秦嶺隧道I線進口段TBM施工組織管理

1、秦嶺隧道I線進口段TBM施工組織管理    摘 要：秦嶺隧道是目前我國最長的鐵路隧道，引進德國EIRTH公司直徑8.8m的敞開式全斷面硬巖掘進機進行機械化施工，樹立了中國鐵路施工史上的第四座里程碑。文章從設(shè)備維修保養(yǎng)、施工管理、勞動組織三個方面介紹了秦嶺隧道I線進口段TBM施工組織管理的現(xiàn)狀，強調(diào)了科學(xué)管理在大型機械化施工中的重要地位，對TBM施工組織體系的建立進行了探討。關(guān)鍵詞：鐵路隧道TBM設(shè)備管理施工管理勞動組織管理 T ran bbs.Com1. 概述秦嶺隧道I線是目前我國最長的鐵路隧道，全長18.452km.隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，工程量艱巨。巖性以

2、混合花崗巖、混合片麻巖等堅硬巖石為主，干抗壓強度78325MPa.施工中可能遇到巖爆、地?zé)?、涌水、放射性異常、圍巖失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害。鐵道部經(jīng)過多次專家論證，決定秦嶺隧道I線采用2臺敞開式全斷面隧道掘進機（TB880E型TBM）掘進，全圓穿行式模板臺車二次模筑混凝土的施工方案。隧道設(shè)計為圓形斷面，開挖直徑8.8m，成洞直徑7.7m.隧道進口段于1998年1月19日正式掘進，至1999年8月29日順利貫通，除去設(shè)備大修和節(jié)假日，平均日進尺10.4m，最高日進尺40.5m，平均月進尺317m，最高月進尺317m，創(chuàng)造了掘進機施工的全國最高記錄。筆者在現(xiàn)場施工中認(rèn)識到，只有先進的設(shè)備、完善的配套設(shè)施與科

3、學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理相結(jié)合，才能充分發(fā)揮TBM快速掘進的性能。2. 設(shè)備管理為了使設(shè)備始終處于良好狀態(tài)，結(jié)合TBM施工特點，項目部制定了秦嶺隧道北口TBM設(shè)備管理辦法，建立了項目部機電總工程師機電部領(lǐng)班工程師施工隊的設(shè)備管理組織體系，完善了點、線、片、整體管理，逐層分工負責(zé)的崗位責(zé)任制原則。從設(shè)備組裝到維修保養(yǎng)都制定了嚴(yán)格的規(guī)章制度，實行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、程序化管理。2.1 組裝管理根據(jù)TBM組裝及調(diào)試要求，隧道進口段設(shè)250m預(yù)備隧道和10m出發(fā)隧道，需提前用鉆爆法施工。TBM單件重達86t，為保證拼裝場地的承載能力，采用C30混凝土鋪底，厚度30cm，頂面為平坡。組裝設(shè)備主要有：75t×

4、;2+15t龍門吊車1臺，6t叉車一臺，5t、40t平板拖車各1輛，25t、40t汽車吊各1輛。TBM組裝順序如下：安裝初始部件內(nèi)部凱氏外部凱氏和后支撐主軸承刀盤刀盤護盾主機輔助設(shè)備設(shè)備橋1號拖車設(shè)備橋、1號拖車上的輔助設(shè)備27號拖車液壓及電氣設(shè)備717號拖車及斜坡軌風(fēng)水電等設(shè)施。設(shè)備組裝前，項目部邀請國內(nèi)有關(guān)專家和技術(shù)人員編制了TB880E型TBM組裝施工組織設(shè)計，制定了詳細的組裝工藝和操作細則。我方工作人員在WIRTH公司技術(shù)人員指導(dǎo)下，用了12周的時間，順利完成了TBM的組裝調(diào)試工作。由于TBM設(shè)備功能塊較多，操作要求嚴(yán)格，組裝時必須嚴(yán)格按WIRTH公司提供的技術(shù)規(guī)范操作，并認(rèn)真接受外方

5、技術(shù)人員的指導(dǎo)。2.2 維修保養(yǎng)管理施工過程中必須對設(shè)備進行全面規(guī)范化的維修保養(yǎng)。認(rèn)真實施預(yù)防性保養(yǎng)是降低設(shè)備故障率的前提，可以減少機械設(shè)備的維修次數(shù)，從而減少不必要的停機。每天安排6h的維修保養(yǎng)時間，操作中著重注意以下幾點：1）主軸承的維護主軸承是TBM最重要的部件之一，潤滑條件對其使用壽命影響極大。主軸承潤滑分三個獨立的回路，油箱和油泵分離，必須經(jīng)常檢查其密封情況，防止串油。注意定期檢查氣動油脂泵的工作狀況，定期更換潤滑油。主軸承的維護是TBM設(shè)備維護的重點，由液壓工程師負責(zé)實施。2）刀具檢查及更換刀具是TBM的主要部件，必須定期檢查、更換，以延長使用壽命。每個掘進班應(yīng)檢查一次刀盤，發(fā)現(xiàn)碴

6、中有金屬構(gòu)件或刀盤區(qū)域有異常的噪音、氣味時，必須立即停機檢查刀盤，檢查重點是中心刀和邊刀。根據(jù)刀具磨損規(guī)律，刀具組負責(zé)人應(yīng)制定詳盡的刀具更換及調(diào)位計劃，及時更換達到磨損量或損壞的刀具，避免在掘進過程中更換刀具。刀具修理人員應(yīng)及時修復(fù)損壞的刀具，并保證裝配質(zhì)量。3）除塵風(fēng)機的維修保養(yǎng)除塵風(fēng)機故障對施工影響很大。由于粉塵增多，激光穿透力減弱，影響仰拱塊的鋪設(shè)和掘進方向的調(diào)整。洞內(nèi)能見度降低，支護工作無法與掘進同時進行，延長了停機等待時間，同時對施工人員的身體健康造成危害。應(yīng)將除塵風(fēng)機列入重點維修保養(yǎng)范圍，定期檢查除塵電機的工況，及時清洗更換濾網(wǎng)。4）其它部位維修保養(yǎng)在維修保養(yǎng)中，將錨桿鉆機油管及鏈

7、條，仰拱吊機鏈條轉(zhuǎn)向輪、3號皮帶機的糾偏及修補、電氣設(shè)備的絕緣防護等做為重點保養(yǎng)對象，并對其它設(shè)備做一般預(yù)防性保養(yǎng)。2.3 設(shè)備管理要領(lǐng)（1）科學(xué)制定并嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)計劃，堅持定期保養(yǎng)、定期維護，實現(xiàn)制度化、規(guī)范化管理。（2）加強設(shè)備故障統(tǒng)計和分析研究工作，減少常規(guī)性故障的發(fā)生，提高故障診斷能力，發(fā)生故障后能夠及時排除。（3）加強設(shè)備狀態(tài)檢測和油水檢驗管理，特別是主電機工作狀態(tài)檢測及主軸承潤滑油的檢驗。（4）根據(jù)設(shè)備配件消耗規(guī)律，制定合理的購置計劃，在滿足使用要求的前提下，盡量使用國產(chǎn)配件，以降低工程成本。3. 施工管理TBM施工時開挖、出碴、運輸、支護等工序平行連續(xù)作業(yè)，要求洞外配套設(shè)

8、施的能力必須滿足TBM掘進的需要，并且布局合理。TBM施工工序較多，必須編制實施性施工組織設(shè)計，制定關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書，加強工序銜接，確保施工的連續(xù)性。3.1 洞外配套設(shè)施管理根據(jù)TBM施工特點，結(jié)合列車編組順序和運輸方式，將刀具修理車間、混凝土拌合站、仰拱塊預(yù)制廠、機修車間、翻車機等配套設(shè)備沿運輸軌線成條形布置，達到各工序協(xié)調(diào)動作，保證出碴運輸及材料供應(yīng)的連續(xù)性。洞外配套設(shè)施管理的重點是仰拱塊預(yù)制廠的生產(chǎn)管理。仰拱預(yù)制廠的生產(chǎn)能力必須滿足TBM掘進的需要。仰拱塊生產(chǎn)流程為：鋼筋骨架制作立?；炷凉嘧⒄羝B(yǎng)護脫模室內(nèi)存放養(yǎng)護運輸翻轉(zhuǎn)室外存放。整個生產(chǎn)過程采用流水作業(yè)方式進行。首先清洗模具，噴涂

9、脫模劑，安放鋼筋骨架及各種預(yù)埋管件；將生產(chǎn)好的混凝土運至固定式模具旁，利用橋吊起吊料斗灌注混凝土，附著式振搗器振搗成形；常溫靜置2h后，蓋上養(yǎng)生罩，在40蒸汽中養(yǎng)護18h（升溫2h，恒溫13h，降溫3h）；養(yǎng)護結(jié)束后脫模起吊仰拱塊，并做好仰拱塊的編號；室內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)護3天后，運往室外翻轉(zhuǎn)后存放待用。預(yù)制廠生產(chǎn)管理的重點是鋼筋骨架的制作，混凝土的生產(chǎn)、運輸、灌注，蒸汽養(yǎng)生溫控工藝。以上工序均編制了作業(yè)指導(dǎo)書，制定了質(zhì)量控制措施。3.2 洞內(nèi)施工管理TBM掘進循環(huán)主要由開挖、出碴、運輸、支護、仰拱塊安裝、激光定位、通風(fēng)除塵、風(fēng)水電管路及軌道延伸等工序組成。施工中必須建立統(tǒng)一的調(diào)度指揮系統(tǒng)，協(xié)調(diào)洞內(nèi)、外

10、各工序的關(guān)系，保證施工的連續(xù)進行。1）開挖TBM掘進每循環(huán)進尺1.8m，平均循環(huán)時間8090min.受圍巖類別、節(jié)理發(fā)育程度等影響，循環(huán)時間最短35min，最長5h.例如DK66+285+365段屬IV類圍巖，節(jié)理不發(fā)育，平均循環(huán)時間92min，最長165min；而DK66+500+530段屬VI類圍巖，節(jié)理不發(fā)育，平均循環(huán)時間136min，最長循環(huán)時間280min，可見循環(huán)時間與圍巖類別有較大關(guān)系。除了圍巖類別外，循環(huán)時間很大程度上取決于巖石的節(jié)理發(fā)育程度。DK65+207+260段屬V類圍巖，抗壓強度平均103MPa，節(jié)理較發(fā)育，最短循環(huán)時間僅35min；DK65+160+207段屬VI類

11、圍巖，抗壓強度103MPa，節(jié)理不發(fā)育，循環(huán)時間最長達300min.施工中發(fā)現(xiàn)，巖石抗壓強度100150MPa，節(jié)理發(fā)育而又不致坍塌的圍巖，是TBM掘進的最佳施工條件。開挖管理作為施工管理的重要環(huán)節(jié)，其核心是掘進參數(shù)的選擇和掘進方向的控制。當(dāng)巖石堅硬完整時，推力1517MN，扭矩20003500Nm，推力大，貫入度較低，扭矩較小，刀具磨損快，為防止刀具過載，選擇推力自動控制模式。在軟弱破碎巖石中掘進時，推力一般在5MN以下，扭矩30005000Nm，此時推力小，貫入度高，扭矩較大，為防止驅(qū)動電機過載，選擇扭矩自動控制模式。在巖石硬度不均勻，扭矩與推力變化較大時，應(yīng)盡量降低掘進速度，以保護刀具和

12、改善主軸承的受力狀況。施工中要求主司機根據(jù)地質(zhì)條件的變化，選擇合理的推力和扭矩，不斷提高TBM操作水平。2）出碴運輸出碴采用有軌運輸方式。運輸軌道為四軌雙線，軌距900mm，選用43kg/m標(biāo)準(zhǔn)鋼軌直接鋪設(shè)在仰拱預(yù)制塊上。后配套尾部設(shè)有加利福尼亞道岔，供車輛錯車。根據(jù)循環(huán)出碴量（約180m2），碴車編組數(shù)量10節(jié)，每節(jié)容量20m3，采用35t進口柴油機車牽引運輸。出碴與掘進作業(yè)同時進行。出碴流程為：巖碴經(jīng)鏟斗！主機膠帶輸送機（長22.5m，寬1.2m）設(shè)備橋膠帶輸送機（長26m，寬1.2m）后配套系統(tǒng)膠帶輸送機（長160m，寬1.2m）雙向溜碴槽（移動距離80m，裝碴時碴車不必移動）碴車洞外翻

13、車機翻碴18t北方奔馳自卸汽車倒運至棄碴場。在配置了足夠的運輸車輛后，運輸管理的重點放在運輸車輛、翻車機的保養(yǎng)及運輸軌道的養(yǎng)護上。3）支護支護作業(yè)的停機等待時間將延長循環(huán)時間。TBM配備了超前鉆機、錨桿鉆機、混凝土濕噴機、鋼拱架安裝器等足夠的支護設(shè)備，但在通過巖爆區(qū)、斷層破碎帶、軟弱涌水帶等特殊地質(zhì)地段時，施工中仍缺乏足夠的經(jīng)驗，致使停機時間過長，制約了TBM掘進速度的發(fā)揮。支護作業(yè)的關(guān)鍵是根據(jù)不同的地質(zhì)條件，制定合理的技術(shù)措施，逐步建立起適合TBM施工的支護體系。4）仰拱塊安裝及軌道延伸仰拱塊安裝利用仰拱塊吊機起吊，激光束定位，每塊約需78min.仰拱塊安裝后與圍巖間隙，通過注漿孔在0.50

14、.6MPa壓力下注入C20細石混凝土，以保證基底的密實。施工中注漿工作必須及時進行，使混凝土早期強度得到充分的發(fā)展。每安裝7塊仰拱塊需延伸一次運輸軌道。以上工作與掘進同時進行，若工序銜接處理不好，會占用循環(huán)時間。施工中必須加強同洞外行車調(diào)度的聯(lián)系，保證仰拱塊及注漿料的及時供應(yīng)。5）施工測量TBM掘進方向由ZED260激光導(dǎo)向系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)能夠不間斷地提供TBM所處位置與隧道設(shè)計軸線的偏差，并顯示在操作室的控制單元上，主司機根據(jù)這些信號來調(diào)整TBM掘進方向。ZED導(dǎo)向系統(tǒng)每120m前移一次，仰拱激光每TBM前移一次。此項工作在停機保養(yǎng)時間進行，不占用循環(huán)時間。施工中將TBM主機位置與仰拱激光建

15、立聯(lián)系，相互校核，減少測量誤差，控制了掘進偏差和仰拱塊安裝偏差。6）通風(fēng)除塵通風(fēng)由2.2m主風(fēng)管供給，通過后配套尾部的助推風(fēng)機增壓，經(jīng)過接力風(fēng)機送到TBM各個工作區(qū)域。除塵通過刀盤噴水和除塵裝置來實現(xiàn)，凈化后的空氣作為清潔空氣吹回隧道。掘進期間，通風(fēng)、除塵系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)。施工中注意檢查風(fēng)管有無漏風(fēng)現(xiàn)象，檢查并更換除塵風(fēng)機的過濾網(wǎng)罩。7）風(fēng)、水、電管路延伸風(fēng)管儲存筒內(nèi)存有風(fēng)管100m，TBM自帶100mm 水管50m、100kV高壓電纜400m，均盤在卷筒上。施工中隨后配套系統(tǒng)的前移，風(fēng)、水、電管路自動向前延伸。4. 勞動組織管理TBM機械化作業(yè)特點，要求施工企業(yè)必須將有限的人力資源進行科

16、學(xué)合理的配置，充分發(fā)揮員工的生產(chǎn)積極性。由于鐵路系統(tǒng)首次采用TBM施工，沒有類似工程經(jīng)驗可以借鑒，在崗位劃分及勞動力配置方面有待進一步提高。 4.1 勞動力配置管理中始終堅持以掘進為中心配置勞動力。隧道內(nèi)分兩班掘進（18h）一班維修保養(yǎng)（6h），仰拱塊生產(chǎn)按流水作業(yè)方式進行，機械綜合隊實行彈性工作制。洞內(nèi)緊緊圍繞掘進，掘進班（每班）：主副司機2人，值班工程師1人，工長1人，拱部支護6人，仰拱塊鋪設(shè)4人，噴混凝土、注漿3人，刀盤后清碴2人，溜碴司機1人，機械修理2人，電工1人，合計23人。掘進班負責(zé)除出碴外掘進過程中的所有工作。保養(yǎng)班26人，負責(zé)刀具檢查更換及其它維修保養(yǎng)工作。運輸班2

17、8人，負責(zé)巖碴運輸及材料的供應(yīng)。另外，管理人員人，刀具修理6人，機械車間8人，翻碴司機4人，供料3人。掘進隊合計126人。洞外圍仰拱預(yù)制塊的生產(chǎn)，從鋼筋骨架加工入?；炷辽a(chǎn)、運輸、灌注蒸汽養(yǎng)護脫模室內(nèi)養(yǎng)護室外翻轉(zhuǎn)存放形成流水線作業(yè)，共計83人。機械隊55人，負責(zé)錨桿、鋼筋網(wǎng)及其它材料的加工，洞內(nèi)水管、電路的延伸，各類行走機械的使用、維修等。項目部行政、技術(shù)、安檢、財務(wù)、人事、調(diào)度、事務(wù)、醫(yī)療、公安、生活等管理服務(wù)人員115人。項目部各類管理、服務(wù)、生產(chǎn)人員計379人。4.2 思想政治教育項目部在加強技術(shù)培訓(xùn)力度和勞動力優(yōu)化組合的同時，積極開展創(chuàng)黨員先鋒崗、建紅旗責(zé)任區(qū)和共青團員安全監(jiān)督崗活動，極大調(diào)動了廣大職工的勞動積極性。在全體參戰(zhàn)職工努力下，秦嶺隧道青年突擊隊先后被河南省、陜西省授予省級青年文明號，1998年10月又被團中央、全國鐵道團委授于國家級青年文明號，展現(xiàn)了新一代隧道工人的風(fēng)采。5. 結(jié)束語TBM作為一種嶄新的施工技術(shù)，對施工企業(yè)的管理提出了更高的要求。施工中必須