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秦岭隧道I线进口段TBM施工组织管理

发布时间:2021-03-08 09:44 人气:

  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。出碴与掘进作业同时进行。出碴流程为:岩碴经铲斗!主机胶带输送机(长22.5m,宽1.2m)→设备桥

  胶带输送机(长26m,宽1.2m)→后配套系统胶带输送机(长160m,宽1.2m)→双向溜碴槽(移动距离80m,装碴时碴车不必移动)→碴车→洞外翻车机翻碴→18t北方奔驰自卸汽车倒运至弃碴场。在配置了足够的运输车辆后,运输管理的重点放在运输车辆、翻车机的保养及运输轨道的养护上。

  3)支护

  支护作业的停机等待时间将延长循环时间。TBM配备了超前钻机、锚杆钻机、混凝土湿喷机、钢拱架安装器等足够的支护设备,但在通过岩爆区、断层破碎带、软弱涌水带等特殊地质地段时,施工中仍缺乏足够的经验,致使停机时间过长,制约了TBM掘进速度的发挥。

  支护作业的关键是根据不同的地质条件,制定合理的技术措施,逐步建立起适合TBM施工的支护体系。

  4)仰拱块安装及轨道延伸

  仰拱块安装利用仰拱块吊机起吊,激光束定位,每块约需7~8min.仰拱块安装后与围岩间隙,通过注浆孔在0.5~0.6MPa压力下注入C20细石混凝土,以保证基底的密实。施工中注浆工作必须及时进行,使混凝土早期强度得到充分的发展。每安装7块仰拱块需延伸一次运输轨道。

  以上工作与掘进同时进行,若工序衔接处理不好,会占用循环时间。施工中必须加强同洞外行车调度的联系,保证仰拱块及注浆料的及时供应。

  5)施工测量

  TBM掘进方向由ZED260激光导向系统控制。该系统能够不间断地提供TBM所处位置与隧道设计轴线的偏差,并显示在操作室的控制单元上,主司机根据这些信号来调整TBM掘进方向。

  ZED导向系统每120m前移一次,仰拱激光每TBM前移一次。此项工作在停机保养时间进行,不占用循环时间。施工中将TBM主机位置与仰拱激光建立联系,相互校核,减少测量误差,控制了掘进偏差和仰拱块安装偏差。

  6)通风除尘

  通风由Φ2.2m主风管供给,通过后配套尾部的助推风机增压,经过接力风机送到TBM各个工作区域。除尘通过刀盘喷水和除尘装置来实现,净化后的空气作为清洁空气吹回隧道。

  掘进期间,通风、除尘系统一直处于工作状态。施工中注意检查风管有无漏风现象,检查并更换除尘风机的过滤网罩。

  7)风、水、电管路延伸

  风管储存筒内存有风管100m,TBM自带Φ100mm 水管50m、100kV高压电缆400m,均盘在卷筒上。施工中随后配套系统的前移,风、水、电管路自动向前延伸。

  4. 劳动组织管理

  TBM机械化作业特点,要求施工企业必须将有限的人力资源进行科学合理的配置,充分发挥员工的生产积极性。由于铁路系统首次采用TBM施工,没有类似工程经验可以借鉴,在岗位划分及劳动力配置方面有待进一步提高。

   4.1 劳动力配置

  管理中始终坚持以掘进为中心配置劳动力。

  隧道内分两班掘进(18h)一班维修保养(6h),仰拱块生产按流水作业方式进行,机械综合队实行弹性工作制。

  洞内紧紧围绕掘进,掘进班(每班):主副司机2人,值班工程师1人,工长1人,拱部支护6人,仰拱块铺设4人,喷混凝土、注浆3人,刀盘后清碴2人,溜碴司机1人,机械修理2人,电工1人,合计23人。掘进班负责除出碴外掘进过程中的所有工作。保养班26人,负责刀具检查更换及其它维修保养工作。运输班28人,负责岩碴运输及材料的供应。另外,管理人员人,刀具修理6人,机械车间8人,翻碴司机4人,供料3人。掘进队合计126人。  洞外围仰拱预制块的生产,从钢筋骨架加工入模→混凝土生产、运输、灌注→蒸汽养护→脱模→室内养护→室外翻转存放形成流水线作业,共计83人。

  机械队55人,负责锚杆、钢筋网及其它材料的加工,洞内水管、电路的延伸,各类行走机械的使用、维修等。

  项目部行政、技术、安检、财务、人事、调度、事务、医疗、公安、生活等管理服务人员115人。

  项目部各类管理、服务、生产人员计379人。

  4.2 思想政治教育

  项目部在加强技术培训力度和劳动力优化组合的同时,积极开展创党员先锋岗、建红旗责任区和共青团员安全监督岗活动,极大调动了广大职工的劳动积极性。在全体参战职工努力下,秦岭隧道青年突击队先后被河南省、陕西省授予省级青年文明号,1998年10月又被团中央、全国铁道团委授于国家级青年文明号,展现了新一代隧道工人的风采。

  5. 结束语

  TBM作为一种崭新的施工技术,对施工企业的管理提出了更高的要求。施工中必须加强现场组织调度工作,制定严格的操作规程和岗位职责,协调好各工序的关系,TBM高速安全的优势才能够发挥出来。今后工作中还应注意以下几点:

  (1)针对不同地质条件,做好组织管理和技术上的准备,确保TBM连续作业。

  (2)加强设备维修保养工作,提高机械利用率。

  (3)做好各项统计工作,为TBM施工定额编制和今后施工积累资料。

  (4)继续优化劳动组合,建立一个高效的管理、服务、生产系统,逐步发挥TBM大型机械化施工的优势。  TBM施工作为一门崭新的管理技术、工程技术,有着广阔的发展前景,笔者希望以此抛砖引玉,得到有关专家学者的指导,为TBM的应用发展作出努力。

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