秦岭隧道I线进口段TBM施工组织管理

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nelling.cn     新闻来源：国际隧道研讨会 

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。

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