錦屏二級水電站引水隧洞TBM施工監理實踐

李衛國

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，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，電站引水系統采用4洞8機布置形式，從進水口至上游調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，為世界上規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相結合的方法進行施工，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，系統布置中空注漿錨桿，混凝土襯砌厚度為60cm，襯后隧洞洞徑為 11．2m，洞內流速為4．72m/s。

2 TBM設備及施工情況

錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞采用的TBM直徑為12．4m，居國內第一、世界第三，針對錦屏山地質特點專門設計，采用世界上最先進的刀盤變頻電驅動技術、PPS激光導向和BEAM實時地質監測技術，主機設有超量涌水快速排泄機構，后配套采用臺架、外包殼體式穩定結構。為滿足洞內的排水要求，后配套軌道架高1．5m。錦屏二級水電站引水隧洞2臺TBM均由業主負責采購，在制造商指導下，由承包商負責進行組裝調試，試掘進長度為2km，在完成試掘進并通過設備性能驗收后，由業主移交給承包商使用，使用完成后由承包商負責進行恢復性修理，恢復性修理完成并經驗收合格后移交業主。

1#引水隧洞TBM 累計掘進達5859m，3#引水隧洞TBM累計掘進達6295m。在此期間，TBM掘進不僅成功穿越了輕微至強烈巖爆區，還成功穿越了部分潛在極強巖爆區，克服了流量達3．6m3/s的突涌水，創造了單臺日掘進34．08m和月掘進682m的驕人成績，是同等直徑在同樣的地質條件下世界上的最好成績，實現了單工作面年獨立掘進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、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條引水隧洞掘進高峰期的整體施工組織和布局中發揮了積極作用。TBM良好的施工環境、工廠化的生產模式、人性化的施工管理使得TBM在高風險的巖爆段施工無一人傷亡，其現場良好的文明施工贏得了各方的認可，大大提升了工程建設形象。其相對標準的隧洞成型和較小的圍巖擾動最大限度地發揮了洞室的自身穩定，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構安全。

經過錦屏二級水電站TBM在施工中克服高地應力、強巖爆、突涌水的實踐，大大地提高了硬巖掘進機的施工、設計和管理水平，有力地推動了大直徑硬巖掘進機在水電工程中的應用，為我國掘進機的應用和發展積累了寶貴經驗。

3 TBM施工監理實踐

作為一種完全不同于鉆爆法的TBM隧洞施工系統，由于其施工系統的復雜性和施工方法的特點，加之該工程TBM設備采取由業主采購提供給承包商使用的模式，給監理工作帶來了新的認識和更高的要求。TBM施工監理緊緊圍繞“地質是基礎，設備是關鍵，維護是前提，管理是核心”的監理思路，設置了TBM設備管理專業組和TBM現場組，配備了經驗豐富的設備和土建監理工程師，按照組裝調試、試掘進、正式掘進、拆除及恢復性修理各個階段設備驗收及管理的特點，做好設備的組裝調試質量控制、試掘進后的驗收移交管理、設備的優化改造工作、設備的正常保養維護以及拆除后的恢復性修理的監理工作。根據TBM施工連續性強、工序組織緊湊的特點，監理工程師采取了24h的機上值班制度，對TBM掘進施工全過程進行跟蹤監理，通過標準化的施工記錄表格，對施工過程及其掘進參數進行準確、真實、可靠的記錄。

3．1 對TBM設備采取的監理控制措施

(1)嚴格控制各個階段的設備性能考核和驗收管理，注重設備的優化改造。

設備驗收主要包括:設備組裝前TBM設備的進場驗收、設備組裝調試完成后的安裝驗收、試掘進的設備性能考核和移交驗收(制造商向業主移交后，業主向承包商移交)、拆除后恢復性修理的移交驗收(承包商向業主移交)。在各個驗收階段，監理工程師均根據設備采購合同、土建承包合同規定的技術要求，組織業主、供應商、承包商進行了設備的性能考核驗收。對于在性能考核和驗收中發現的問題，督促各方予以解決或予以持續關注，或在掘進過程中加強檢查和處理。

TBM試掘進階段是全面考核TBM設備性能的階段，也是暴露設備缺陷和不足的階段。錦屏二級水電站引水隧洞TBM試掘進長度為2km，試掘進歷時近1a時間，TBM碰到了如塌方、巖爆、突涌水等前所未有的復雜施工問題，TBM設備的部分性能不能很好的適應現場施工條件，在一定程度上制約了TBM的施工進度。監理工程師通過與業主溝通，會同制造商、承包商一起研究解決方案并根據合同責任的不同，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備本身的缺陷、降低設備故障率、提高設備利用率、完善設備使用性能與保證施工安全等四個方面展開了設備優化改造工作。其中3#引水隧洞TBM完成了包括L1區支護平臺、L1區噴混凝土系統、L1區出渣方式、L2區移動支護及動態優化、工業用水系統優化、3#皮帶機、刀具運輸系統等13項內容的優化改造，優化改造后的設備較最初設計的設備在使用率、適應性方面均得到了一定程度的提高。

(2)嚴格執行TBM主機操作手、噴混凝土操作手、設備檢修維護工程師等關鍵工種實行上崗培訓制度和執證上崗制度(由制造廠家培訓并經過掘進操作考核合格后頒發)。

在試掘進和掘進階段，主機操作手原則上不允許承包商進行更換，按月執行關鍵工種人員定期考核評價制度，通過考核評價不斷提高操作手的水平。

(3)在TBM組裝階段，重點審查TBM大件運輸、大件吊裝、TBM刀盤焊接、TBM步進、TBM組裝等技術方案。

組裝前，組織制造商專家對承包商的技術人員進行培訓，使組裝人員理解并掌握TBM的性能、操作、檢驗、修理和維護技術;組織制造商和承包商對組裝方案、組裝工藝、組裝標準、組裝循序和進度、質量控制進行充分的討論，以便于參與人員理解和掌握;在組裝過程中，對關鍵工序，由監理工程師、廠家代表、業主代表組織驗收小組進行檢查驗收，所灌注的油料必須經監理工程師檢查合格后才能灌注。

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

通過設備監理工程師平行檢查，及時發出書面指令，督促承包商按照TBM操作規程、保養規程、維修制度、機況監測制度、刀具管理制度等進行設備的良好操作、保養維護，通過設備狀況分析制度，及早發現設備出現的異常情況，有針對性的采取措施進行處理。TBM掘進時，由現場監理值班工程師對掘進參數進行平行監督管理，以保證TBM按照合理的掘進參數進行掘進。

3．2 對TBM掘進采取的施工質量監理控制措施

TBM掘進施工質量控制主要包括隧洞軸線的控制、掘進偏差的控制及支護施工質量的控制。

TBM施工隧洞軸線的控制取決于隧洞基本控制導線精度和TBM自身激光導向系統運行的好壞，基本控制導線由監理工程師獨立平行測量，全站儀激光獨立測站由監理工程師旁站進行聯合測量，TBM自身激光導向系統的運行情況由監理工程師定期檢查。

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。掘進偏差的控制是TBM掘進過程中的重中之重，其偏差控制主要取決于操作手的掘進操作水平、地質情況、設備性能狀況，在TBM掘進的全過程，現場監理工程師通過隨時檢查、監視TBM姿態和方向并督促承包商進行控制。

噴混凝土前，監理工程師實施的檢查驗收主要包括:開挖面有無浮石和堆積物，噴混凝土面是否沖洗干凈;鋼筋網是否符合設計要求，厚度標記埋設情況，受噴面有水情況下的引排水處理情況，噴混凝土的設備、操作人員就位等;在噴混凝土過程中，監理工程師主要對作業過程中采用的分段分片、噴射順序自下而上進行監控。現場要求承包人根據地質情況及時調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、泵送速度、壓力穩定均勻，不能出現突然的壓力變化，避免影響到噴射頭的穩定作業。噴混凝土完成后，采取鉆孔以及取芯相結合的方式進行噴混凝土厚度、強度指標的檢查。

TBM掘進過程中，為滿足快速掘進和安全需要，優先施工頂拱部分系統錨桿以及部分臨時支護錨桿，后期由新增的錨桿補打臺車進行遺留錨桿的補打。施工完成后，主要采用無損檢測的方法進行施工質量檢查，針對單根不合格錨桿，及時督促承包人進行補打。

3．3 對巖爆洞段掘進采取的安全監理控制措施

(1)根據錦屏二級水電站引水隧洞所具有的特點，在現場組建了巖爆防治地質預報、巖爆防治和動態支護領導小組和工作小組。

工作組組長由總監理工程師擔任，成員包括承包商、設計、業主、微震監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，指出巖爆重點防護工作面和措施，協調解決巖爆防治中遇到的問題，對于巖爆引起的重大問題，提請領導小組決策。該組織機構的設立有效統籌了各方的力量，形成了“技術支持—科學決策—有效執行”三位一體的系統工作決策體系。

(2)充分利用業主引進的微震監測系統以及設計院的地質預測預報成果，為安全施工提供巖爆預警。通過微震監測，對施工掌子面前后的巖體微震活動進行實時連續監測和分析預報，有效預報了巖爆的類型、震級和位置，使支護、規避措施更具針對性。

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

TBM巖爆洞段的支護方案不能影響TBM快速施工，同時要求其能夠快速發揮作用。在錨桿方面，先后試驗了中空漲殼式錨桿、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方案。對于強巖爆洞段，采取了鉆爆法部分斷面先行，TBM部分斷面再行掘進通過的施工措施，該措施降低了巖爆的風險，提高了工程和人員設備的安全。

(4)嚴格執行掘進一循環，支護一循環的作業要求。掘進過程中，需加強對掌子面、出露巖石、護盾油缸壓力、出渣塊度的觀察，不斷地總結施工經驗，合理調整掘進參數，必要時停機待避。

3．4 對TBM施工進度采取的監理控制措施

(1)建立了TBM掘進進度的目標考核獎勵辦法，對施工日進尺、月進尺進行考核獎勵。

月度進尺以400m為基礎，達到了即予以獎勵，每超過10m追加額外獎勵。同時開展了1#、3#引水隧洞掘進施工的勞動競賽活動，設置了優勝獎。通過目標考核辦法、獎勵及其勞動競賽的開展，有效地調動了承包商的積極性，創造了大直徑隧道掘進日進尺34．08m和月掘進682m的成績。

(2)按周召開進度專題會議。

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

(3)加強協調管理工作。

監理部專門成立了洞外皮帶機運行監理組，一方面實現了洞內外現場監理工程師24h跟蹤作業，及時協調解決掘進過程中皮帶機出現的問題;另一方面，通過規范的管理，大大提高了洞外連續皮帶機的運行保障率，有力地促進了TBM的順利掘進。

3．5 TBM施工信息的管理

在TBM施工和監理過程中，對各種信息的采集和積累顯得特別重要，如地質、設備狀況、開挖與支護狀況、刀具、油料消耗、遇到的不良地質情況與處理措施和結果、循環進尺、日進尺數據等，這些資料和數據是合同管理的基礎，也是技術分析的基礎，監理工作要做得扎實、系統。

4 結語

TBM法施工在我國是最近二十多年出現的事情，是地下工程工廠化施工模式，其施工技術與監理工作的內容、方法、規律、措施等方面都具有其特點和不同要求，監理工程師應加強對TBM施工管理知識的學習和再培養，并應根據這些特點和不同要求實施監理，尤其是TBM設備維修、TBM穿越不良地質段的施工技術和監理，以進一步促進TBM施工技術與管理的發展和完善。