工程概述

    1.1概况

    大伙房水库输水工程是解决辽宁省中部抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口及盘锦六城市工业用水和生活用水的大型水资源配置工程，受益人口近1000万人，对辽宁省中部地区的经济、社会发展具有十分重要的意义，其工程地理位置见图1所示。    

全断面岩石掘进机

    工程分两期进行，一期工程是85.3km长隧洞将水自流引入大伙房水库，其中用钻爆法完成25km，其余由3台TBM分成3个标段，即TBM1、TBM2、TBM3，每台TBM完成20km左右，合计承担近60km。隧洞开挖直径8m，成洞直径7.16m，隧洞建成后将是世界上最长的输水隧洞之一，标段位置示意图见图2所示；二期工程是隧洞和管道将水输送到六城市。

    三标段承包商分别是：

    TBM1标段：北京振冲工程股份有限公司

    TBM2标段：中铁隧道集团大伙房水库输水工程TBM2标经理部

    TBM3标段：辽宁省水利水电工程局

    1.2地质条件

    TBM1、TBM2、TBM3三标段工程地质与水文地质条件见表1所示。

    1.3工程分两期建设

    一期工程；2002年9月开始前期准备，包括支洞开挖；2003年6月全面开工，主洞主要由TBM掘进，出碴采用连续皮带机，长隧洞连续皮带机与TBM匹配出碴在国内首次被应用；TBM1、TBM2在洞内组装在国内还是首次，技术复杂，成功克服了一个又一个困难。计划2008年底建成通水，多年平均年调水量17.86亿立方米。

    二期工程：2006年9月已正式开工，将调入大伙房水库的水采用封闭输水方式输送到下游六城市。

    1.4资金筹集

    工程资金由国家、省补助拨款，受益城市集资，省水利厅和供水集团筹资及国家开发银行贷款等渠道筹集，各项资金都已到位。

    1.5工程施工进展

    三个标段工程TBM掘进过程中TBM3曾遇到坍方，TBM2曾遇到更换大轴承，TBM1、TBM2曾遇到涌水等困难，都被成功克服，工程总的进展顺利，目前已完成总工程量60km的50%，TBM1标段平均月进尺566.8m，最高月进尺达932.4m；TBM2标段平均月进尺522m，最高月进尺达750m；TBM3标段平均月进尺500m，最高月进尺达1111m。三个标段工程阶段性的进尺都取得了优异成绩,都超过了支撑式(开敞式)TBM在国内已有工程业绩。

2TBM简介

    2.1机型

    TBM1、TBM3标段分别采用罗宾斯(Robbins)MB264-310及MB264-311TBM，图3、图4所示；TBM2标段采用维尔特（Wirth）TB803ETBM；该TBM是维尔特原TB770E，1995-1997年在瑞士费尔艾那（Vereina）隧道已掘进9.45km，经改装大修后出售给中铁隧道集团，图5图6所示。

    图4罗宾斯MB264-310，MB264-311TBM总图

    图5维尔特TB803ETBM

    图6维尔特TB803ETBM总图

    2.2TBM主要技术性能（见表2）

    2.3罗宾斯TBM、维尔特TBM及后配套都具有现代先进结构特征

    ①刀盘回转动力都采用变频电动机(VFD)驱动,这在国内TBM上首次应用,TBM掘进过程中岩性变化大,遇软岩时要求TBM小推力、低转速、大扭矩掘进,遇硬岩时则要求TBM大推力、高转速、低扭矩掘进,VFD驱动能无级变速,能自动适应上述要求,提高了进尺；

    ②控制系统都采用可编程控制器（PLC），系统与VFD匹配，方便可靠地控制TBM掘进，控制液压、电气、激光导向和监控系统等；

    ③大轴承均用三轴式（二轴向，一径向）其承载能力大，使用寿命较长；

    ④采用的激光导向系统，在操纵室屏幕上显示TBM偏离方向，用数字（cm）表示上下左右偏离值，及时得到纠正；

    ⑤维尔特TBM采用17”(432mm)盘形滚刀，罗宾斯TBM采用19”(483mm)盘形滚刀，换刀都可在TBM刀盘背后进行，减轻了劳动强度，增加了安全性；19”滚刀在国内首次应用，承受推力大，使用寿命长，破岩量大，增大了进尺，但自重大，换刀难度大；

    ⑥都有一套监控系统，预警事故,保证TBM安全运行；

    ⑦都有一套数据收集系统，经计算机把收集到的信息、数据随时可以显示分析，可以画出饼状、柱状图，如掘进进度、时间利用、刀盘推力、刀盘扭矩、液压、电压、电流等；

    ⑧都有一套机上支护系统，如锚杆钻机、圈梁安装机、超前钻机、喷射混凝土机、仰拱安装机等；罗宾斯TBM上还安装钢丝网安装机；

    ⑨出碴都采用连续皮带机，在国内首次被应用。

    2.4罗宾斯TBM与维尔特TBM主要的不同结构特征

    罗宾斯MB264-310、MB264-311与维尔特TB803ETBM主要不同结构特征见表3所示。

    3TBM应用的几项措施

    TBM1、TBM2、TBM3三个标段分别由三家承包公司承担，其TBM应用情况有许多相似的共同点。

    3.1日工作三班制

    每天24小时工作时间分三个班，两个掘进班，每班10小时，一个维修保养班，每班4小时。

    3.2TBM施工组织

    (1)生产组织

    ①两个掘进班：负责掘进，连续皮带机、轨道、风、水、电延伸，支护；

    ②1个维修保养班：负责强制停机维修保养及掘进时保养；

    ③1个综合班：负责运输、混凝土生产；

    ④1个车间：负责支护材料、设备配件的加工。

    (2)技术组织

    ①测量组：负责洞轴线及纵坡测定，激光光源点延伸测量定位；

    ②地质组：负责跟随TBM掘进班工作，根据围岩变化决定支护形式；

    ③质检组：负责监督施工质量；

    ④安全监测组：负责洞内外安全工作，对粉尘、涌水、瓦斯等监测。

    3.3TBM施工管理

    三个标段三家承包公司都十分重视施工管理，各有各的特色，TBM1标段北京振冲工程公司对管理的理念归结为：首先靠管理抢进度：精心组织，有序统一管理，协调各环节工作，保证全系统衔接流畅，从而保障了工程快速掘进；其次向管理要质量：“质量托起企业生命”的理念，从不以牺牲质量来换取短时的进度和效益，一丝不苟抓管理，向管理要质量；再次以管理保安全：“安全保障企业成长”把施工安全作为施工中重中之重来抓。

.4提高TBM完好率及时间利用率

    TBM只有完好率及时间利用率提高了,才有可能保证快速掘进,而提高TBM完好率及时间利用率靠的是狠抓设备的“管”、“用”、“养”、“修”，“管”、“养”“修”都是为了“用”。

    3.5采用超前地质预报

    TBM应用中超前地质预报是个关键环节,采用了各种先进探测仪器和手段,了解了前方岩石情况,有针对性指导施工支护,有效预防和减少了突发性地质灾害,如坍方等。

    3.6重视与科研、高校、工厂相结合

    工地重视与科研、高校、工厂相结合，建立技术协作关系，为TBM施工提供强有力的保证。

    4供TBM应用参考的事项

    （1）TBM1、TBM3采用的TBM，结构简单、机动灵活、换步快、转弯半径小、转向灵活、掘进中能调向，对岩质均匀，单轴抗压强度为25～119Mpa，此型结构有突出优势，能达到快速掘进；又TBM是单对水平浮动支撑，电机与回转传动系前置，使整机重心靠前，远离水平支撑，形成悬臂支撑，而前支承又不是基准点，前支承落洞底将随洞底岩石破碎，松软而下沉，如操作不当时，则机头将随之下沉，一旦机头下沉，纠正较难；TBM3标段Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ类不良岩石占74.5%，特别注意经过松软岩石、破碎带及断层时要精心操作，避免TBM机头下沉；

    （2）BM1、TBM2标段水文地质资料有涌水地段，TBM1又是顺坡掘进，排水问题应高度重视；

    （3）材料运输及人员进出全靠单轨内燃机车牵引运送，当隧洞掘进延伸较长时，急需器材和人员的进出就显得不便，一旦遇突发事件则更难，应考虑应急措施方案；

    （4）TBM1、TBM2主洞通风与除尘是通过支洞转换的，隧洞掘进延长后通风除尘更应注意，定期监测空气中岩粉含量，保证符合国家标准；

    （5）对易损件19”盘形滚刀，考虑以后国产化的要求，应作出具体安排；

    （6）建立有针对性的《TBM维修保养规程及工艺流程》，使TBM维修保养由“人治”上升到“法治”，稳定、长期保持TBM高完好率及时间利用率，保证TBM持续快速掘进；

    （7）累积TBM运行中各项参数及资料，为以后TBM选型、设计、施工积累经验；

    （8）国内在TBM上首次应用的新装备和新技术，如：①TBM刀盘采用变频电机驱动；②盘形滚刀采用19”；③出碴采用连续皮带机；④TBM洞内组装；⑤20kV高压电缆进洞等在大伙房水库输水隧洞工程中首次应用就取得了巨大成功，这些经验是非常宝贵，具有指导意义，应好好总结。

    大伙房水库输水隧洞工程TBM掘进正在紧张进行，截至今年9月底主洞已掘进53.7km,占主洞85.3km总长的63%，其中完成TBM掘进总长60km的50%，取得了辉煌成绩,预期隧洞工程2008年底建成通水，三支英雄的TBM施工队伍定能再创辉煌造福于辽宁中部六城市人民,丰功伟绩将载入史册。