摘 要 秦嶺隧道是目前我國最長的鐵路隧道

1、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。關鍵詞 鐵路隧道TBM設備管理施工管理勞動組織管理T ran bbs.Com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)條件復雜，工程量艱巨。巖性以 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、

2、地熱、涌水、 放射性異常、圍巖失穩(wěn)等地質(zhì)災害。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)場施工中認識到，只有先進的設備、完善的配套設施與科學嚴謹?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。設備管理為了

3、使設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設備管理辦 法，建立了項目部機電總工程師一機電部一領班工程師一施工隊的設備管理組織體系，完善了點、線、 片、整體管理，逐層分工負責的崗位責任制原則。從設備組裝到維修保養(yǎng)都制定了嚴格的規(guī)章制度，實行 標準化作業(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250m預備隧道和10m出發(fā)隧道，需提前用鉆爆法施工。T BM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。組裝設備主要有：75tx2+15t龍門吊車1臺，6t叉車一臺，5t、40t平板拖車各1輛，25t、

4、40t汽車吊各 1輛。TBM組裝順序如下：安裝初始部件一內(nèi)部凱氏一外部凱氏和后支撐一主軸承一刀盤一刀盤護盾一主 機輔助設備設備橋1號拖車設備橋、1號拖車上的輔助設備27號拖車液壓及電氣設備717 號拖車及斜坡軌一風水電等設施。設備組裝前，項目部邀請國內(nèi)有關專家和技術(shù)人員編制了TB880E型TBM組裝施工組織設計，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設備功能塊較多，操作要求嚴格，組裝時必須嚴格按WIRTH公 司提供的技術(shù)規(guī)范操作，并認真接受外方技術(shù)人員的指導。2.2維修保養(yǎng)管理施工過程中必

5、須對設備進行全面規(guī)范化的維修保養(yǎng)。認真實施預防性保養(yǎng)是降低設備故障率的前提， 可以減少機械設備的維修次數(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設備維護的重點，由液壓工程師負責實施。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。每個掘進班應檢查一次刀盤，發(fā) 現(xiàn)碴中有金屬構(gòu)件或刀盤區(qū)域有異常的噪音、氣

6、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，刀具組負責人應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。刀具修理人員應及時修復損壞的刀具，并保證裝配質(zhì)量。3）除塵風機的維修保養(yǎng)除塵風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。應將除塵風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條，仰拱吊機鏈條轉(zhuǎn)向輪、3號皮帶

7、機的糾偏及修補、電氣設備 的絕緣防護等做為重點保養(yǎng)對象，并對其它設備做一般預防性保養(yǎng)。2.3設備管理要領（1）科學制定并嚴格執(zhí)行設備維修保養(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。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)，要求洞外配套設施的能力必須滿足TBM 掘進的需要

8、，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計，制定關鍵工序作業(yè)指導 書，加強工序銜接，確保施工的連續(xù)性。3.1洞外配套設施管理根據(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、仰拱塊預制 廠、機修車間、翻車機等配套設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 應的連續(xù)性。洞外配套設施管理的重點是仰拱塊預制廠的生產(chǎn)管理。仰拱預制廠的生產(chǎn)能力必須滿足TBM掘進的需要。仰拱塊生產(chǎn)流程為：鋼筋骨架制作一立模一混凝 土灌注一蒸汽養(yǎng)護一脫模一室內(nèi)存放養(yǎng)護一運輸翻轉(zhuǎn)一室外存放。整個生產(chǎn)過程采用流水作業(yè)方式進行。 首先清洗模具，噴涂脫模劑，安放

9、鋼筋骨架及各種預埋管件；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40C蒸汽中養(yǎng)護18 h （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、通風除塵、風水電管路及軌 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16 5min；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 +2

11、07段屬VI類圍巖，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，應盡量降

12、低掘進速度，以保護刀具和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標準鋼軌直接鋪設在仰拱 預制塊上。后配套尾部設有加利福尼亞道岔，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）一設備橋 膠帶輸送機（長26m，寬1.2m）一后配套系統(tǒng)膠帶輸送機（長160m，寬1.2m）一雙向溜碴槽（移動距離

13、 80m，裝碴時碴車不必移動）一碴車一洞外翻車機翻碴一18t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7

14、8min。仰拱塊安裝后與圍巖間隙，通過注 漿孔在0.50.6MPa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。5）施工測量TBM掘進方向由ZED260激光導向系統(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

15、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）通風除塵通風由2.2m主風管供給，通過后配套尾部的助推風機增壓，經(jīng)過接力風機送到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、除塵系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)。施工中注意檢查風管有無漏風現(xiàn)象，檢查并更換除塵 風機的過濾網(wǎng)罩。7）風、水、電管路延伸風管儲存筒內(nèi)存有風管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、水、電管路自動向前延伸。勞動組織

16、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學合理的配置，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。掘進班負責除出碴外掘進過程中的所有工作

17、。保養(yǎng)班26人，負責刀具檢查更換及其它維修保養(yǎng) 工作。運輸班28人，負責巖碴運輸及材料的供應。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。洞外圍仰拱預制塊的生產(chǎn)，從鋼筋骨架加工入模一混凝土生產(chǎn)、運輸、灌注一蒸汽養(yǎng)護一脫模一室內(nèi) 養(yǎng)護一室外翻轉(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、人事、調(diào)度、事務、醫(yī)療、公安、生活等管理服務人員115人。 項目部各類管理、服務、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。施工中必須加