常必要的，否则会明显延误工期、造成施工成本的增加和社会经济效益的巨大损失。

3 SPS作业法的基础条件

倡导TBM持续、均衡、快速施工理念，需要打好必要的基础条件，否则只能事倍功半。笔者认为应该从以下3个方面着手。

3.1 真实、准确、完整的地质勘查

地质条件是隧道建设最重要的影响因素，自选线开始直到开挖贯通，需要全过程关注。可信度较高的地勘成果能够为TBM掘进提供较为准确的指导，事先做好相应准备工作，否则就如雨雪雾天或者高峰期驾车出行而不关注路况信息，使得发生堵车甚至引发交通事故的概率大大增加。

1)开工前的地质勘查，应尽量真实、准确、完整。开工前的地勘成果，会直接决定隧道施工工法选择、TBM机型选择、工期与进度计划，是隧道工程设计施工的首要条件。如前所述，西部某长隧引水工程，平均1～2 km布设一个地质钻孔，对初步分析存在不良地质的洞段加密探孔，详尽而相对准确的地勘成果为TBM顺利施工奠定了良好的基础，该工程第1台TBM自2017年9月15日开始掘进，至2018年2月底累计掘进4 729 m，实际揭露围岩与施工图地勘成果的吻合性约为70%，平均月进尺860 m；而同一地区另外一条输水隧洞，全长41 km，以2台敞开式TBM施工为主，前期地勘粗略，洞身段绝大部分未详勘，甚至由于埋深大导致布设地质钻孔困难，在出口段TBM已经完成掘进的2 773 m洞段，实际揭露围岩与施工图地勘成果的吻合性只有29.7%，并且出现了该洞段未预见的严重蚀变、长距离极度破碎围岩，TBM掘进施工严重受阻，平均月进尺仅146 m。地勘成果相对地质条件的准确度对于TBM顺利施工的重要影响可见一斑。

2)TBM掘进过程中加强超前地质预报。由于当前技术发展水平的限制，深埋于地下的围岩情况总是让人捉摸不透，地质勘查成果与实际揭露的围岩总会存在一定的偏差，因而超前地质预报是隧道施工地质勘查工作的必要补充，特别是在地质条件欠佳洞段，具有参考价值的超前地质预报成果能够为TBM掘进施工提供有效指引。施工图地勘成果、TBM掘进揭露围岩状况、超前地质预报三者相结合，能够为TBM掘进施工时做到基本探明前方地质以及科学决策提供依据。

3)及时修正地勘成果。如果施工图地勘成果与TBM掘进实际揭露的围岩存在较大出入，则应该结合实际揭露围岩状态、地勘原始信息重新分析并修正原来的地勘成果，甚至补勘或者重新勘察，否则会严重误导TBM掘进施工，给隧道施工安全、质量、工期、成本埋下隐患。如前所述，全长41 km、地质吻合性只有29.7%的隧洞，应该立即开展该项工作。

3.2 TBM具有良好的工程适应性

TBM属于专用设备，每种类型的TBM都有其相应的工程适应性，甚至同类型的TBM每一台的工程适应性也会存在明显差异，需要根据隧道工程的地质条件和建设需求选型并进行针对性设计。截至目前尚未出现可以应对所有地质条件和建设要求的“全能型”TBM。例如： 开挖直径相同的敞开式TBM，如果隧道地质以完整硬岩为主，则需要强大可靠的破岩能力，对初期支护能力的需求相对较弱；如果隧道地质以Ⅲ、Ⅳ类围岩为主，则需要高效的初期支护能力，适合较软围岩的破岩能力。因此，选择隧道施工工法时，首先要根据地勘成果全面论证TBM的工程适应性，合理选型、科学配置。

TBM工程适应性是一个动态管理过程。隧道工程的地质条件总是存在不确定性，特别对于深埋长隧更是如此，因此要求TBM在能够很好地适应大多数地质条件的同时，也要尽量满足可预判的本工程可能存在的不良地质或者恶劣地质，并在施工实践中不断总结和探索，通过工艺和设备改进提升TBM对不良地质及恶劣地质条件的适应能力。但上述措施不应该成为极端恶劣地质条件下普遍采用的方法，只能作为应急措施短时间、短距离应用；TBM工程适应性很差、施工严重受阻甚至长时间卡机的洞段应果断地依据地质勘查与超前地质预报成果、TBM设备及施工能力，科学决策，采用适宜的工法施工，而不能一味坚持TBM工法，否则仍然会严重影响工程工期、成本，甚至造成TBM严重损伤。

3.3 合理规划施工方案

对于相同的地质条件、施工工法以及TBM类型和配置，合理的施工规划能够大大降低施工难度和施工风险，缩短工期、节约投资。例如： 现有先进的TBM设计制造水平、设备管理与施工技术水平，单台TBM在同一隧道工程持续掘进20～25 km完全可以实现，施工区段划分、施工支洞设计、长距离通风与供排水、长距离出渣与运输、中间是否存在不良地质洞段及其应对措施等众多影响因素，都需要统筹规划，合理设计。

以下述3点为例，通常情况下：

1)TBM单区段连续掘进长度以10～15 km为宜。连续掘进长度过长则设备持续完好性难以保证，掘进过程中较长时间停机处理设备问题的概率较大；划分的掘进区段过多，虽然施工难度降低了，但中间转场每次耗时约2个月，也会严重影响工期和成本。

2)最大通风长度最好不超过15 km。采用ECE等知名品牌的高效变频轴流风机和适宜的通风软管，能够较好地保证通风效果且能耗低；对于更长距离的通风方案，技术上可以实现，但加大风管直径可能会侵占洞内运输等作业空间或导致洞径加大，多台风机串联通风效果较差且增加能耗，中间增设接力风机需要布设电缆和变压器，都会增加通风难度和成本，需要结合工程建设条件综合论证；长隧施工的通风距离偏小，则会增加通风支洞/竖井以及风机转场工程量，工期和成本也会受到影响。

3)不良地质洞段需要谨慎对待。首先是需要更加详尽的地质调查与勘察，其次是按照现有的TBM设备能力、初期支护措施、可以实现的超前加固措施和效果评判TBM针对不良地质洞段的适应性，能够安全掘进施工则采用TBM法，否则需要考虑采用矿山法等其他施工工法处理后TBM步进通过或者下半断面掘进通过。

4 “七持续”“三均衡”实现TBM长期稳产高产

“天下武功唯快不破”，TBM掘进施工同样如此，但一时之快并不能保证全程快速和综合成洞速度高，好比跑马拉松必须根据个人体能和耐力合理控制全程速度、分配体能。

我们都希望TBM能够充分发挥其“快速”的优势，在日常的TBM设备管理和施工管理中，重点体现为2个重要指标： 1)设备完好率； 2)纯掘进时间利用率。TBM完好的状态是隧道顺利掘进的根本；提到TBM纯掘进时间利用率，让笔者想起小学语文课文《挑山工》，挑山工走“之”字形路线，登一次山走的路程大约比游人多一倍，但花的时间并不比游人多，关键在于挑山工持续缓速前进，具有很高的时间利用率，而游人瞬时速度快但停歇太多，时间利用率较低，龟兔赛跑的寓言故事讲的也是这个道理。较高的设备完好率和纯掘进时间利用率是TBM持续、均衡、快速施工的重要指标。经研究认为，需要在施工全过程中贯彻执行“七持续”“三均衡”10项措施。

4.1 设备状态持续完好

持续保证TBM及关键配套施工设备状态完好，是贯穿TBM施工始终的全过程动态管理。以TBM设备为例阐述如下：

1)TBM招标采购阶段，需要全面、详细地研究，根据工程需求提出合理的TBM功能、性能、寿命、工作能力等全方位的要求。

2)TBM设计阶段，需要充分沟通，合理调整完善其功能、性能、各系统的能力、寿命，且各系统相互匹配，设计联络过程中需要相关各方紧密配合。

3)制造阶段，制造单位严格按工艺流程生产，买方(用户)需要严格按规程监造，及时发现问题并整改完善。

4)验收阶段，需要高度关注出厂验收，目标是消除存在的一切缺陷，各方共同严格要求、逐项检查、努力发现存在的问题和必要的改进可能性，消除设备缺陷，原则上验收合格率达到100%方可出厂。出厂验收与工地组装调试验收，均为空载验收，重点关注TBM的设计功能是否满足验收要求；试掘进验收为负载验收，重点关注TBM工作性能是否满足验收要求。把好验收关，才能把好设备质量关。

5)掘进施工过程中，规范操作，按规程维护保养，及时维修，避免和减少故障，降低故障对掘进施工的影响。

只有从设备选型与功能配置的源头抓起，确保出厂的设备质量可靠，并且在使用全过程中加强管理，加大设备维护保养力度，正确处置设备故障，才能保持设备长期处于良好工作状态。

4.2 操作执行持续规范

“没有规矩不成方圆”，TBM施工过程中，规范操作涉及到每道工序，大到掘进操作，小到洞底清理都要按规范执行。编制完整的标准化作业指导书并贯彻执行，包括维护保养、掘进操作、管片拼装与回填、拼装钢拱架、打锚杆、铺设钢筋网、安装钢筋排、喷射混凝土、洞底清理、刀具检查与更换、管线延伸、连续皮带机延伸、皮带硫化、物料运输、刀具维修装配、设备维修、轴线控制……规矩有了之后，关键在于按规矩执行，增强执行力。

例如： 掘进操作环节，规范操作可以让TBM长期保持在合理的负载范围内工作，并留有足够的余量应对突发情况而尽量避免TBM超负荷运转；可以大大规避设备故障而提高设备完好率；可以减少和避免意外情况发生而提高TBM纯掘进时间利用率。所以，规范操作是实现TBM持续、均衡、快速施工的重要影响因素。

4.3 施工准备持续完备

“未雨绸缪”、“谋定而后动”、“工欲善其事必先利其器”、“七分准备三分干”，这些谚语都在说明一个道理——“准备”的重要性。持续做好各项施工准备，是TBM顺利施工的重要保障。道路不通TBM无法运输进场，场地不平TBM配套设施没有布设空间，起重设备不到位TBM无法组装，施工组织设计不齐备TBM无法开始掘进，风水电不通、施工材料未加工、备品备件不到场TBM也同样无法开工。

施工准备无处不在，施工准备贯穿始终。TBM维修保养是为掘进施工做准备，本掘进循环的完成是为下一个循环的开始做准备，每道工序实际上都是在为下一道工序做准备，直到隧道贯通、TBM拆卸并运出隧道为止，此时又要为TBM后续的维护保养与存储、后续工程施工做好必要的准备工作。准备充分完备，就能减少非掘进所占用的时间，提高TBM纯掘进时间利用率，提高TBM设备完好率。

4.4 工序衔接持续紧凑

工序衔接紧凑能够最大程度地避免时间浪费，提高TBM纯掘进时间利用率。例如： 西康铁路秦岭隧道TBM施工采用有轨运输出渣，平均月进尺310 m，TBM纯掘进时间利用率29.8%，运输故障导致TBM停机等待时间占20%以上[11]，因而工序衔接不畅对TBM施工进度的影响很大；引汉济渭秦岭隧洞岭北工程第1阶段TBM掘进过程中，平均月进尺517 m，纯掘进时间利用率只有约20%，主要原因之一是皮带机出渣系统经常性故障导致TBM掘进施工无法长时间紧密衔接，只能间歇性掘进,而TBM本身的工程适应性很好，假设该工程的皮带机出渣系统配置合理、性能可靠，故障率会显著降低，TBM纯掘进时间利用率达到业界平均30%以上的水平是可以实现的，即使提高5%平均月进尺也会达到650 m。除设备原因之外，施工组织对工序衔接的影响也很大，劳动力配置不足会增加工序作业时间，技术力量不足会增加措施决策时间，上下工序没有统筹安排会增加单位工程量作业时间，工序交接拖沓、劳动积极性不高同样会影响施工效率。

工序衔接紧凑并且做到持之以恒，需要具备强有力的综合施工管理水平，包括技术保障、资源投入、现场管理、人员管理、安全文明施工、质量控制等各个方面，任何一个环节的问题都会影响TBM顺利掘进，多个短时间影响汇集到一起就会严重影响TBM纯掘进时间利用率，而TBM掘进进尺是由掘进速率与纯掘进时间共同决定的。

4.5 施工工艺持续改进

作为TBM掘进施工技术保障的一个不可或缺的环节是不断优化施工工艺，完善设备性能。

虽然开工之前已经制定了当时认为完善的施工方案和施工工艺，但掘进施工过程中，还需要不断总结经验、发现存在的问题，努力探索，在现有基础上不断增强设备的工程适应性，提高技术措施的实施效率，提升施工能力，减少非掘进工序占用时间，提高TBM掘进施工过程中的设备完好率和纯掘进时间利用率。

例如： 敞开式TBM同步衬砌施工技术能够大大提升隧道施工综合成洞速度与安全性；钢筋排支护系统的合理应用能够大幅减少破碎地质条件下的围岩坍塌；连续皮带机出渣技术可以助力提升TBM纯掘进时间利用率和施工速度。

4.6 安全质量持续保证

安全事故带来的损失巨大，直接影响施工进度与工期、社会稳定、经济效益等，国家、行业、企业对于安全生产的重视程度越来越高，相关法律、法规、规章制度也越来越健全，安全体系、安全措施不断完善，共同为施工生产保驾护航。

百年大计，质量第一。没有质量保证就无法保证隧道全寿命周期内的安全运营。

TBM施工安全，首先是人的安全，其次是设备安全，需要相应的安全措施与资源投入方可实现，这是安全生产的重要保证。遇到恶劣地质条件时，更要增强风险意识。例如： 为锚杆钻机等初期支护设备配备足够的防护措施可以有效避免拱顶坍塌造成设备损伤；作业人员充分了解岩爆风险及其危害能够及时躲避危险并提前采取预防措施；破碎围岩条件下合理及时支护能够保证隧道结构质量并实现安全目标。

安全与质量密不可分，必须常抓不懈，不能出现断档，务必做到时时刻刻讲安全、时时刻刻保质量，唯有如此我们才能安心地使用TBM，配合TBM顺利掘进施工。

4.7 施工管理持续完善

施工管理贯穿于TBM掘进施工的全方位、全过程，除了前文所述，还包括生产组织管理模式、人力资源管理、执行力建设、成本控制、资金管理等。例如： 20世纪90年代采用的“9 + 9 + 6”工作制(即2个掘进班每天分别工作9 h，1个整备班每天工作6 h，交替循环)与长距离连续掘进的施工现状相比已经落伍，逐步改为“12 + 12并6”工作制(即3个掘进班每次工作12 h休息24 h，轮班作业；同时，1个整备班每天固定时间开始工作6 h，整备完毕则掘进班开始掘进施工，实现无缝衔接)，既保证了工人充分休息又提升了TBM施工效率。

着重提及一点，人力资源是第一生产要素，即便TBM这样的机械化施工，也同样离不开人。TBM应用规模的扩大，带来建设、设计、监理、施工、制造单位对TBM专业人才需求的增加，TBM人才流动在所难免，如何聘人、育人、用人、留人，营造宽松的劳动氛围、培养健康乐观的工作作风，激发人的主观能动性和创造性，是一个大课题，且已经有很多研究成果，但仍需与时俱进、研究出更加适用的解决之道，为TBM施工留住可用人才。

4.8 生产资源均衡匹配

TBM掘进施工的生产要素涉及人、机、料、财、法、环，既要满足掘进施工需求，又要合理控制，与工程本身、施工进展、施工进度动态匹配。资源配置不足会制约TBM掘进，过多又会造成生产资源的浪费，均衡匹配才符合TBM持续、均衡、快速施工的要求。

以人力资源为例，TBM施工需要大量有经验的技术工人，也需要清理虚渣的普通工人，更离不开主司机、机电液工程师等专业技术人才和高水平的技术管理与综合管理人才，只有具备与岗位相适应的良好素质和较强能力的人力资源的合理匹配才能形成有机整体，为掘进施工全面服务。

4.9 成本消耗均衡控制

控制TBM施工成本要与当前的建设环境、地质条件、面临的主要困难相匹配，并非一味减少投入。成本控制涉及所有的生产要素和施工环节，与生产资源均衡匹配是相辅相成的，需要有大局观、整体意识。成本消耗与TBM掘进施工进展存在必然的内在联系，均衡控制才能实现保生产和降成本双赢的局面。

例如： 采用TBM法施工的长大隧道，通风距离甚至达到了20 km，通常会配置类似前文所述的高性能的通风设备；对于通风距离为7～8 km甚至更短一些的隧道，普通风机也能够满足通风需求，然而由于设计与制造质量的原因，能耗截然不同，最终降低了设备采购成本——“贪小便宜”，而大幅增加了风机耗电成本——“吃大亏”。成本控制的“多”和“少”需要辩证对待。

4.10 工程造价均衡发展

上述措施保证了TBM掘进施工的安全、质量、进度、成本，而施工企业必须追求合理的利润，否则企业就无法生存和发展。这就需要工程造价要合理，要与时俱进，而不是死守多年前颁布实施的TBM定额。

TBM法隧道施工技术作为近年才推广应用的新技术、新工艺，其技术水平、施工能力、施工规划、施工方案正在不断发生重大变化，定额编制时虽然合理推知、适当超前，但仍然赶不上时代的脚步。例如： 2007年颁布实施的《水利工程概预算补充定额： 掘进机施工隧洞工程》，概算部分“TBM掘进定额中轴流通风机台时量是按一个工作面长度6 km以内拟定的，当工作面长度超过6 km时，应按表2系数调整轴流通风机台时量”，表2中所列工作面长度最大仅为12 km[12]，而目前实际工程中TBM最大通风距离已经超过20 km。再如人工费，参照最新的《水利工程设计概(估)算编制规定: 工程部分》,TBM掘进人工费中级工预算单价8.90元/h[13]，与当今不少于5 000元/月的普通农民工工资水平相比，只有其40%。定额编制时所依据的工程实例、所采集的工程信息，数据样本量太小、样本代表性不足，和现阶段的形势相去甚远；况且上级部门审批、建设单位招标过程中还会在此基础上“挥刀砍一截”，施工亏损是不言而喻的。

此类现象比比皆是，大伙房输水工程、辽宁重点供水工程、西部某长隧引水工程等都存在投标价格低于成本价的问题，施工企业为了市场份额而承建，这不是长久之计。呼吁相关部门科学、理性对待工程造价控制问题，既要控制投资又要让企业通过自己的努力获得合理的利润，这才是长久健康、科学、和谐发展之道，才能真正实现可持续发展。

5 工程应用与效果

TBM施工SPS作业法，在辽宁重点供水工程二段四标开始研究应用，并且在实践过程中不断探索、改进、完善，全标段TBM平均月进尺616 m、最高月进尺822.6 m，最低月进尺485 m(不满整月的试掘进及转场后的第1个月)，月进尺离散性为-25.2%～26.8%，纯掘进时间利用率达59.76%[5]。

之后，SPS作业法推广应用于吉林引松工程二标段。TBM第1阶段于2016年1月10日提前110 d贯通，平均月进尺710 m，纯掘进时间利用率达63%[14-15]；二标段全线提前14个月贯通，平均月进尺643 m，纯掘进时间利用率达56.85%[16]。

6 结论与讨论

1)SPS作业法是促进TBM法隧道施工技术科学发展的重要保障，目前的施工技术与管理水平，能够满足在适宜的地质条件下实现TBM持续、均衡、快速施工。

2)“3个基础”“10项措施”是实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工的必要条件和有力保障。

3)开展极端恶劣地质条件下TBM施工技术研究是TBM持续、均衡、快速施工不可或缺的重要内容。随着我国基础设施建设规模的扩大和建设环境的变化，不良地质条件、恶劣地质条件是不可避免的，也无法完全预知，不良地质条件下的TBM施工技术研究已经很多，但极端恶劣地质条件已经严重影响了部分TBM工程的顺利实施。下一步需要针对极端恶劣地质开展系统研究工作，如极强岩爆、高岩温、高地应力、强蚀变、严重破碎围岩、大变形、大流量突涌水、高压涌水、突泥涌砂、极完整特硬岩、高磨蚀性围岩等。

最后，倡导所有参建单位各司其职，通力合作，发挥专长，专业人做专业事，促进TBM工法科学、可持续发展。