秦岭隧道I线进口段TBM施工组织管理
摘 要：秦岭隧道是目前我国最长的铁路隧道，引进德国EIRTH公司直径8.8m的敞开式全断面硬岩掘进机进行机械化施工，树立了中国铁路施工史上的第四座里程碑。文章从设备维修保养、施工管理、劳动组织三个方面介绍了秦岭隧道I线进口段TBM施工组织管理的现状，强调了科学管理在大型机械化施工中的重要地位，对TBM施工组织体系的建立进行了探讨。关键词：铁路隧道TBM设备管理施工管理劳动组织管理 T ran bbs.Com
1. 概述
秦岭隧道I线是目前我国最长的铁路隧道，全长18.452km.隧道地质条件复杂，工程量艰巨。岩性以混合花岗岩、混合片麻岩等坚硬岩石为主，干抗压强度78～325MPa.施工中可能遇到岩爆、地热、涌水、放射性异常、围岩失稳等地质灾害。铁道部经过多次专家论证，决定秦岭隧道I线采用2台敞开式全断面隧道掘进机（TB880E型TBM）掘进，全圆穿行式模板台车二次模筑混凝土的施工方案。
隧道设计为圆形断面，开挖直径8.8m，成洞直径7.7m.隧道进口段于1998年1月19日正式掘进，至1999年8月29日顺利贯通，除去设备大修和节假日，平均日进尺10.4m，最高日进尺40.5m，平均月进尺317m，最高月进尺317m，创造了掘进机施工的全国最高记录。笔者在现场施工中认识到，只有先进的设备、完善的配套设施与科学严谨的施工组织管理相结合，才能充分发挥TBM快速掘进的性能。
2. 设备管理
为了使设备始终处于良好状态，结合TBM施工特点，项目部制定了《秦岭隧道北口TBM设备管理办法》，建立了项目部机电总工程师→机电部→领班工程师→施工队的设备管理组织体系，完善了点、线、片、整体管理，逐层分工负责的岗位责任制原则。从设备组装到维修保养都制定了严格的规章制度，实行标准化作业、程序化管理。
2.1 组装管理
根据TBM组装及调试要求，隧道进口段设250m预备隧道和10m出发隧道，需提前用钻爆法施工。TBM单件重达86t，为保证拼装场地的承载能力，采用C30混凝土铺底，厚度30cm，顶面为平坡。组装设备主要有：75t×2+15t龙门吊车1台，6t叉车一台，5t、40t平板拖车各1辆，25t、40t汽车吊各1辆。TBM组装顺序如下：安装初始部件→内部凯氏→外部凯氏和后支撑→主轴承→刀盘→刀盘护盾→主机辅助设备→设备桥→1号拖车→设备桥、1号拖车上的辅助设备→2～7号拖车→液压及电气设备→7～17号拖车及斜坡轨→风水电等设施。设备组装前，项目部邀请国内有关专家和技术人员编制了《TB880E型TBM组装施工组织设计》，制定了详细的组装工艺和操作细则。我方工作人员在WIRTH公司技术人员指导下，用了12周的时间，顺利完成了TBM的组装调试工作。由于TBM设备功能块较多，操作要求严格，组装时必须严格按WIRTH公司提供的技术规范操作，并认真接受外方技术人员的指导。
2.2 维修保养管理
施工过程中必须对设备进行全面规范化的维修保养。认真实施预防性保养是降低设备故障率的前提，可以减少机械设备的维修次数，从而减少不必要的停机。每天安排6h的维修保养时间，操作中着重注意以下几点：
1）主轴承的维护
主轴承是TBM最重要的部件之一，润滑条件对其使用寿命影响极大。主轴承润滑分三个独立的回路，油箱和油泵分离，必须经常检查其密封情况，防止串油。注意定期检查气动油脂泵的工作状况，定期更换润滑油。主轴承的维护是TBM设备维护的重点，由液压工程师负责实施。
2）刀具检查及更换
刀具是TBM的主要部件，必须定期检查、更换，以延长使用寿命。每个掘进班应检查一次刀盘，发现碴中有金属构件或刀盘区域有异常的噪音、气味时，必须立即停机检查刀盘，检查重点是中心刀和边刀。
根据刀具磨损规律，刀具组负责人应制定详尽的刀具更换及调位计划，及时更换达到磨损量或损坏的刀具，避免在掘进过程中更换刀具。刀具修理人员应及时修复损坏的刀具，并保证装配质量。
3）除尘风机的维修保养
除尘风机故障对施工影响很大。由于粉尘增多，激光穿透力减弱，影响仰拱块的铺设和掘进方向的调整。洞内能见度降低，支护工作无法与掘进同时进行，延长了停机等待时间，同时对施工人员的身体健康造成危害。
应将除尘风机列入重点维修保养范围，定期检查除尘电机的工况，及时清洗更换滤网。
4）其它部位维修保养
在维修保养中，将锚杆钻机油管及链条，仰拱吊机链条转向轮、3号皮带机的纠偏及修补、电气设备的绝缘防护等做为重点保养对象，并对其它设备做一般预防性保养。
2.3 设备管理要领
（1）科学制定并严格执行设备维修保养计划，坚持定期保养、定期维护，实现制度化、规范化管理。
（2）加强设备故障统计和分析研究工作，减少常规性故障的发生，提高故障诊断能力，发生故障后能够及时排除。
（3）加强设备状态检测和油水检验管理，特别是主电机工作状态检测及主轴承润滑油的检验。
（4）根据设备配件消耗规律，制定合理的购置计划，在满足使用要求的前提下，尽量使用国产配件，以降低工程成本。
3. 施工管理
TBM施工时开挖、出碴、运输、支护等工序平行连续作业，要求洞外配套设施的能力必须满足TBM掘进的需要，并且布局合理。TBM施工工序较多，必须编制实施性施工组织设计，制定关键工序作业指导书，加强工序衔接，确保施工的连续性。
3.1 洞外配套设施管理
根据TBM施工特点，结合列车编组顺序和运输方式，将刀具修理车间、混凝土拌合站、仰拱块预制厂、机修车间、翻车机等配套设备沿运输轨线成条形布置，达到各工序协调动作，保证出碴运输及材料供应的连续性。洞外配套设施管理的重点是仰拱块预制厂的生产管理。
仰拱预制厂的生产能力必须满足TBM掘进的需要。仰拱块生产流程为：钢筋骨架制作→立模→混凝土灌注→蒸汽养护→脱模→室内存放养护→运输翻转→室外存放。整个生产过程采用流水作业方式进行。首先清洗模具，喷涂脱模剂，安放钢筋骨架及各种预埋管件；将生产好的混凝土运至固定式模具旁，利用桥吊起吊料斗灌注混凝土，附着式振捣器振捣成形；常温静置2h后，盖上养生罩，在40℃蒸汽中养护18h（升温2h，恒温13h，降温3h）；养护结束后脱模起吊仰拱块，并做好仰拱块的编号；室内继续养护3天后，运往室外翻转后存放待用。
预制厂生产管理的重点是钢筋骨架的制作，混凝土的生产、运输、灌注，蒸汽养生温控工艺。以上工序均编制了作业指导书，制定了质量控制措施。
3.2 洞内施工管理 TBM掘进循环主要由开挖、出碴、运输、支护、仰拱块安装、激光定位、通风除尘、风水电管路及轨道延伸等工序组成。施工中必须建立统一的调度指挥系统，协调洞内、外各工序的关系，保证施工的连续进行。
1）开挖
TBM掘进每循环进尺1.8m，平均循环时间80~90min.受围岩类别、节理发育程度等影响，循环时间最短35min，最长5h.例如DK66+285+365段属IV类围岩，节理不发育，平均循环时间92min，最长165min；而DK66+500+530段属VI类围岩，节理不发育，平均循环时间136min，最长循环时间280min，可见循环时间与围岩类别有较大关系。除了围岩类别外，循环时间很大程度上取决于岩石的节理发育程度。DK65+207+260段属V类围岩，抗压强度平均103MPa，节理较发育，最短循环时间仅35min；DK65+160+207段属VI类围岩，抗压强度103MPa，节理不发育，循环时间最长达300min.
施工中发现，岩石抗压强度100～150MPa，节理发育而又不致坍塌的围岩，是TBM掘进的最佳施工条件。 开挖管理作为施工管理的重要环节，其核心是掘进参数的选择和掘进方向的控制。当岩石坚硬完整时，推力15～17MN，扭矩2000～3500Nm，推力大，贯入度较低，扭矩较小，刀具磨损快，为防止刀具过载，选择推力自动控制模式。在软弱破碎岩石中掘进时，推力一般在5MN以下，扭矩3000～5000Nm，此时推力小，贯入度高，扭矩较大，为防止驱动电机过载，选择扭矩自动控制模式。在岩石硬度不均匀，扭矩与推力变化较大时，应尽量降低掘进速度，以保护刀具和改善主轴承的受力状况。施工中要求主司机根据地质条件的变化，选择合理的推力和扭矩，不断提高TBM操作水平。
2）出碴运输
出碴采用有轨运输方式。运输轨道为四轨双线，轨距900mm，选用43kg/m标准钢轨直接铺设在仰拱预制块上。
后配套尾部设有加利福尼亚道岔，供车辆错车。根据循环出碴量（约180m2），碴车编组数量10节，每节容量20m3，采用35t进口柴油机车牵引运输。出碴与掘进作业同时进行。出碴流程为：岩碴经铲斗！主机胶带输送机（长22.5m，宽1.2m）→设备桥
胶带输送机（长26m，宽1.2m）→后配套系统胶带输送机（长160m，宽1.2m）→双向溜碴槽（移动距离80m，装碴时碴车不必移动）→碴车→洞外翻车机翻碴→18t北方奔驰自卸汽车倒运至弃碴场。在配置了足够的运输车辆后，运输管理的重点放在运输车辆、翻车机的保养及运输轨道的养护上。
3）支护
支护作业的停机等待时间将延长循环时间。TBM配备了超前钻机、锚杆钻机、混凝土湿喷机、钢拱架安装器等足够的支护设备，但在通过岩爆区、断层破碎带、软弱涌水带等特殊地质地段时，施工中仍缺乏足够的经验，致使停机时间过长，制约了TBM掘进速度的发挥。
支护作业的关键是根据不同的地质条件，制定合理的技术措施，逐步建立起适合TBM施工的支护体系。
4）仰拱块安装及轨道延伸
仰拱块安装利用仰拱块吊机起吊，激光束定位，每块约需7～8min.仰拱块安装后与围岩间隙，通过注浆孔在0.5～0.6MPa压力下注入C20细石混凝土，以保证基底的密实。施工中注浆工作必须及时进行，使混凝土早期强度得到充分的发展。每安装7块仰拱块需延伸一次运输轨道。
以上工作与掘进同时进行，若工序衔接处理不好，会占用循环时间。施工中必须加强同洞外行车调度的联系，保证仰拱块及注浆料的及时供应。
5）施工测量
TBM掘进方向由ZED260激光导向系统控制。该系统能够不间断地提供TBM所处位置与隧道设计轴线的偏差，并显示在操作室的控制单元上，主司机根据这些信号来调整TBM掘进方向。
ZED导向系统每120m前移一次，仰拱激光每TBM前移一次。此项工作在停机保养时间进行，不占用循环时间。施工中将TBM主机位置与仰拱激光建立联系，相互校核，减少测量误差，控制了掘进偏差和仰拱块安装偏差。
6）通风除尘
通风由Φ2.2m主风管供给，通过后配套尾部的助推风机增压，经过接力风机送到TBM各个工作区域。除尘通过刀盘喷水和除尘装置来实现，净化后的空气作为清洁空气吹回隧道。
掘进期间，通风、除尘系统一直处于工作状态。施工中注意检查风管有无漏风现象，检查并更换除尘风机的过滤网罩。
7）风、水、电管路延伸
风管储存筒内存有风管100m，TBM自带Φ100mm 水管50m、100kV高压电缆400m，均盘在卷筒上。施工中随后配套系统的前移，风、水、电管路自动向前延伸。
4. 劳动组织管理
TBM机械化作业特点，要求施工企业必须将有限的人力资源进行科学合理的配置，充分发挥员工的生产积极性。由于铁路系统首次采用TBM施工，没有类似工程经验可以借鉴，在岗位划分及劳动力配置方面有待进一步提高。
4.1 劳动力配置
管理中始终坚持以掘进为中心配置劳动力。
隧道内分两班掘进（18h）一班维修保养（6h），仰拱块生产按流水作业方式进行，机械综合队实行弹性工作制。
洞内紧紧围绕掘进，掘进班（每班）：主副司机2人，值班工程师1人，工长1人，拱部支护6人，仰拱块铺设4人，喷混凝土、注浆3人，刀盘后清碴2人，溜碴司机1人，机械修理2人，电工1人，合计23人。掘进班负责除出碴外掘进过程中的所有工作。保养班26人，负责刀具检查更换及其它维修保养工作。运输班28人，负责岩碴运输及材料的供应。另外，管理人员人，刀具修理6人，机械车间8人，翻碴司机4人，供料3人。掘进队合计126人。 洞外围仰拱预制块的生产，从钢筋骨架加工入模→混凝土生产、运输、灌注→蒸汽养护→脱模→室内养护→室外翻转存放形成流水线作业，共计83人。
机械队55人，负责锚杆、钢筋网及其它材料的加工，洞内水管、电路的延伸，各类行走机械的使用、维修等。
项目部行政、技术、安检、财务、人事、调度、事务、医疗、公安、生活等管理服务人员115人。
项目部各类管理、服务、生产人员计379人。
4.2 思想政治教育
项目部在加强技术培训力度和劳动力优化组合的同时，积极开展创党员先锋岗、建红旗责任区和共青团员安全监督岗活动，极大调动了广大职工的劳动积极性。在全体参战职工努力下，秦岭隧道青年突击队先后被河南省、陕西省授予省级青年文明号，1998年10月又被团中央、全国铁道团委授于国家级青年文明号，展现了新一代隧道工人的风采。
5. 结束语
TBM作为一种崭新的施工技术，对施工企业的管理提出了更高的要求。施工中必须加强现场组织调度工作，制定严格的操作规程和岗位职责，协调好各工序的关系，TBM高速安全的优势才能够发挥出来。今后工作中还应注意以下几点：
（1）针对不同地质条件，做好组织管理和技术上的准备，确保TBM连续作业。
（2）加强设备维修保养工作，提高机械利用率。
（3）做好各项统计工作，为TBM施工定额编制和今后施工积累资料。
（4）继续优化劳动组合，建立一个高效的管理、服务、生产系统，逐步发挥TBM大型机械化施工的优势。 TBM施工作为一门崭新的管理技术、工程技术，有着广阔的发展前景，笔者希望以此抛砖引玉，得到有关专家学者的指导，为TBM的应用发展作出努力。
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