錦屏二級水電站引水隧洞TBM施工監(jiān)理實(shí)踐

李衛(wèi)國

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 工程概述

錦屏二級水電站是雅礱江干流上的重要梯級電站，電站引水系統(tǒng)采用4洞8機(jī)布置形式，從進(jìn)水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約為16．67 km，中心距60m，引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點(diǎn)，為世界上規(guī)模最大的水工隧洞工程。

東端4條引水隧洞采用鉆爆法與TBM相結(jié)合的方法進(jìn)行施工，其中1#、3#引水隧洞采用TBM法施工，2#、4#引水隧洞采用傳統(tǒng)鉆爆法施工。采用TBM施工的引水隧洞段開挖直徑為12．4m，引水隧洞初期采用噴錨支護(hù)，系統(tǒng)布置中空注漿錨桿，混凝土襯砌厚度為60cm，襯后隧洞洞徑為 11．2m，洞內(nèi)流速為4．72m/s。

2 TBM設(shè)備及施工情況

錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞采用的TBM直徑為12．4m，居國內(nèi)第一、世界第三，針對錦屏山地質(zhì)特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)，采用世界上最先進(jìn)的刀盤變頻電驅(qū)動(dòng)技術(shù)、PPS激光導(dǎo)向和BEAM實(shí)時(shí)地質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，主機(jī)設(shè)有超量涌水快速排泄機(jī)構(gòu)，后配套采用臺架、外包殼體式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。為滿足洞內(nèi)的排水要求，后配套軌道架高1．5m。錦屏二級水電站引水隧洞2臺TBM均由業(yè)主負(fù)責(zé)采購，在制造商指導(dǎo)下，由承包商負(fù)責(zé)進(jìn)行組裝調(diào)試，試掘進(jìn)長度為2km，在完成試掘進(jìn)并通過設(shè)備性能驗(yàn)收后，由業(yè)主移交給承包商使用，使用完成后由承包商負(fù)責(zé)進(jìn)行恢復(fù)性修理，恢復(fù)性修理完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后移交業(yè)主。

1#引水隧洞TBM 累計(jì)掘進(jìn)達(dá)5859m，3#引水隧洞TBM累計(jì)掘進(jìn)達(dá)6295m。在此期間，TBM掘進(jìn)不僅成功穿越了輕微至強(qiáng)烈?guī)r爆區(qū)，還成功穿越了部分潛在極強(qiáng)巖爆區(qū)，克服了流量達(dá)3．6m3/s的突涌水，創(chuàng)造了單臺日掘進(jìn)34．08m和月掘進(jìn)682m的驕人成績，是同等直徑在同樣的地質(zhì)條件下世界上的最好成績，實(shí)現(xiàn)了單工作面年獨(dú)立掘進(jìn)3860m的好成績。

TBM施工不僅保證了1#、3#引水遂洞的順利貫通，還在不干擾2#、4#引水隧洞施工的前提下，為鉆爆施工提供了有力的通風(fēng)、排水和交通條件，很大程度上保證了引水遂洞洞室群的正常施工，在4條引水隧洞掘進(jìn)高峰期的整體施工組織和布局中發(fā)揮了積極作用。TBM良好的施工環(huán)境、工廠化的生產(chǎn)模式、人性化的施工管理使得TBM在高風(fēng)險(xiǎn)的巖爆段施工無一人傷亡，其現(xiàn)場良好的文明施工贏得了各方的認(rèn)可，大大提升了工程建設(shè)形象。其相對標(biāo)準(zhǔn)的隧洞成型和較小的圍巖擾動(dòng)最大限度地發(fā)揮了洞室的自身穩(wěn)定，減少了隧洞超欠挖的后期處理量，有利于隧洞的后期襯砌和永久結(jié)構(gòu)安全。

經(jīng)過錦屏二級水電站TBM在施工中克服高地應(yīng)力、強(qiáng)巖爆、突涌水的實(shí)踐，大大地提高了硬巖掘進(jìn)機(jī)的施工、設(shè)計(jì)和管理水平，有力地推動(dòng)了大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)在水電工程中的應(yīng)用，為我國掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3 TBM施工監(jiān)理實(shí)踐

作為一種完全不同于鉆爆法的TBM隧洞施工系統(tǒng)，由于其施工系統(tǒng)的復(fù)雜性和施工方法的特點(diǎn)，加之該工程TBM設(shè)備采取由業(yè)主采購提供給承包商使用的模式，給監(jiān)理工作帶來了新的認(rèn)識和更高的要求。TBM施工監(jiān)理緊緊圍繞“地質(zhì)是基礎(chǔ)，設(shè)備是關(guān)鍵，維護(hù)是前提，管理是核心”的監(jiān)理思路，設(shè)置了TBM設(shè)備管理專業(yè)組和TBM現(xiàn)場組，配備了經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)備和土建監(jiān)理工程師，按照組裝調(diào)試、試掘進(jìn)、正式掘進(jìn)、拆除及恢復(fù)性修理各個(gè)階段設(shè)備驗(yàn)收及管理的特點(diǎn)，做好設(shè)備的組裝調(diào)試質(zhì)量控制、試掘進(jìn)后的驗(yàn)收移交管理、設(shè)備的優(yōu)化改造工作、設(shè)備的正常保養(yǎng)維護(hù)以及拆除后的恢復(fù)性修理的監(jiān)理工作。根據(jù)TBM施工連續(xù)性強(qiáng)、工序組織緊湊的特點(diǎn)，監(jiān)理工程師采取了24h的機(jī)上值班制度，對TBM掘進(jìn)施工全過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)理，通過標(biāo)準(zhǔn)化的施工記錄表格，對施工過程及其掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠的記錄。

3．1 對TBM設(shè)備采取的監(jiān)理控制措施

(1)嚴(yán)格控制各個(gè)階段的設(shè)備性能考核和驗(yàn)收管理，注重設(shè)備的優(yōu)化改造。

設(shè)備驗(yàn)收主要包括:設(shè)備組裝前TBM設(shè)備的進(jìn)場驗(yàn)收、設(shè)備組裝調(diào)試完成后的安裝驗(yàn)收、試掘進(jìn)的設(shè)備性能考核和移交驗(yàn)收(制造商向業(yè)主移交后，業(yè)主向承包商移交)、拆除后恢復(fù)性修理的移交驗(yàn)收(承包商向業(yè)主移交)。在各個(gè)驗(yàn)收階段，監(jiān)理工程師均根據(jù)設(shè)備采購合同、土建承包合同規(guī)定的技術(shù)要求，組織業(yè)主、供應(yīng)商、承包商進(jìn)行了設(shè)備的性能考核驗(yàn)收。對于在性能考核和驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)的問題，督促各方予以解決或予以持續(xù)關(guān)注，或在掘進(jìn)過程中加強(qiáng)檢查和處理。

TBM試掘進(jìn)階段是全面考核TBM設(shè)備性能的階段，也是暴露設(shè)備缺陷和不足的階段。錦屏二級水電站引水隧洞TBM試掘進(jìn)長度為2km，試掘進(jìn)歷時(shí)近1a時(shí)間，TBM碰到了如塌方、巖爆、突涌水等前所未有的復(fù)雜施工問題，TBM設(shè)備的部分性能不能很好的適應(yīng)現(xiàn)場施工條件，在一定程度上制約了TBM的施工進(jìn)度。監(jiān)理工程師通過與業(yè)主溝通，會(huì)同制造商、承包商一起研究解決方案并根據(jù)合同責(zé)任的不同，督促制造商或承包商予以解決。在1#、3#引水隧洞分別圍繞減少設(shè)備本身的缺陷、降低設(shè)備故障率、提高設(shè)備利用率、完善設(shè)備使用性能與保證施工安全等四個(gè)方面展開了設(shè)備優(yōu)化改造工作。其中3#引水隧洞TBM完成了包括L1區(qū)支護(hù)平臺、L1區(qū)噴混凝土系統(tǒng)、L1區(qū)出渣方式、L2區(qū)移動(dòng)支護(hù)及動(dòng)態(tài)優(yōu)化、工業(yè)用水系統(tǒng)優(yōu)化、3#皮帶機(jī)、刀具運(yùn)輸系統(tǒng)等13項(xiàng)內(nèi)容的優(yōu)化改造，優(yōu)化改造后的設(shè)備較最初設(shè)計(jì)的設(shè)備在使用率、適應(yīng)性方面均得到了一定程度的提高。

(2)嚴(yán)格執(zhí)行TBM主機(jī)操作手、噴混凝土操作手、設(shè)備檢修維護(hù)工程師等關(guān)鍵工種實(shí)行上崗培訓(xùn)制度和執(zhí)證上崗制度(由制造廠家培訓(xùn)并經(jīng)過掘進(jìn)操作考核合格后頒發(fā))。

在試掘進(jìn)和掘進(jìn)階段，主機(jī)操作手原則上不允許承包商進(jìn)行更換，按月執(zhí)行關(guān)鍵工種人員定期考核評價(jià)制度，通過考核評價(jià)不斷提高操作手的水平。

(3)在TBM組裝階段，重點(diǎn)審查TBM大件運(yùn)輸、大件吊裝、TBM刀盤焊接、TBM步進(jìn)、TBM組裝等技術(shù)方案。

組裝前，組織制造商專家對承包商的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使組裝人員理解并掌握TBM的性能、操作、檢驗(yàn)、修理和維護(hù)技術(shù);組織制造商和承包商對組裝方案、組裝工藝、組裝標(biāo)準(zhǔn)、組裝循序和進(jìn)度、質(zhì)量控制進(jìn)行充分的討論，以便于參與人員理解和掌握;在組裝過程中，對關(guān)鍵工序，由監(jiān)理工程師、廠家代表、業(yè)主代表組織驗(yàn)收小組進(jìn)行檢查驗(yàn)收，所灌注的油料必須經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后才能灌注。

(4)在TBM試掘進(jìn)和掘進(jìn)階段，建立了TBM設(shè)備監(jiān)理工程師的平行巡視檢查制度和設(shè)備狀況分析制度。

通過設(shè)備監(jiān)理工程師平行檢查，及時(shí)發(fā)出書面指令，督促承包商按照TBM操作規(guī)程、保養(yǎng)規(guī)程、維修制度、機(jī)況監(jiān)測制度、刀具管理制度等進(jìn)行設(shè)備的良好操作、保養(yǎng)維護(hù)，通過設(shè)備狀況分析制度，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的異常情況，有針對性的采取措施進(jìn)行處理。TBM掘進(jìn)時(shí)，由現(xiàn)場監(jiān)理值班工程師對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行平行監(jiān)督管理，以保證TBM按照合理的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行掘進(jìn)。

3．2 對TBM掘進(jìn)采取的施工質(zhì)量監(jiān)理控制措施

TBM掘進(jìn)施工質(zhì)量控制主要包括隧洞軸線的控制、掘進(jìn)偏差的控制及支護(hù)施工質(zhì)量的控制。

TBM施工隧洞軸線的控制取決于隧洞基本控制導(dǎo)線精度和TBM自身激光導(dǎo)向系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，基本控制導(dǎo)線由監(jiān)理工程師獨(dú)立平行測量，全站儀激光獨(dú)立測站由監(jiān)理工程師旁站進(jìn)行聯(lián)合測量，TBM自身激光導(dǎo)向系統(tǒng)的運(yùn)行情況由監(jiān)理工程師定期檢查。

錦屏二級水電站引水隧洞TBM隧洞軸線水平和豎向的誤差要求控制在±100mm和±60 mm之內(nèi)。掘進(jìn)偏差的控制是TBM掘進(jìn)過程中的重中之重，其偏差控制主要取決于操作手的掘進(jìn)操作水平、地質(zhì)情況、設(shè)備性能狀況，在TBM掘進(jìn)的全過程，現(xiàn)場監(jiān)理工程師通過隨時(shí)檢查、監(jiān)視TBM姿態(tài)和方向并督促承包商進(jìn)行控制。

噴混凝土前，監(jiān)理工程師實(shí)施的檢查驗(yàn)收主要包括:開挖面有無浮石和堆積物，噴混凝土面是否沖洗干凈;鋼筋網(wǎng)是否符合設(shè)計(jì)要求，厚度標(biāo)記埋設(shè)情況，受噴面有水情況下的引排水處理情況，噴混凝土的設(shè)備、操作人員就位等;在噴混凝土過程中，監(jiān)理工程師主要對作業(yè)過程中采用的分段分片、噴射順序自下而上進(jìn)行監(jiān)控。現(xiàn)場要求承包人根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整噴頭距離和速凝劑泵的流量，并要求保證噴射混凝土輸送泵的供料連續(xù)、泵送速度、壓力穩(wěn)定均勻，不能出現(xiàn)突然的壓力變化，避免影響到噴射頭的穩(wěn)定作業(yè)。噴混凝土完成后，采取鉆孔以及取芯相結(jié)合的方式進(jìn)行噴混凝土厚度、強(qiáng)度指標(biāo)的檢查。

TBM掘進(jìn)過程中，為滿足快速掘進(jìn)和安全需要，優(yōu)先施工頂拱部分系統(tǒng)錨桿以及部分臨時(shí)支護(hù)錨桿，后期由新增的錨桿補(bǔ)打臺車進(jìn)行遺留錨桿的補(bǔ)打。施工完成后，主要采用無損檢測的方法進(jìn)行施工質(zhì)量檢查，針對單根不合格錨桿，及時(shí)督促承包人進(jìn)行補(bǔ)打。

3．3 對巖爆洞段掘進(jìn)采取的安全監(jiān)理控制措施

(1)根據(jù)錦屏二級水電站引水隧洞所具有的特點(diǎn)，在現(xiàn)場組建了巖爆防治地質(zhì)預(yù)報(bào)、巖爆防治和動(dòng)態(tài)支護(hù)領(lǐng)導(dǎo)小組和工作小組。

工作組組長由總監(jiān)理工程師擔(dān)任，成員包括承包商、設(shè)計(jì)、業(yè)主、微震監(jiān)測單位及巖爆咨詢專家。工作組每周組織參建各方召開巖爆周例會(huì)，指出巖爆重點(diǎn)防護(hù)工作面和措施，協(xié)調(diào)解決巖爆防治中遇到的問題，對于巖爆引起的重大問題，提請領(lǐng)導(dǎo)小組決策。該組織機(jī)構(gòu)的設(shè)立有效統(tǒng)籌了各方的力量，形成了“技術(shù)支持—科學(xué)決策—有效執(zhí)行”三位一體的系統(tǒng)工作決策體系。

(2)充分利用業(yè)主引進(jìn)的微震監(jiān)測系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)院的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)成果，為安全施工提供巖爆預(yù)警。通過微震監(jiān)測，對施工掌子面前后的巖體微震活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和分析預(yù)報(bào)，有效預(yù)報(bào)了巖爆的類型、震級和位置，使支護(hù)、規(guī)避措施更具針對性。

(3)積極開展TBM巖爆洞段支護(hù)方案、施工措施以及與巖爆有關(guān)的新材料、新工藝的研究、探索和試驗(yàn)。

TBM巖爆洞段的支護(hù)方案不能影響TBM快速施工，同時(shí)要求其能夠快速發(fā)揮作用。在錨桿方面，先后試驗(yàn)了中空漲殼式錨桿、水漲式錨桿、恒阻大變形錨桿、普通砂漿錨桿，最終選擇以中空漲殼式錨桿為主，水漲式錨桿為輔的支護(hù)方案。對于強(qiáng)巖爆洞段，采取了鉆爆法部分?jǐn)嗝嫦刃?，TBM部分?jǐn)嗝嬖傩芯蜻M(jìn)通過的施工措施，該措施降低了巖爆的風(fēng)險(xiǎn)，提高了工程和人員設(shè)備的安全。

(4)嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)一循環(huán)，支護(hù)一循環(huán)的作業(yè)要求。掘進(jìn)過程中，需加強(qiáng)對掌子面、出露巖石、護(hù)盾油缸壓力、出渣塊度的觀察，不斷地總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，必要時(shí)停機(jī)待避。

3．4 對TBM施工進(jìn)度采取的監(jiān)理控制措施

(1)建立了TBM掘進(jìn)進(jìn)度的目標(biāo)考核獎(jiǎng)勵(lì)辦法，對施工日進(jìn)尺、月進(jìn)尺進(jìn)行考核獎(jiǎng)勵(lì)。

月度進(jìn)尺以400m為基礎(chǔ)，達(dá)到了即予以獎(jiǎng)勵(lì)，每超過10m追加額外獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)開展了1#、3#引水隧洞掘進(jìn)施工的勞動(dòng)競賽活動(dòng)，設(shè)置了優(yōu)勝獎(jiǎng)。通過目標(biāo)考核辦法、獎(jiǎng)勵(lì)及其勞動(dòng)競賽的開展，有效地調(diào)動(dòng)了承包商的積極性，創(chuàng)造了大直徑隧道掘進(jìn)日進(jìn)尺34．08m和月掘進(jìn)682m的成績。

(2)按周召開進(jìn)度專題會(huì)議。

根據(jù)TBM施工運(yùn)行記錄，對本周TBM設(shè)備的利用率及其影響進(jìn)度的因素進(jìn)行分析，并采取有針對性的措施。錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞影響進(jìn)度的主要因素是地質(zhì)因素(表現(xiàn)為:巖爆引起的大量坍塌的處理)、洞外皮帶機(jī)的影響、設(shè)備故障影響以及鋼拱架安裝時(shí)間長的影響。針對這些因素，通過L1區(qū)盡早支護(hù)、在撐靴部位增加水漲式錨桿、設(shè)備優(yōu)化改造、使用局部鋼拱架、加強(qiáng)洞內(nèi)洞外皮帶機(jī)的聯(lián)系等措施予以妥善解決。

(3)加強(qiáng)協(xié)調(diào)管理工作。

監(jiān)理部專門成立了洞外皮帶機(jī)運(yùn)行監(jiān)理組，一方面實(shí)現(xiàn)了洞內(nèi)外現(xiàn)場監(jiān)理工程師24h跟蹤作業(yè)，及時(shí)協(xié)調(diào)解決掘進(jìn)過程中皮帶機(jī)出現(xiàn)的問題;另一方面，通過規(guī)范的管理，大大提高了洞外連續(xù)皮帶機(jī)的運(yùn)行保障率，有力地促進(jìn)了TBM的順利掘進(jìn)。

3．5 TBM施工信息的管理

在TBM施工和監(jiān)理過程中，對各種信息的采集和積累顯得特別重要，如地質(zhì)、設(shè)備狀況、開挖與支護(hù)狀況、刀具、油料消耗、遇到的不良地質(zhì)情況與處理措施和結(jié)果、循環(huán)進(jìn)尺、日進(jìn)尺數(shù)據(jù)等，這些資料和數(shù)據(jù)是合同管理的基礎(chǔ)，也是技術(shù)分析的基礎(chǔ)，監(jiān)理工作要做得扎實(shí)、系統(tǒng)。

4 結(jié)語

TBM法施工在我國是最近二十多年出現(xiàn)的事情，是地下工程工廠化施工模式，其施工技術(shù)與監(jiān)理工作的內(nèi)容、方法、規(guī)律、措施等方面都具有其特點(diǎn)和不同要求，監(jiān)理工程師應(yīng)加強(qiáng)對TBM施工管理知識的學(xué)習(xí)和再培養(yǎng)，并應(yīng)根據(jù)這些特點(diǎn)和不同要求實(shí)施監(jiān)理，尤其是TBM設(shè)備維修、TBM穿越不良地質(zhì)段的施工技術(shù)和監(jiān)理，以進(jìn)一步促進(jìn)TBM施工技術(shù)與管理的發(fā)展和完善。