浅谈盾构机的施工管理

田振伟 冯宏朝

1 引 言

盾构机,是建设现代化城市轨道交通工程的重要施工设备之一，是地铁隧道施工中的专业设备，盾构机良好的运行是隧道盾构施工设备管理的关键,对盾构施工项目能否顺利完成起着决定性作用.

近年来，随着国家经济发展不断加快，城市人口和城市面积急剧增加，各大城市、特区都相应的制订了地铁发展规划，城市轨道交通总里程达到五千多公里。目前，据不完全统计,在全国盾构施工中，大约有800～900台套盾构机在施工生产运行中。

盾构隧道施工方法近年在国内大量应用，隧道施工项目的迅速发展,为城市轨道交通建设提供了便利。但是，随着国内盾构隧道施工市场的膨胀，施工企业人才队伍建设跟不上规模的发展,缺乏设备管理人员，管理制度不完善，落实不到位，维护保养不及时,导致在盾构施工中,盾构机故障频发，盾构机的使用效率低下，给盾构施工带来了诸多不利的影响.

本文结合在建的地铁项目实际,介绍土压平衡盾构机运行和维护中的施工管理，实现盾构机在隧道施工中得到有效利用,降低盾构机的使用成本，提高效益提供经验借鉴。 2 盾构机简述 2。1 盾构机的分类

盾构机,全名叫盾构隧道掘进机（Shield tunnel boring machine），是一种隧道掘进的专用机械，现代盾构机是集电、光、机、液、感知、信息化技术于一体，具有开挖切削土体、输送渣土、拼装隧道管片和衬砌、测量导向纠偏等功能；盾构机涉及到地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地层和隧道参数进行“量体裁衣”式的设计制造生产，可靠性要求极高.盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

盾构机按照应用领域不同主要分为土压平衡式盾构机、TBM硬岩掘进式盾构机、泥水平衡式盾构机三种，如图2.1所示.

图2。1 盾构机应用领域分类

泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液）来稳定开挖面,其刀盘后面有一个密封隔板,和开挖面形成一个泥水室，里面充满泥浆,开挖土料与泥浆混合由泥浆泵通过管道输送到洞外地面泥土分离厂进行分离，经分离后泥浆可以重复利用.

土压平衡式盾构机是把土料（必要时可以添加分散型泡沫剂等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后面隔板与开挖面形成泥土室，刀盘旋转掘进使土仓土料增加，再由螺旋输送机皮带机将土料运到渣土车内,继而运输到洞外,泥土室内可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输送机出土量进行调节土仓土压。土压平衡盾构机适用于富含水的微风化岩、中风化岩、强风化岩、全风化岩、泥土、砂土、砾石、鹅卵石的软土及混合地层,既可以在土压平衡状态下掘进软岩、砂土、泥土，也可以在开敞式状态下掘进、切削较硬的或完整的岩石，敞开式和土压平衡式两种模式之间能够快速转换；而且还具有半敞开式掘进的能力，既能稳定正面岩土层又具备敞开式土层下的掘进能力。

TBM（Tunnel Boring Machine）隧道掘进机，是利用滚刀刀具切削并破碎仓内岩石而掘进,形成整个隧道断面,是一种新型的先进的岩石隧道施工机械；TBM是适合硬岩掘进的隧道掘进机，适用于山岭隧道硬岩掘进，可以代替传统的人工钻爆法,在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的5~12倍，最佳日进尺可达180m。 2.2 土压平衡式盾构机的组成

土压平衡盾构机由盾体、刀盘、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等几大部分组成,其构造如图2—2所示。

图2—2 盾构机整机图

3 建立盾构机管理目标

盾构机是一个庞大的系统设备，需要一个良好的运行状态，盾构机的运行管理良好与否，需要落实和抓好以下三大因素：人员因素、配件因素、工艺因素：

3.1 人员因素

人员要具备三点素质：良好的道德素质、高尚的责任素质、扎实的知识素质. 盾构机管理人员要具备良好的道德素质,爱岗敬业、品行端正；要有高尚的责任素质，恪尽职守、任劳任怨（当然也要得到企业相应的工资待遇)；还要具有扎实的知识素质，知识是可以后天培养和学习的，只要肯努力学习和思考,就能得到应有的成效和回报.

按照三要素选拔和选用人才,组成盾构运行管理小组，明确任务分工和责任，以便学习和掌握责任重点，盾构机运行管理小组各成员相互配合,通过自身的学习和相互交流的形式来讨论盾构机的运行管理，定期举行盾构机运行维保分析会，讨论近期盾构机运行状态、维保情况和下步工作重点,制定下一阶段工作计划,按照计划按时实施。 3。2 配件因素

盾构机始终坚持在一些主要系统、主要部位（液压系统、监控检测系统、驱动系统、

电力系统等）使用原车原厂配件，不得使用替代配件;对那些普通的部位(如皮带机等）可以从市场采购零配件。在该项目盾构施工中从未有因为配件问题导致盾构机发生故障.这样既保证了配件的可靠性和质量要求，又兼顾了经济成本，达到了预期目标。 3。3 工艺因素

盾构机换装配件时，始终按照操作规程进行操作，如安装液压件时不能戴手套，要清洗干净液压头和液压管，添加液压油和齿轮油时按要求进行过滤，如果液压系统污染将是盾构机的灾难。

再如焊接安装工艺，国内生产的盾构机在一些领域安装工艺不如进口盾构机，刀盘焊接的工艺、拼装的精度方面都能体现国产盾构机的工艺差距.但是国产盾构机在进口盾构机的基础上结合国内基本国情和地质条件进行了改进，比如注浆系统、泡沫系统等比进口盾构机功能强大。在一次中铁装备盾构机换刀时,发现刀盘与牛腿的连接处出现一条28厘米长裂纹，现场马上分析原因、查找推力数据，发现推力并不大，最后归结是焊接工艺的问题，随后采用进口盾构机的焊接工艺，使用氩碳混合气体作为保护气体控制温度进行焊接，之后在使用过程中无论推力大小都没有发生类似情况,达到了预期效果，结合盾构机本身的特性，发挥其各自优势，尽量避开其劣势。 4 盾构机的施工管理方法

隧道盾构法施工是一项风险性较大的施工方法，建设部将隧道施工评估为高风险的行业，盾构施工人机交错的特征十分明显，起重伤害、电机车伤人、机械伤害、高处坠落等多种事故发生的可能始终贯穿在施工的全过程.机械设备高频率运转等客观因素注定了安全管理监控具有较高的难度.盾构施工工序流程达到十几个，覆盖面相当广,其中有多个部位被列为安全重点部位。复杂地层掘进、垂直运输、水平运输、管片拼装等都是危险性很高的工序，且属于长时间的连续作业，一旦轻视、疏忽就会发生安全事故。盾构机的施工管理必须合理设置作业岗位、配备专业人员、严格操作规程和制度。 4。1 盾构施工的岗位设置

目前，在各单位盾构隧道施工中，盾构机的岗位设置一般为管理人员和作业人员. 管理人员包括:项目经理、总工程师、技术、质检、试验、安全、测量员、物资设备、经营合同、财务、人事、综合办公室等部门人员。

作业人员主要包括：工区长、班组长、盾构司机、管片拼装、注浆、机修、电工、出渣指挥和盾构机尾部杂工、地面拌合站、门机司机、电瓶车司机、加工厂等辅助岗位设置。 4.2 盾构机掘进操作要求

（1)开机前准备工作

①开机掘进前巡视各系统设备； ②开机掘进前检查操作控制面板； ③开机掘进前确认材料； ④开机掘进前确认故障.

开机掘进前故障显示屏上故障应消除。 (2）掘进操作主要控制 ①出渣土；

②掘进位置的地层地质；

③掘进当前位置的地面及铺设管线状况; ④盾构机刀盘扭矩调整； ⑤盾构机掘进推力调整； ⑥盾构机姿态调整。

在盾构机掘进中应随时观察盾构机姿态,采取合理的措施，以避免盾构机姿态失控至允许范围外..

（3）掘进记录

掘进记录应按时填写,一般保证施工中的掘进参数、盾构机姿态数据、地质变化情况、施工中主要材料用量、盾尾间隙及管片拼装点位、工序施工时间、发生的设备故障与处理等主要数据，是类似地层地质分析、盾构机状态分析、施工情况分析、参数优化分析、姿态测量成果变化分析、材料采购和核销的主要依据。因此，应详细记录。 4.3 盾构机的维护保养 4。3。1 建立维护保养制度

(1）建立盾构机管理组织机构，一般如下图:

生产副经理 掘进队长 机械总工 水电总工 管片拼装组 注浆出渣组 盾构司机组 机械维保组 电气维保组 水电保障组 （2）相关人员的岗位职责； 相关人员的岗位职责

生产副经理负责主持盾构隧道施工的全面工作，负责指挥和监督相关小组和人员协调配合工作。掘进队长主要负责盾构掘进的管片拼装、出渣、注浆、指挥协调、管片安装和注浆记录等工作。机械总工主要负责盾构机司机操作、盾构机机械和液压方面的维护保养以及监督司机掘进参数记录、维保人员运行和维保记录的填写等督促落实与各组相互协调工作。水电总工主要负责盾构机的水循环和电路的保障工作、电气维保工作以及盾尾拖车后高压电缆、照明线路和水循环管路的铺设等督促落实和各组相互协调工作. 4。3。2 建立日常维保管理制度

盾构施工项目设备部要根据盾构机操作维保相关人员的职能，根据岗位编制分工，制订相应的维保管理制度，明确管理制度制定的目的、职责、实施的措施、流程、奖惩的办法，以项目部文件形式下发到各个小组，遵照执行.

盾构机和维保人员在做好操作和维护保养工作的同时，要做好相关工作的详细记录,形成设备文字档案，最真实的反映盾构机运行状况，以便在盾构机设备后期的运行和管理中查找设备故障原因. 4。3.3 维护保养技术和计划

（1）维护保养的工作方针

盾构机的维护保养工作遵守 “清洁、润滑、紧固、调整、防腐” 十字方针。 ①清洁和防腐内容包括整机清洁、相对运动部件、注浆系统、电气元件、液压元件、

表面油漆.

②紧固包括运动部件的螺栓紧固、重要部件的螺栓紧固、连接螺栓的紧固检查、电气部分接线柱的紧固、液压部分连接管紧固等.

③润滑包括运动部件的滑道润滑、运动密封的润滑(主轴承密封、螺旋输送机密封、砂浆搅拌轴密封、旋转接头密封、铰接密封、盾尾密封）;轴承的润滑（润滑油润滑轴承、高温脂润滑轴承);传动部件的润滑（变速箱、链条）.

④调整铰接密封、主轴承密封滑道、螺机舱门密封、皮带刮板、拖轮、推进油缸支座、泡沫参数、油脂参数等.

4。3。4 盾构机维护保养注意事项

操作和维保人员必须按技术要求彻底进行每一项操作和维护保养工作.严禁随意踩踏、拉扯、敲击液压和电气元件。严禁随意开启或关闭盾构机上各种阀门、旋钮开关.非操作人员严禁操作各控制面板或按钮。严禁操作人员随意调整各系统的参数.严禁各系统间的连锁随意取消。严禁随意拆卸或改动设备及设备系统的部件或功能。严禁用水冲洗电器设备及电气元件。必须按技术要求在停机状态下进行维修运行部位的部件，并且维修期间确保不会重新启动。严禁在带压状态下维修液压部件。严禁带电维修电气部件，必须带电作业时要求两人在场并确保设备不被启动或可随时断电。维保工作完成后必须整理设备周围工器具、材料等杂物。 5 盾构机预防管理

盾构机的预防管理包括盾构机在最初的选型购买、盾构机的产品开发、设计、制造、试车等阶段.

盾构机购买时的选型阶段,要分析地层地质情况，了解珠工程区域的地层地质特点，根据以往该地区盾构隧道施工的经验和总结，最大限度地让盾构机能够满足大部分地层掘进需要，要求盾构机制造公司按照要求进行设计开发，要求制造单位应有一流的设计理念，一流的制造能力和制造工艺,满足质量要求。派人员工厂监造，监督和管控制造单位制造盾构机过程的每一步，有问题及时提出和解决，成效保证盾构机制造质量。在试车阶段，要求制造公司的试验参数要达到设计能力参数的120％，每一项均应严格要求试验并记录在案，作为交付使用验收的必备条件.上述各阶段对质量的严格要求，为后期的顺利施工打下基础。