淺談盾構(gòu)機(jī)的施工管理.doc

淺談盾構(gòu)機(jī)的施工管理田振偉 馮宏朝1 引 言盾構(gòu)機(jī)，是建設(shè)現(xiàn)代化城市軌道交通工程的重要施工設(shè)備之一，是地鐵隧道施工中的專業(yè)設(shè)備，盾構(gòu)機(jī)良好的運(yùn)行是隧道盾構(gòu)施工設(shè)備管理的關(guān)鍵，對(duì)盾構(gòu)施工項(xiàng)目能否順利完成起著決定性作用。近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)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(yīng)的制訂了地鐵發(fā)展規(guī)劃，城市軌道交通總里程達(dá)到五千多公里。目前，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在全國盾構(gòu)施工中，大約有800900臺(tái)套盾構(gòu)機(jī)在施工生產(chǎn)運(yùn)行中。盾構(gòu)隧道施工方法近年在國內(nèi)大量應(yīng)用，隧道施工項(xiàng)目的迅速發(fā)展，為城市軌道交通建設(shè)提供了便利。但是，隨著國內(nèi)盾構(gòu)隧道施工市場的膨脹，施工企業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)跟不上規(guī)模的發(fā)展，缺乏設(shè)備管理人員，管理制度不完善，落實(shí)不到位，維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，導(dǎo)致在盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)機(jī)故障頻發(fā)，盾構(gòu)機(jī)的使用效率低下，給盾構(gòu)施工帶來了諸多不利的影響。本文結(jié)合在建的地鐵項(xiàng)目實(shí)際，介紹土壓平衡盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行和維護(hù)中的施工管理，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在隧道施工中得到有效利用，降低盾構(gòu)機(jī)的使用成本，提高效益提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。2 盾構(gòu)機(jī)簡述2.1 盾構(gòu)機(jī)的分類盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)（Shield tunnel boring machine），是一種隧道掘進(jìn)的專用機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)是集電、光、機(jī)、液、感知、信息化技術(shù)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(dǎo)向糾偏等功能；盾構(gòu)機(jī)涉及到地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地層和隧道參數(shù)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)，可靠性要求極高。盾構(gòu)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。盾構(gòu)機(jī)按照應(yīng)用領(lǐng)域不同主要分為土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)、TBM硬巖掘進(jìn)式盾構(gòu)機(jī)、泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)三種，如圖2.1所示。圖2.1 盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域分類泥水式盾構(gòu)機(jī)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(gè)密封隔板，和開挖面形成一個(gè)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(jìn)行分離，經(jīng)分離后泥漿可以重復(fù)利用。 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是把土料（必要時(shí)可以添加分散型泡沫劑等對(duì)土壤進(jìn)行改良）作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后面隔板與開挖面形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)使土倉土料增加，再由螺旋輸送機(jī)皮帶機(jī)將土料運(yùn)到渣土車內(nèi)，繼而運(yùn)輸?shù)蕉赐猓嗤潦覂?nèi)可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸送機(jī)出土量進(jìn)行調(diào)節(jié)土倉土壓。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適用于富含水的微風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、全風(fēng)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(jìn)軟巖、砂土、泥土，也可以在開敞式狀態(tài)下掘進(jìn)、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(zhuǎn)換；而且還具有半敞開式掘進(jìn)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(jìn)能力。TBM（Tunnel Boring Machine）隧道掘進(jìn)機(jī)，是利用滾刀刀具切削并破碎倉內(nèi)巖石而掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面，是一種新型的先進(jìn)的巖石隧道施工機(jī)械；TBM是適合硬巖掘進(jìn)的隧道掘進(jìn)機(jī)，適用于山嶺隧道硬巖掘進(jìn)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工鉆爆法，在相同的條件下，其掘進(jìn)速度約為常規(guī)鉆爆法的512倍，最佳日進(jìn)尺可達(dá)180m。2.2 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的組成土壓平衡盾構(gòu)機(jī)由盾體、刀盤、刀盤驅(qū)動(dòng)、雙室氣閘、管片拼裝機(jī)、排土機(jī)構(gòu)、后配套裝置、電氣系統(tǒng)和輔助設(shè)備等幾大部分組成，其構(gòu)造如圖2-2所示。圖2-2 盾構(gòu)機(jī)整機(jī)圖3 建立盾構(gòu)機(jī)管理目標(biāo)盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)設(shè)備，需要一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)，盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行管理良好與否，需要落實(shí)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(diǎn)素質(zhì)：良好的道德素質(zhì)、高尚的責(zé)任素質(zhì)、扎實(shí)的知識(shí)素質(zhì)。盾構(gòu)機(jī)管理人員要具備良好的道德素質(zhì)，愛崗敬業(yè)、品行端正；要有高尚的責(zé)任素質(zhì)，恪盡職守、任勞任怨（當(dāng)然也要得到企業(yè)相應(yīng)的工資待遇）；還要具有扎實(shí)的知識(shí)素質(zhì)，知識(shí)是可以后天培養(yǎng)和學(xué)習(xí)的，只要肯努力學(xué)習(xí)和思考，就能得到應(yīng)有的成效和回報(bào)。按照三要素選拔和選用人才，組成盾構(gòu)運(yùn)行管理小組，明確任務(wù)分工和責(zé)任，以便學(xué)習(xí)和掌握責(zé)任重點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行管理小組各成員相互配合，通過自身的學(xué)習(xí)和相互交流的形式來討論盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行管理，定期舉行盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行維保分析會(huì)，討論近期盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、維保情況和下步工作重點(diǎn)，制定下一階段工作計(jì)劃，按照計(jì)劃按時(shí)實(shí)施。3.2 配件因素盾構(gòu)機(jī)始終堅(jiān)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(qū)動(dòng)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(duì)那些普通的部位（如皮帶機(jī)等）可以從市場采購零配件。在該項(xiàng)目盾構(gòu)施工中從未有因?yàn)榕浼栴}導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)發(fā)生故障。這樣既保證了配件的可靠性和質(zhì)量要求，又兼顧了經(jīng)濟(jì)成本，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。3.3 工藝因素盾構(gòu)機(jī)換裝配件時(shí)，始終按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，如安裝液壓件時(shí)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(shí)按要求進(jìn)行過濾，如果液壓系統(tǒng)污染將是盾構(gòu)機(jī)的災(zāi)難。再如焊接安裝工藝，國內(nèi)生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)在一些領(lǐng)域安裝工藝不如進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)，刀盤焊接的工藝、拼裝的精度方面都能體現(xiàn)國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的工藝差距。但是國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)基本國情和地質(zhì)條件進(jìn)行了改進(jìn)，比如注漿系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)等比進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)功能強(qiáng)大。在一次中鐵裝備盾構(gòu)機(jī)換刀時(shí)，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(jié)是焊接工藝的問題，隨后采用進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)的焊接工藝，使用氬碳混合氣體作為保護(hù)氣體控制溫度進(jìn)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(dá)到了預(yù)期效果，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)本身的特性，發(fā)揮其各自優(yōu)勢，盡量避開其劣勢。4 盾構(gòu)機(jī)的施工管理方法隧道盾構(gòu)法施工是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)性較大的施工方法，建設(shè)部將隧道施工評(píng)估為高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，盾構(gòu)施工人機(jī)交錯(cuò)的特征十分明顯，起重傷害、電機(jī)車傷人、機(jī)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(jī)械設(shè)備高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)等客觀因素注定了安全管理監(jiān)控具有較高的難度。盾構(gòu)施工工序流程達(dá)到十幾個(gè)，覆蓋面相當(dāng)廣，其中有多個(gè)部位被列為安全重點(diǎn)部位。復(fù)雜地層掘進(jìn)、垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、管片拼裝等都是危險(xiǎn)性很高的工序,且屬于長時(shí)間的連續(xù)作業(yè)，一旦輕視、疏忽就會(huì)發(fā)生安全事故。盾構(gòu)機(jī)的施工管理必須合理設(shè)置作業(yè)崗位、配備專業(yè)人員、嚴(yán)格操作規(guī)程和制度。4.1 盾構(gòu)施工的崗位設(shè)置目前，在各單位盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)的崗位設(shè)置一般為管理人員和作業(yè)人員。管理人員包括：項(xiàng)目經(jīng)理、總工程師、技術(shù)、質(zhì)檢、試驗(yàn)、安全、測量員、物資設(shè)備、經(jīng)營合同、財(cái)務(wù)、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(gòu)司機(jī)、管片拼裝、注漿、機(jī)修、電工、出渣指揮和盾構(gòu)機(jī)尾部雜工、地面拌合站、門機(jī)司機(jī)、電瓶車司機(jī)、加工廠等輔助崗位設(shè)置。4.2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)操作要求（1）開機(jī)前準(zhǔn)備工作開機(jī)掘進(jìn)前巡視各系統(tǒng)設(shè)備；開機(jī)掘進(jìn)前檢查操作控制面板；開機(jī)掘進(jìn)前確認(rèn)材料；開機(jī)掘進(jìn)前確認(rèn)故障。開機(jī)掘進(jìn)前故障顯示屏上故障應(yīng)消除。（2）掘進(jìn)操作主要控制出渣土；掘進(jìn)位置的地層地質(zhì)；掘進(jìn)當(dāng)前位置的地面及鋪設(shè)管線狀況；盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩調(diào)整；盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)推力調(diào)整；盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中應(yīng)隨時(shí)觀察盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，采取合理的措施，以避免盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)失控至允許范圍外。（3）掘進(jìn)記錄掘進(jìn)記錄應(yīng)按時(shí)填寫，一般保證施工中的掘進(jìn)參數(shù)、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)、地質(zhì)變化情況、施工中主要材料用量、盾尾間隙及管片拼裝點(diǎn)位、工序施工時(shí)間、發(fā)生的設(shè)備故障與處理等主要數(shù)據(jù)，是類似地層地質(zhì)分析、盾構(gòu)機(jī)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(yīng)詳細(xì)記錄。4.3 盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)4.3.1 建立維護(hù)保養(yǎng)制度（1）建立盾構(gòu)機(jī)管理組織機(jī)構(gòu)，一般如下圖:機(jī)械總工水電總工掘進(jìn)隊(duì)長管片拼裝組注漿出渣組盾構(gòu)司機(jī)組機(jī)械維保組電氣維保組水電保障組生產(chǎn)副經(jīng)理（2）相關(guān)人員的崗位職責(zé)；相關(guān)人員的崗位職責(zé)生產(chǎn)副經(jīng)理負(fù)責(zé)主持盾構(gòu)隧道施工的全面工作，負(fù)責(zé)指揮和監(jiān)督相關(guān)小組和人員協(xié)調(diào)配合工作。掘進(jìn)隊(duì)長主要負(fù)責(zé)盾構(gòu)掘進(jìn)的管片拼裝、出渣、注漿、指揮協(xié)調(diào)、管片安裝和注漿記錄等工作。機(jī)械總工主要負(fù)責(zé)盾構(gòu)機(jī)司機(jī)操作、盾構(gòu)機(jī)機(jī)械和液壓方面的維護(hù)保養(yǎng)以及監(jiān)督司機(jī)掘進(jìn)參數(shù)記錄、維保人員運(yùn)行和維保記錄的填寫等督促落實(shí)與各組相互協(xié)調(diào)工作。水電總工主要負(fù)責(zé)盾構(gòu)機(jī)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(shè)等督促落實(shí)和各組相互協(xié)調(diào)工作。4.3.2 建立日常維保管理制度盾構(gòu)施工項(xiàng)目設(shè)備部要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)操作維保相關(guān)人員的職能，根據(jù)崗位編制分工，制訂相應(yīng)的維保管理制度，明確管理制度制定的目的、職責(zé)、實(shí)施的措施、流程、獎(jiǎng)懲的辦法，以項(xiàng)目部文件形式下發(fā)到各個(gè)小組，遵照?qǐng)?zhí)行。盾構(gòu)機(jī)和維保人員在做好操作和維護(hù)保養(yǎng)工作的同時(shí)，要做好相關(guān)工作的詳細(xì)記錄，形成設(shè)備文字檔案，最真實(shí)的反映盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀況，以便在盾構(gòu)機(jī)設(shè)備后期的運(yùn)行和管理中查找設(shè)備故障原因。4.3.3 維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)和計(jì)劃（1）維護(hù)保養(yǎng)的工作方針盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作遵守 “清潔、潤滑、緊固、調(diào)整、防腐” 十字方針。清潔和防腐內(nèi)容包括整機(jī)清潔、相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件、注漿系統(tǒng)、電氣元件、液壓元件、表面油漆。緊固包括運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)部件的滑道潤滑、運(yùn)動(dòng)密封的潤滑（主軸承密封、螺旋輸送機(jī)密封、砂漿攪拌軸密封、旋轉(zhuǎn)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(dòng)部件的潤滑（變速箱、鏈條）。調(diào)整鉸接密封、主軸承密封滑道、螺機(jī)艙門密封、皮帶刮板、拖輪、推進(jìn)油缸支座、泡沫參數(shù)、油脂參數(shù)等。4.3.4 盾構(gòu)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)操作和維保人員必須按技術(shù)要求徹底進(jìn)行每一項(xiàng)操作和維護(hù)保養(yǎng)工作。嚴(yán)禁隨意踩踏、拉扯、敲擊液壓和電氣元件。嚴(yán)禁隨意開啟或關(guān)閉盾構(gòu)機(jī)上各種閥門、旋鈕開關(guān)。非操作人員嚴(yán)禁操作各控制面板或按鈕。嚴(yán)禁操作人員隨意調(diào)整各系統(tǒng)的參數(shù)。嚴(yán)禁各系統(tǒng)間的連鎖隨意取消。嚴(yán)禁隨意拆卸或改動(dòng)設(shè)備及設(shè)備系統(tǒng)的部件或功能。嚴(yán)禁用水沖洗電器設(shè)備及電氣元件。必須按技術(shù)要求在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行維修運(yùn)行部位的部件，并且維修期間確保不會(huì)重新啟動(dòng)。嚴(yán)禁在帶壓狀態(tài)下維修液壓部件。嚴(yán)禁帶電維修電氣部件，必須帶電作業(yè)時(shí)要求兩人在場并確保設(shè)備不被啟動(dòng)或可隨時(shí)斷電。維保工作完成后必須整理設(shè)備周圍工器具、材料等雜物。5 盾構(gòu)機(jī)預(yù)防管理盾構(gòu)機(jī)的預(yù)防管理包括盾構(gòu)機(jī)在最初的選型購買、盾構(gòu)機(jī)的產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試車等階段。盾構(gòu)機(jī)購買時(shí)的選型階段，要分析地層地質(zhì)情況，了解珠工程區(qū)域的地層地質(zhì)特點(diǎn)，根據(jù)以往該地區(qū)盾構(gòu)