秦嶺隧道I線進(jìn)口段TBM施工組織管理

1、秦嶺隧道I線進(jìn)口段TBM施工組織管理    摘 要：秦嶺隧道是目前我國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道，引進(jìn)德國(guó)EIRTH公司直徑8.8m的敞開式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行機(jī)械化施工，樹立了中國(guó)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(dòng)組織三個(gè)方面介紹了秦嶺隧道I線進(jìn)口段TBM施工組織管理的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了科學(xué)管理在大型機(jī)械化施工中的重要地位，對(duì)TBM施工組織體系的建立進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：鐵路隧道TBM設(shè)備管理施工管理勞動(dòng)組織管理 T ran bbs.Com1. 概述秦嶺隧道I線是目前我國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道，全長(zhǎng)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(jiān)硬巖石為主，干抗壓強(qiáng)度78325MPa.施工中可能遇到巖爆、地?zé)帷⒂克?、放射性異常、圍巖失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害。鐵道部經(jīng)過(guò)多次專家論證，決定秦嶺隧道I線采用2臺(tái)敞開式全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TB880E型TBM）掘進(jìn)，全圓穿行式模板臺(tái)車二次模筑混凝土的施工方案。隧道設(shè)計(jì)為圓形斷面，開挖直徑8.8m，成洞直徑7.7m.隧道進(jìn)口段于1998年1月19日正式掘進(jìn)，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(jìn)尺10.4m，最高日進(jìn)尺40.5m，平均月進(jìn)尺317m，最高月進(jìn)尺317m，創(chuàng)造了掘進(jìn)機(jī)施工的全國(guó)最高記錄。筆者在現(xiàn)場(chǎng)施工中認(rèn)識(shí)到，只有先進(jìn)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(jìn)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(diǎn)，項(xiàng)目部制定了秦嶺隧道北口TBM設(shè)備管理辦法，建立了項(xiàng)目部機(jī)電總工程師機(jī)電部領(lǐng)班工程師施工隊(duì)的設(shè)備管理組織體系，完善了點(diǎn)、線、片、整體管理，逐層分工負(fù)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(shí)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(jìn)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(dá)86t，為保證拼裝場(chǎng)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(tái)，6t叉車一臺(tái)，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(hù)盾主機(jī)輔助設(shè)備設(shè)備橋1號(hào)拖車設(shè)備橋、1號(hào)拖車上的輔助設(shè)備27號(hào)拖車液壓及電氣設(shè)備717號(hào)拖車及斜坡軌風(fēng)水電等設(shè)施。設(shè)備組裝前，項(xiàng)目部邀請(qǐng)國(guó)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(jì)，制定了詳細(xì)的組裝工藝和操作細(xì)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(shí)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(shí)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(guò)程中必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面規(guī)范化的維修保養(yǎng)。認(rèn)真實(shí)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(jī)械設(shè)備的維修次數(shù)，從而減少不必要的停機(jī)。每天安排6h的維修保養(yǎng)時(shí)間，操作中著重注意以下幾點(diǎn)：1）主軸承的維護(hù)主軸承是TBM最重要的部件之一，潤(rùn)滑條件對(duì)其使用壽命影響極大。主軸承潤(rùn)滑分三個(gè)獨(dú)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(dòng)油脂泵的工作狀況，定期更換潤(rùn)滑油。主軸承的維護(hù)是TBM設(shè)備維護(hù)的重點(diǎn)，由液壓工程師負(fù)責(zé)實(shí)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(zhǎng)使用壽命。每個(gè)掘進(jìn)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(shí)，必須立即停機(jī)檢查刀盤，檢查重點(diǎn)是中心刀和邊刀。根據(jù)刀具磨損規(guī)律，刀具組負(fù)責(zé)人應(yīng)制定詳盡的刀具更換及調(diào)位計(jì)劃，及時(shí)更換達(dá)到磨損量或損壞的刀具，避免在掘進(jìn)過(guò)程中更換刀具。刀具修理人員應(yīng)及時(shí)修復(fù)損壞的刀具，并保證裝配質(zhì)量。3）除塵風(fēng)機(jī)的維修保養(yǎng)除塵風(fēng)機(jī)故障對(duì)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(jìn)方向的調(diào)整。洞內(nèi)能見度降低，支護(hù)工作無(wú)法與掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，延長(zhǎng)了停機(jī)等待時(shí)間，同時(shí)對(duì)施工人員的身體健康造成危害。應(yīng)將除塵風(fēng)機(jī)列入重點(diǎn)維修保養(yǎng)范圍，定期檢查除塵電機(jī)的工況，及時(shí)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(jī)油管及鏈

7、條，仰拱吊機(jī)鏈條轉(zhuǎn)向輪、3號(hào)皮帶機(jī)的糾偏及修補(bǔ)、電氣設(shè)備的絕緣防護(hù)等做為重點(diǎn)保養(yǎng)對(duì)象，并對(duì)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(jì)劃，堅(jiān)持定期保養(yǎng)、定期維護(hù)，實(shí)現(xiàn)制度化、規(guī)范化管理。（2）加強(qiáng)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)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(shí)排除。（3）加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和油水檢驗(yàn)管理，特別是主電機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)及主軸承潤(rùn)滑油的檢驗(yàn)。（4）根據(jù)設(shè)備配件消耗規(guī)律，制定合理的購(gòu)置計(jì)劃，在滿足使用要求的前提下，盡量使用國(guó)產(chǎn)配件，以降低工程成本。3. 施工管理TBM施工時(shí)開挖、出碴、運(yùn)輸、支護(hù)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(jìn)的需要，并且布局合理。TBM施工工序較多，必須編制實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，制定關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)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(diǎn)，結(jié)合列車編組順序和運(yùn)輸方式，將刀具修理車間、混凝土拌合站、仰拱塊預(yù)制廠、機(jī)修車間、翻車機(jī)等配套設(shè)備沿運(yùn)輸軌線成條形布置，達(dá)到各工序協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證出碴運(yùn)輸及材料供應(yīng)的連續(xù)性。洞外配套設(shè)施管理的重點(diǎn)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(jìn)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(hù)脫模室內(nèi)存放養(yǎng)護(hù)運(yùn)輸翻轉(zhuǎn)室外存放。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程采用流水作業(yè)方式進(jìn)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(yùn)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(hù)18h（升溫2h，恒溫13h，降溫3h）；養(yǎng)護(hù)結(jié)束后脫模起吊仰拱塊，并做好仰拱塊的編號(hào)；室內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)護(hù)3天后，運(yùn)往室外翻轉(zhuǎn)后存放待用。預(yù)制廠生產(chǎn)管理的重點(diǎn)是鋼筋骨架的制作，混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)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(jìn)循環(huán)主要由開挖、出碴、運(yùn)輸、支護(hù)、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(jìn)行。1）開挖TBM掘進(jìn)每循環(huán)進(jìn)尺1.8m，平均循環(huán)時(shí)間8090min.受圍巖類別、節(jié)理發(fā)育程度等影響，循環(huán)時(shí)間最短35min，最長(zhǎng)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(shí)間92min，最長(zhǎng)165min；而DK66+500+530段屬VI類圍巖，節(jié)理不發(fā)育，平均循環(huán)時(shí)間136min，最長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間280min，可見循環(huán)時(shí)間與圍巖類別有較大關(guān)系。除了圍巖類別外，循環(huán)時(shí)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(qiáng)度平均103MPa，節(jié)理較發(fā)育，最短循環(huán)時(shí)間僅35min；DK65+160+207段屬VI類

11、圍巖，抗壓強(qiáng)度103MPa，節(jié)理不發(fā)育，循環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)300min.施工中發(fā)現(xiàn)，巖石抗壓強(qiáng)度100150MPa，節(jié)理發(fā)育而又不致坍塌的圍巖，是TBM掘進(jìn)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(jìn)參數(shù)的選擇和掘進(jìn)方向的控制。當(dāng)巖石堅(jiān)硬完整時(shí)，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(guò)載，選擇推力自動(dòng)控制模式。在軟弱破碎巖石中掘進(jìn)時(shí)，推力一般在5MN以下，扭矩30005000Nm，此時(shí)推力小，貫入度高，扭矩較大，為防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)載，選擇扭矩自動(dòng)控制模式。在巖石硬度不均勻，扭矩與推力變化較大時(shí)，應(yīng)盡量降低掘進(jìn)速度，以保護(hù)刀具和

12、改善主軸承的受力狀況。施工中要求主司機(jī)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(yùn)輸出碴采用有軌運(yùn)輸方式。運(yùn)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(cuò)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(jìn)口柴油機(jī)車牽引運(yùn)輸。出碴與掘進(jìn)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行。出碴流程為：巖碴經(jīng)鏟斗！主機(jī)膠帶輸送機(jī)（長(zhǎng)22.5m，寬1.2m）設(shè)備橋膠帶輸送機(jī)（長(zhǎng)26m，寬1.2m）后配套系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)（長(zhǎng)160m，寬1.2m）雙向溜碴槽（移動(dòng)距離80m，裝碴時(shí)碴車不必移動(dòng)）碴車洞外翻

13、車機(jī)翻碴18t北方奔馳自卸汽車倒運(yùn)至棄碴場(chǎng)。在配置了足夠的運(yùn)輸車輛后，運(yùn)輸管理的重點(diǎn)放在運(yùn)輸車輛、翻車機(jī)的保養(yǎng)及運(yùn)輸軌道的養(yǎng)護(hù)上。3）支護(hù)支護(hù)作業(yè)的停機(jī)等待時(shí)間將延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間。TBM配備了超前鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)、混凝土濕噴機(jī)、鋼拱架安裝器等足夠的支護(hù)設(shè)備，但在通過(guò)巖爆區(qū)、斷層破碎帶、軟弱涌水帶等特殊地質(zhì)地段時(shí)，施工中仍缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)，致使停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，制約了TBM掘進(jìn)速度的發(fā)揮。支護(hù)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(hù)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(jī)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(guò)注漿孔在0.50

14、.6MPa壓力下注入C20細(xì)石混凝土，以保證基底的密實(shí)。施工中注漿工作必須及時(shí)進(jìn)行，使混凝土早期強(qiáng)度得到充分的發(fā)展。每安裝7塊仰拱塊需延伸一次運(yùn)輸軌道。以上工作與掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，若工序銜接處理不好，會(huì)占用循環(huán)時(shí)間。施工中必須加強(qiáng)同洞外行車調(diào)度的聯(lián)系，保證仰拱塊及注漿料的及時(shí)供應(yīng)。5）施工測(cè)量TBM掘進(jìn)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(jì)軸線的偏差，并顯示在操作室的控制單元上，主司機(jī)根據(jù)這些信號(hào)來(lái)調(diào)整TBM掘進(jìn)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(xiàng)工作在停機(jī)保養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行，不占用循環(huán)時(shí)間。施工中將TBM主機(jī)位置與仰拱激光建

15、立聯(lián)系，相互校核，減少測(cè)量誤差，控制了掘進(jìn)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(guò)后配套尾部的助推風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)過(guò)接力風(fēng)機(jī)送到TBM各個(gè)工作區(qū)域。除塵通過(guò)刀盤噴水和除塵裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，凈化后的空氣作為清潔空氣吹回隧道。掘進(jìn)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(wú)漏風(fēng)現(xiàn)象，檢查并更換除塵風(fēng)機(jī)的過(guò)濾網(wǎng)罩。7）風(fēng)、水、電管路延伸風(fēng)管儲(chǔ)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(dòng)向前延伸。4. 勞動(dòng)組織管理TBM機(jī)械化作業(yè)特點(diǎn)，要求施工企業(yè)必須將有限的人力資源進(jìn)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(méi)有類似工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，在崗位劃分及勞動(dòng)力配置方面有待進(jìn)一步提高。 4.1 勞動(dòng)力配置管理中始終堅(jiān)持以掘進(jìn)為中心配置勞動(dòng)力。隧道內(nèi)分兩班掘進(jìn)（18h）一班維修保養(yǎng)（6h），仰拱塊生產(chǎn)按流水作業(yè)方式進(jìn)行，機(jī)械綜合隊(duì)實(shí)行彈性工作制。洞內(nèi)緊緊圍繞掘進(jìn)，掘進(jìn)班（每班）：主副司機(jī)2人，值班工程師1人，工長(zhǎng)1人，拱部支護(hù)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(jī)1人，機(jī)械修理2人，電工1人，合計(jì)23人。掘進(jìn)班負(fù)責(zé)除出碴外掘進(jìn)過(guò)程中的所有工作。保養(yǎng)班26人，負(fù)責(zé)刀具檢查更換及其它維修保養(yǎng)工作。運(yùn)輸班2

17、8人，負(fù)責(zé)巖碴運(yùn)輸及材料的供應(yīng)。另外，管理人員人，刀具修理6人，機(jī)械車間8人，翻碴司機(jī)4人，供料3人。掘進(jìn)隊(duì)合計(jì)126人。洞外圍仰拱預(yù)制塊的生產(chǎn)，從鋼筋骨架加工入模混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、灌注蒸汽養(yǎng)護(hù)脫模室內(nèi)養(yǎng)護(hù)室外翻轉(zhuǎn)存放形成流水線作業(yè)，共計(jì)83人。機(jī)械隊(duì)55人，負(fù)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(jī)械的使用、維修等。項(xiàng)目部行政、技術(shù)、安檢、財(cái)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(xiàng)目部各類管理、服務(wù)、生產(chǎn)人員計(jì)379人。4.2 思想政治教育項(xiàng)目部在加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)力度和勞動(dòng)力優(yōu)化組合的同時(shí)，積極開展創(chuàng)黨員先鋒崗、建紅旗責(zé)任區(qū)和共青團(tuán)員安全監(jiān)督崗活動(dòng)，極大調(diào)動(dòng)了廣大職工的勞動(dòng)積極性。在全體參戰(zhàn)職工努力下，秦嶺隧道青年突擊隊(duì)先后被河南省、陜西省授予省級(jí)青年文明號(hào)，1998年10月又被團(tuán)中央、全國(guó)鐵道團(tuán)委授于國(guó)家級(jí)青年文明號(hào)，展現(xiàn)了新一代隧道工人的風(fēng)采。5. 結(jié)束語(yǔ)TBM作為一種嶄新的施工技術(shù)，對(duì)施工企業(yè)的管理提出了更高的要求。施工中必須