公路监理工程师

全断面掘进机法施工组织与费用分析

我国引进全断面掘进机技术(TBM)已有二十多年的历史，但至今还没有形成一套实用的 施工组织设计和费用分析方法。近些年搜集研究了一些有关TBM的资料和工程实例，同 时也参与了山西省万家寨引黄工程TBM法施工隧洞(前后共投入5台TBM，计划掘进109km)的设 计、概算、招标和现场设代工作，初步掌握了TBM法施工组织内容，并摸索出费用分析的方 法。下面作一简要介绍。

一、TBM法施工组织设计

1.TBM法施工组织设计内容

采用TBM法施工隧洞(或隧道)，除按各阶段的编制规程规定，对工程施工进行一般的研 究、论证、比较、设计外，还要针对TBM施工的特点进行以下工作。

(1)TBM设备选型。

(2)配合工程总体布置，确定有利TBM法施工的隧洞布置方案。

(3)隧洞施工工期确定。

(4)与TBM配套的其他项目的施工方法设计。

(5)施工工厂生产工艺及规模确定。

(6)现场施工人员组合。

(7)施工场区规划。

(8)施工主要动力、材料消耗估算。

(9)临建工程量估算。

(10)进口设备、材料统计。

2.TBM机组选型

TBM的主机总体结构(特殊用途的除外)大致相同，但因类型不同，适用条件有一定的差 别(见如下说明)。后配套为主机提供服务和供应，主要配置大致相同。

护盾型式，有开趟式、单护盾、双护盾几种。开趟式对围岩自稳能力要求较高，护盾式 适用范围较广。

开挖断面，形状以圆形为主，近年又开发出方形(割圆角)断面的TBM，适用于交通隧道。

支护结构，有适用喷锚的，有适用管片衬砌的以及其他支护结构。

对TBM的其他技术要求(如超前勘探等)可与厂家联系。有关TBM更详细的资料可参考有关文献。

3.配合工程总体布置

隧洞长度不宜过小，否则选择TBM法的经济效益差。当利用国内已有设备，隧洞长度不 宜小于4～5km；若由外国承包商带机施工，长度不宜小于10km。

洞口位置应满足TBM安装、施工的基本要求。隧洞线路布置要顺直，洞身的纵坡、平竖 曲线应满足TBM掘进运行的要求。纵坡大小主要受运输方式影响，但当纵坡过大时，将影响 机组中一些设备的正常运行。一般情况下，使用开趟式TBM，曲线半径不宜小于300m；使用 护盾式TBM且管片衬砌，曲线半径不宜小于1500m。同一台TBM掘进的隧洞，开挖断面必须相 同，支护结构也应尽量一致。

4.掘进效率和工期

TBM法施工总工期由下列工作控制。

(1)施工准备期：由国外制造的TBM主机或整机，制造、运输周期约12～14个月。后配套 及配套设备若由国内设计、制造和装配，周期与主机大至相同。若利用国外已有设备，应考 虑设备的大修、运输时间，周期不应低于6～8个月。

施工场区的各种临时设施修建可与设备制造、运输同期进行。主要生产设施为管片加工 厂、砂石加工厂(如果需要的话)约需6～8个月。

TBM安装周期(不计安装场准备)需2～3个月。

因此施准备工期需14～17个月。当使用国内现有设备，施工准备期不应少于8个月。

(2)掘进效率和工期：TBM掘进效率主要受隧洞断面大小、TBM性能、岩石性质、支护方 式以及运输、供应的配套性有关。80年代中期以后生产的各类型TBM，切岩速度有了很大飞 跃，岩性已不再是控制性的因素，TBM开挖小时的生产率可达3～5m／h。而支护方式和运输 、供应有配套性可能成为控制性因素，综合掘进效率约2.0～3.7m／h。

TBM的日掘进进尺由掘进时间利用率控制。TBM正常施工期间，每日24小时需有4～8小时 维护、保养、管线安装及其他作业时间。此外TBM掘进时还有设备移动等必要的辅助作业。 因此TBM日纯掘进时间利用率约40％～45％。

影响TBM月进尺的因素很多，如节假日停工、新机组(包括劳动组织)的“磨合”、水电 供应的中断、机械故障、特殊地质现象、工作疏漏及校正等。

通过对国内外近些年TBM施工程统计，隧洞掘进平均进尺约550～750m／月。据此可计算 隧洞掘进工期。

(3)TBM大修和拆除工期：BTM大修期无明确的规定。一般情况下，TBM掘 进13～20km需进行大修，在长度不大的隧洞施工中，应避免中途大修(更避免洞内大修)。有条件时可将大修提前或滞后(只要设备未出现大故障)。

TBM完成预定工作量后应尽量在洞外拆除。洞外拆除可按1.5～2个月计算(包括各种管线拆除及洞内清理)。若在洞内拆除应考虑机组及管线拆除顺序，同时还应计入洞室扩挖及恢复工期。

(4)洞口工程施工期：一般工程洞口还有其他建筑物，因基础被TBM施工占压，须待TBM拆除后施工。该工期应计入总工期。

5.施工人员配备

正常掘进期间，TBM法施工现场人数相对稳定，所有施工人员的职务、等级及数量可按岗位逐一确定。TBM正常掘进期间现场人员

(1)现场管理人员：负责现场组织调度以及工程、财务、合同等管理工作。

(2)机上岗位工：指TBM开挖时所有机组运行人员和为开挖服务的机上工种。

(3)机上其他工种：与工程项目划分有关，当喷锚、衬砌等单独列项，且包括该工种时可列“机上其他工种”，否则，作为机上岗位工。

(4)机外作业工：系指TBM作业时，在机外从事出碴、供料、运输等作业的工种。该工种与工程项目划分有关。

(5)TBM日常维护工：从事TBM日常维护、修配、保养等。

(6)加工厂人员：从事砂石料、管片、钢筋、锚杆等材料生产人员。

(7)修配厂人员：维护、保养TBM机组以外的各种施工设备。

(8)其他辅助生产人员：负责工地水、电、路、场地等的维护及材料保管。

(9)杂勤人员：负责后勤等杂项工作。

6.施工方法及加工工艺设计

施工方法是指除TBM以外为完成隧洞施工所必须的机外辅助作业的方法，如出碴、转渣 、材料运输等。施工方法设计应综合考虑现场条件和TBM的性能，不因施工方法选择不当而 影响TBM的正常使用，或造成设备的闲置。

加工工艺是指砂石料、管片、钢筋、锚杆等的生产工艺设计。同时提出加工厂的规模及 有关技术指标。

7.施工场区规划

施工场区规划主解决以下问题：

(1)洞口安装场：要求布置在洞轴线延长线上偏向一侧，底部与洞底同高程并尽量水平 。底宽为3～4倍TBM直径(含洞宽)，长度最好为主机＋后配套总长。

(2)转碴场：与洞内出渣方式有关。当采用机车出渣时，应有卸渣、贮渣和以及列 车调车的条件。铁路布置应满足列车运行要求。

(3)上料站台：方便材料的贮存、装车与列车调车(机车运输时)。

(4)加工厂、修配保养厂、仓库等布置。

(5)生活营地及管理区布置。

(6)弃碴砀布置及防护。

(7)防洪及排水设施布置。

(8)供水、供电、交通等设施布置。

(9)临建工程量计算。

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