淺談盾構機的施工管理.doc

淺談盾構機的施工管理田振偉 馮宏朝1 引 言盾構機，是建設現(xiàn)代化城市軌道交通工程的重要施工設備之一，是地鐵隧道施工中的專業(yè)設備，盾構機良好的運行是隧道盾構施工設備管理的關鍵，對盾構施工項目能否順利完成起著決定性作用。近年來，隨著國家經濟發(fā)展不斷加快，城市人口和城市面積急劇增加，各大城市、特區(qū)都相應的制訂了地鐵發(fā)展規(guī)劃，城市軌道交通總里程達到五千多公里。目前，據(jù)不完全統(tǒng)計，在全國盾構施工中，大約有800900臺套盾構機在施工生產運行中。盾構隧道施工方法近年在國內大量應用，隧道施工項目的迅速發(fā)展，為城市軌道交通建設提供了便利。但是，隨著國內盾構隧道施工市場的膨脹，施工企業(yè)人才隊伍建設跟不上規(guī)模的發(fā)展，缺乏設備管理人員，管理制度不完善，落實不到位，維護保養(yǎng)不及時，導致在盾構施工中，盾構機故障頻發(fā)，盾構機的使用效率低下，給盾構施工帶來了諸多不利的影響。本文結合在建的地鐵項目實際，介紹土壓平衡盾構機運行和維護中的施工管理，實現(xiàn)盾構機在隧道施工中得到有效利用，降低盾構機的使用成本，提高效益提供經驗借鑒。2 盾構機簡述2.1 盾構機的分類盾構機，全名叫盾構隧道掘進機（Shield tunnel boring machine），是一種隧道掘進的專用機械，現(xiàn)代盾構機是集電、光、機、液、感知、信息化技術于一體，具有開挖切削土體、輸送渣土、拼裝隧道管片和襯砌、測量導向糾偏等功能；盾構機涉及到地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地層和隧道參數(shù)進行“量體裁衣”式的設計制造生產，可靠性要求極高。盾構機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。盾構機按照應用領域不同主要分為土壓平衡式盾構機、TBM硬巖掘進式盾構機、泥水平衡式盾構機三種，如圖2.1所示。圖2.1 盾構機應用領域分類泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個密封隔板，和開挖面形成一個泥水室，里面充滿泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵通過管道輸送到洞外地面泥土分離廠進行分離，經分離后泥漿可以重復利用。 土壓平衡式盾構機是把土料（必要時可以添加分散型泡沫劑等對土壤進行改良）作為穩(wěn)定開挖面的介質，刀盤后面隔板與開挖面形成泥土室，刀盤旋轉掘進使土倉土料增加，再由螺旋輸送機皮帶機將土料運到渣土車內，繼而運輸?shù)蕉赐?，泥土室內可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸送機出土量進行調節(jié)土倉土壓。土壓平衡盾構機適用于富含水的微風化巖、中風化巖、強風化巖、全風化巖、泥土、砂土、礫石、鵝卵石的軟土及混合地層，既可以在土壓平衡狀態(tài)下掘進軟巖、砂土、泥土，也可以在開敞式狀態(tài)下掘進、切削較硬的或完整的巖石，敞開式和土壓平衡式兩種模式之間能夠快速轉換；而且還具有半敞開式掘進的能力，既能穩(wěn)定正面巖土層又具備敞開式土層下的掘進能力。TBM（Tunnel Boring Machine）隧道掘進機，是利用滾刀刀具切削并破碎倉內巖石而掘進，形成整個隧道斷面，是一種新型的先進的巖石隧道施工機械；TBM是適合硬巖掘進的隧道掘進機，適用于山嶺隧道硬巖掘進，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工鉆爆法，在相同的條件下，其掘進速度約為常規(guī)鉆爆法的512倍，最佳日進尺可達180m。2.2 土壓平衡式盾構機的組成土壓平衡盾構機由盾體、刀盤、刀盤驅動、雙室氣閘、管片拼裝機、排土機構、后配套裝置、電氣系統(tǒng)和輔助設備等幾大部分組成，其構造如圖2-2所示。圖2-2 盾構機整機圖3 建立盾構機管理目標盾構機是一個龐大的系統(tǒng)設備，需要一個良好的運行狀態(tài)，盾構機的運行管理良好與否，需要落實和抓好以下三大因素：人員因素、配件因素、工藝因素：3.1 人員因素人員要具備三點素質：良好的道德素質、高尚的責任素質、扎實的知識素質。盾構機管理人員要具備良好的道德素質，愛崗敬業(yè)、品行端正；要有高尚的責任素質，恪盡職守、任勞任怨（當然也要得到企業(yè)相應的工資待遇）；還要具有扎實的知識素質，知識是可以后天培養(yǎng)和學習的，只要肯努力學習和思考，就能得到應有的成效和回報。按照三要素選拔和選用人才，組成盾構運行管理小組，明確任務分工和責任，以便學習和掌握責任重點，盾構機運行管理小組各成員相互配合，通過自身的學習和相互交流的形式來討論盾構機的運行管理，定期舉行盾構機運行維保分析會，討論近期盾構機運行狀態(tài)、維保情況和下步工作重點，制定下一階段工作計劃，按照計劃按時實施。3.2 配件因素盾構機始終堅持在一些主要系統(tǒng)、主要部位（液壓系統(tǒng)、監(jiān)控檢測系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等）使用原車原廠配件，不得使用替代配件；對那些普通的部位（如皮帶機等）可以從市場采購零配件。在該項目盾構施工中從未有因為配件問題導致盾構機發(fā)生故障。這樣既保證了配件的可靠性和質量要求，又兼顧了經濟成本，達到了預期目標。3.3 工藝因素盾構機換裝配件時，始終按照操作規(guī)程進行操作，如安裝液壓件時不能戴手套，要清洗干凈液壓頭和液壓管，添加液壓油和齒輪油時按要求進行過濾，如果液壓系統(tǒng)污染將是盾構機的災難。再如焊接安裝工藝，國內生產的盾構機在一些領域安裝工藝不如進口盾構機，刀盤焊接的工藝、拼裝的精度方面都能體現(xiàn)國產盾構機的工藝差距。但是國產盾構機在進口盾構機的基礎上結合國內基本國情和地質條件進行了改進，比如注漿系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)等比進口盾構機功能強大。在一次中鐵裝備盾構機換刀時，發(fā)現(xiàn)刀盤與牛腿的連接處出現(xiàn)一條28厘米長裂紋，現(xiàn)場馬上分析原因、查找推力數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)推力并不大，最后歸結是焊接工藝的問題，隨后采用進口盾構機的焊接工藝，使用氬碳混合氣體作為保護氣體控制溫度進行焊接，之后在使用過程中無論推力大小都沒有發(fā)生類似情況，達到了預期效果，結合盾構機本身的特性，發(fā)揮其各自優(yōu)勢，盡量避開其劣勢。4 盾構機的施工管理方法隧道盾構法施工是一項風險性較大的施工方法，建設部將隧道施工評估為高風險的行業(yè)，盾構施工人機交錯的特征十分明顯，起重傷害、電機車傷人、機械傷害、高處墜落等多種事故發(fā)生的可能始終貫穿在施工的全過程。機械設備高頻率運轉等客觀因素注定了安全管理監(jiān)控具有較高的難度。盾構施工工序流程達到十幾個，覆蓋面相當廣，其中有多個部位被列為安全重點部位。復雜地層掘進、垂直運輸、水平運輸、管片拼裝等都是危險性很高的工序,且屬于長時間的連續(xù)作業(yè)，一旦輕視、疏忽就會發(fā)生安全事故。盾構機的施工管理必須合理設置作業(yè)崗位、配備專業(yè)人員、嚴格操作規(guī)程和制度。4.1 盾構施工的崗位設置目前，在各單位盾構隧道施工中，盾構機的崗位設置一般為管理人員和作業(yè)人員。管理人員包括：項目經理、總工程師、技術、質檢、試驗、安全、測量員、物資設備、經營合同、財務、人事、綜合辦公室等部門人員。作業(yè)人員主要包括：工區(qū)長、班組長、盾構司機、管片拼裝、注漿、機修、電工、出渣指揮和盾構機尾部雜工、地面拌合站、門機司機、電瓶車司機、加工廠等輔助崗位設置。4.2 盾構機掘進操作要求（1）開機前準備工作開機掘進前巡視各系統(tǒng)設備；開機掘進前檢查操作控制面板；開機掘進前確認材料；開機掘進前確認故障。開機掘進前故障顯示屏上故障應消除。（2）掘進操作主要控制出渣土；掘進位置的地層地質；掘進當前位置的地面及鋪設管線狀況；盾構機刀盤扭矩調整；盾構機掘進推力調整；盾構機姿態(tài)調整。在盾構機掘進中應隨時觀察盾構機姿態(tài)，采取合理的措施，以避免盾構機姿態(tài)失控至允許范圍外。（3）掘進記錄掘進記錄應按時填寫，一般保證施工中的掘進參數(shù)、盾構機姿態(tài)數(shù)據(jù)、地質變化情況、施工中主要材料用量、盾尾間隙及管片拼裝點位、工序施工時間、發(fā)生的設備故障與處理等主要數(shù)據(jù)，是類似地層地質分析、盾構機狀態(tài)分析、施工情況分析、參數(shù)優(yōu)化分析、姿態(tài)測量成果變化分析、材料采購和核銷的主要依據(jù)。因此，應詳細記錄。4.3 盾構機的維護保養(yǎng)4.3.1 建立維護保養(yǎng)制度（1）建立盾構機管理組織機構，一般如下圖:機械總工水電總工掘進隊長管片拼裝組注漿出渣組盾構司機組機械維保組電氣維保組水電保障組生產副經理（2）相關人員的崗位職責；相關人員的崗位職責生產副經理負責主持盾構隧道施工的全面工作，負責指揮和監(jiān)督相關小組和人員協(xié)調配合工作。掘進隊長主要負責盾構掘進的管片拼裝、出渣、注漿、指揮協(xié)調、管片安裝和注漿記錄等工作。機械總工主要負責盾構機司機操作、盾構機機械和液壓方面的維護保養(yǎng)以及監(jiān)督司機掘進參數(shù)記錄、維保人員運行和維保記錄的填寫等督促落實與各組相互協(xié)調工作。水電總工主要負責盾構機的水循環(huán)和電路的保障工作、電氣維保工作以及盾尾拖車后高壓電纜、照明線路和水循環(huán)管路的鋪設等督促落實和各組相互協(xié)調工作。4.3.2 建立日常維保管理制度盾構施工項目設備部要根據(jù)盾構機操作維保相關人員的職能，根據(jù)崗位編制分工，制訂相應的維保管理制度，明確管理制度制定的目的、職責、實施的措施、流程、獎懲的辦法，以項目部文件形式下發(fā)到各個小組，遵照執(zhí)行。盾構機和維保人員在做好操作和維護保養(yǎng)工作的同時，要做好相關工作的詳細記錄，形成設備文字檔案，最真實的反映盾構機運行狀況，以便在盾構機設備后期的運行和管理中查找設備故障原因。4.3.3 維護保養(yǎng)技術和計劃（1）維護保養(yǎng)的工作方針盾構機的維護保養(yǎng)工作遵守 “清潔、潤滑、緊固、調整、防腐” 十字方針。清潔和防腐內容包括整機清潔、相對運動部件、注漿系統(tǒng)、電氣元件、液壓元件、表面油漆。緊固包括運動部件的螺栓緊固、重要部件的螺栓緊固、連接螺栓的緊固檢查、電氣部分接線柱的緊固、液壓部分連接管緊固等。潤滑包括運動部件的滑道潤滑、運動密封的潤滑（主軸承密封、螺旋輸送機密封、砂漿攪拌軸密封、旋轉接頭密封、鉸接密封、盾尾密封）；軸承的潤滑（潤滑油潤滑軸承、高溫脂潤滑軸承）；傳動部件的潤滑（變速箱、鏈條）。調整鉸接密封、主軸承密封滑道、螺機艙門密封、皮帶刮板、拖輪、推進油缸支座、泡沫參數(shù)、油脂參數(shù)等。4.3.4 盾構機維護保養(yǎng)注意事項操作和維保人員必須按技術要求徹底進行每一項操作和維護保養(yǎng)工作。嚴禁隨意踩踏、拉扯、敲擊液壓和電氣元件。嚴禁隨意開啟或關閉盾構機上各種閥門、旋鈕開關。非操作人員嚴禁操作各控制面板或按鈕。嚴禁操作人員隨意調整各系統(tǒng)的參數(shù)。嚴禁各系統(tǒng)間的連鎖隨意取消。嚴禁隨意拆卸或改動設備及設備系統(tǒng)的部件或功能。嚴禁用水沖洗電器設備及電氣元件。必須按技術要求在停機狀態(tài)下進行維修運行部位的部件，并且維修期間確保不會重新啟動。嚴禁在帶壓狀態(tài)下維修液壓部件。嚴禁帶電維修電氣部件，必須帶電作業(yè)時要求兩人在場并確保設備不被啟動或可隨時斷電。維保工作完成后必須整理設備周圍工器具、材料等雜物。5 盾構機預防管理盾構機的預防管理包括盾構機在最初的選型購買、盾構機的產品開發(fā)、設計、制造、試車等階段。盾構機購買時的選型階段，要分析地層地質情況，了解珠工程區(qū)域的地層地質特點，根據(jù)以往該地區(qū)盾構