TBM集群化施工項目設備采購與施工過程管理模式探析
——以遼寧重點輸水工程為例

李曉晗

(遼寧省水資源管理集團有限責任公司， 遼寧 沈陽 110003)

0 引言

隨著我國經濟快速發展及隧道工程項目逐漸增加，作為先進、高效、安全、環保的隧洞施工設備，TBM在水利水電、鐵路、公路、市政工程等隧洞施工中的應用愈加廣泛，同一個工程采用多臺TBM集群化施工的項目也越來越多的出現，加強TBM集群化施工項目設備管理工作，確保TBM設備優質、高效地完成隧洞掘進開挖任務，對項目建設具有重要的意義。

TBM在中國研發、應用已有60年歷史，近10年更是取得了迅猛的發展，對TBM的各項研究工作也是越來越得以深入。王夢恕[1]、洪開榮[2]、齊夢學[3]分別從不同角度對盾構和TBM在中國的應用推廣、存在問題、發展思路等進行了研究，洪開榮等[4]、荊留杰等[5]對盾構和TBM技術在中國的發展創新與突破進行了研究，更有不同領域的專家學者和工程技術人員就TBM選型[6-7]、系統集成設計[8]、設備采購[9]、監造與驗收[10]、現場組裝與拆卸[11]、刀具管理[12]、施工技術[13-16]、施工管理[17-18]等方面進行了廣泛、深入的研究，但針對同一工程、多臺TBM同時集群化施工項目的TBM管理工作特別是建設單位如何在TBM集群化施工項目開展管理工作的研究較少。

本文以遼寧重點輸水工程為例，總結該工程8臺TBM集群化施工過程中的管理經驗，提出項目建設單位對TBM設備采購、設計聯絡、監造、現場組裝調試及試運行、技術服務支持、配件供應、維護維修、施工全過程管控及重大技術方案論證等實行集中統一管理的新型運作模式，以專業技術團隊為后盾，為設備正常運行提供了有力的技術支持，為加快施工進度、縮短工期提供了有力保障。

1 工程概況

遼寧重點輸水工程是為徹底解決遼寧西北部地區嚴重缺水現狀而投資興建的大型輸調水工程，是跨省跨流域調水、解決遼寧省水資源短缺、實施突破遼西北戰略、全面建成小康社會的福祉工程，是遼寧省構建的“東水濟西”北、中、南3線輸調水工程中的北線骨干工程。遼寧重點工程有1 208.18 km隧洞和管線(隧洞532.55 km、管線675.63 km，包括多管多隧同線的隧洞和管線)，將優質地表水全程自流輸送到遼西北6市27個縣(區)，年輸入水量20.75億m3，受益人口1 130萬人。工程隧洞段開挖采用TBM與鉆爆法相結合的施工工藝，使用8臺TBM進行施工。

2 TBM設備采購管理

2.1 TBM采購模式探析

中國對TBM的研發、利用始于20世紀50年代，歷經了獨立自主、自力更生，到引進設備、外商承包，再到引進設備、自主施工，至今已經發展到自主研發制造設備、自主施工的階段。

總結近年來國內工程項目TBM設備采購模式，無外乎承包商自行采購、建設單位采購提供給承包商使用2種模式，這2種采購模式各有利弊。

1)承包商自行采購。采用該采購模式，可以充分發揮具有TBM使用經驗的承包商的技術優勢，集中專業技術人員參與設備選型、配置，保證設備性能參數較優，而且也有利于設備運行過程中的管理，保證設備完好率。但由于建設單位無法對采購過程中設備配置、選型、設備供貨商選擇、采購資金等方面進行有效掌控，承包商出于降低采購成本的初衷，往往會采取降低設備配置、減少附屬設備等方式達到降低設備價格的目的，可能造成采購到的設備無法完全滿足施工需要，由于TBM設備原因對工程造成影響的不確定性增大。

2)建設單位采購設備提供給承包商使用。設備產權歸建設單位所有，承包商僅擁有使用權，工程結束后建設單位將設備收回，即錦屏、八十一大坂等工程采用的模式。建設單位采購TBM，可以綜合考慮工程特點、地質情況、工期等因素，選擇適用性好、性價比高的設備，降低施工過程中的設備風險。采用這種模式，可以保證設備投資的透明度，降低承包商的資金壓力，建設單位還可以享受到設備殘值，同時也避免了設備制造周期對工期的影響。但建設單位采購TBM，將承擔設備缺陷風險，留下了后期承包商索賠的隱患。而且，由于承包商不擁有設備所有權，經常出現過度使用設備、減小維保投入以達到提高進尺、降低成本的情況，這種模式不利于設備的合理使用，易出現工程尚未結束TBM設備因損耗嚴重被迫停機大修的情況。由此，衍生出建設單位采購、承包商使用、工程結束設備轉讓承包商的新模式。這種模式有效解決了設備日常維護和保養不到位、拼設備的問題，但產權轉移也帶來了很多附加問題，往往在工程結束幾年后，承包商與建設單位因設備產權轉移產生的糾紛仍未能徹底解決。

遼寧重點輸水工程在總結其他工程特別是遼寧省大伙房水庫輸水工程TBM設備采購經驗的基礎上，摸索出建設單位組織承包商集中進行TBM設備招標的全新采購模式。這種采購模式的主要操作方式是： 由建設單位組織專業人員成立TBM采購小組，在采購小組的主導下，組織土建承包商集中開展TBM設備招標工作，并由采購小組組織土建承包商與設備供貨商進行合同談判、簽訂采購合同，建設單位以第三方身份參與合同簽署，并代付設備款。

2.2 建設單位組織承包商集中招標采購TBM的操作方式

由于遼寧重點輸水工程戰線長，使用TBM設備數量多，又要同時開工，為了確保TBM設備質量，爭取設備盡快進場施工，同時降低工程造價，遼寧重點輸水工程在項目建設單位成立之初，就指定專門人員成立TBM采購小組，負責TBM設備采購的策劃、調研、規劃等工作，研究解決多臺TBM設備保質、按時、集中采購的問題。經過對國內不同TBM施工工程采購模式的分析、研究，對比不同采購模式的優劣，研究如何最大可能地利用不同采購模式的優勢、規避其劣勢，最終摸索出一整套TBM招標采購的模式，具體操作過程和方式如下。

2.2.1 建設單位組織承包商集中進行TBM 采購招標

遼寧重點輸水工程原計劃采用9臺TBM設備(其中1臺為二手TBM，共8臺全新TBM)進行施工，TBM開挖總長度164.8 km，單臺TBM原設計最長掘進距離22.49 km，后期由于地質變化等原因，取消1臺新購TBM，各臺TBM的實際掘進距離也有所調整。一次性采購8臺TBM，當時在國內外尚屬首次。

本工程隧洞洞線長，圍巖地質構造復雜、地質年代不一、地質情況多變，穿越多個較大的破碎帶；隧洞埋深不一，最大埋深1 100 m，穿越河谷段埋深僅50～70 m；巖石抗壓強度變化大，最高巖石強度超過200 MPa，最低巖石強度僅30～40 MPa。

復雜的地質條件、多臺TBM施工，TBM設備選擇不當，將給本工程造成難以預料的影響。為確保采購到性能最優、配置最佳、地質適用性最好的TBM，為工程順利進行提供有力保障，同時又能有效規避建設單位采購TBM的種種弊端，最終研究確定由建設單位TBM采購小組主導、組織各TBM施工段承包商集中進行TBM招標、統一進行評標和定標，以保證設備合理配置、有效降低設備價格，同時可以統籌各設備制造商的制造能力、制造場地、部件加工、配件采購以及后期現場服務人員、服務力量的合理配置，確保設備供貨周期，加快工程建設進度。招標方式宜采用公開招標方式進行，以體現公開、公平、公正的原則，而且可以獲得更大的競爭性，但由于遼寧重點工程的一些特殊原因，不適合采用公開招標方式，而是采用了邀請招標的方式。

2.2.2 兩階段開標

為充分保證設備的適應性，采購小組經過充分研究、探索，經與招標代理公司溝通，確定采用兩階段開標法進行招標。

在技術部分開標階段，通過對各投標人技術方案的評審，了解清楚各投標人設備配置、選型、布置等關鍵技術問題，并通過澄清，使得各投標人設備配置適應本工程地質特點，且基本達到統一。

在商務部分開標階段，因各投標人設備配置、選型已全部確定且基本統一，僅進行設備價格及交貨期對比，極大降低了評標工作的難度。

2.2.3 建設單位代付設備款

鑒于當時國內施工承包商資金壓力普遍非常較大的情況，為有效緩解承包商資金壓力，將有限資金更多地投入到工程施工過程中，同時，也為最大限度地避免施工承包商與設備供貨商因TBM設備款支付引發紛爭導致工程施工受到影響、保證工程施工順利進行，經采購小組研究確定采用建設單位代付的方式支付TBM設備款。具體操作方式是： 建設單位以第三方身份簽訂TBM采購合同，在合同中約定由建設單位代付設備款，并約定各次支付節點和付款條件。每次支付前，由設備供貨商(賣方)提交付款申請和所有支付要件，經施工承包商(買方)審核、簽字蓋章后，提交建設單位支付相應款項。建設單位代付的設備款，施工承包商分批償還，或在石方洞挖結算款中按比例扣回。

2.3 建設單位組織承包商進行TBM集中采購招標利弊分析

建設單位組織承包商進行TBM集中招標采購，是一次較為成功的探索，目前在新疆、內蒙古等多個水利工程得到了推廣應用。對于TBM集群化施工的項目，建設單位組織承包商集中進行TBM招標采購有著非常明顯的優勢。

1)TBM設備是專業性、專用性的隧道開挖設備，需要根據不同工程的隧道設計及地質、水文等條件，進行專業化設計，由建設單位主導招標采購工作，可以保證設備制造商更詳盡、全面地了解工程設計和地質資料，以保證TBM設備有更強的適用性，更適合于本工程施工。

2)建設單位組織承包商進行TBM集中采購招標，大量設備招標的準備工作已經提前完成，可以保證在工程土建施工招標后最短時間內開展設備采購招標工作，綜合考慮土建施工招標流程及承包商中標后進行TBM采購招標準備和實施的時間，至少可以節省半年以上的設備采購時間，大大降低設備采購、制造對項目工期的影響[19]。同時，針對TBM集群化施工的建設項目，建設單位集中組織TBM設備招標，可以根據工程不同標段施工情況及設備制造進度，合理安排設備分配，并可以適時進行調整，對于確保項目建設工期具有積極作用。

3)建設單位可以從有利于工程施工的角度出發，進行TBM設備設計和配置，保證設備配置合理、最優、齊全，使得TBM更適用于本工程地質條件，且可以根據工程需要，合理采用一些新設計、新技術、新工藝，提高設備運行效率、降低運行成本[19]。

4)建設單位集中組織承包商批量招標采購TBM，可以保證設備配置趨于統一，TBM配套設備和零部件之間互換性高，方便后期施工管理，有利于整體工程項目的順利施工。

5)針對TBM集群化施工的建設項目，建設單位組織承包商進行TBM設備集中招標采購，可以獲得更大的TBM設備、附屬配套設備、工器具、備品備件、刀具及刀具備件、售后服務等的全系列的價格優惠，有效降低工程總投資。同時，設備供貨商也可以在技術服務等方面做出更大的讓步，本工程3家設備供貨商均在工地現場建立了由廠家負責的刀具車間，并分別建立了位于工地現場和保稅區的備件倉庫，保證了備件和刀具的及時供應，為工程順利實施提供了保證。

6)由建設單位代付TBM設備款，可以有效減小承包商的資金壓力，保證承包商將有限的資金盡可能多地投入到工程建設中，加快工程建設進度。同時，也可以充分保證設備供貨商資金及時回籠，有利于設備供貨商在服務、備品備件、技術保障等方面提供支持，也有利于加強建設單位對設備供貨商的有效管控，非常適合于TBM集群化施工的建設項目。

當然，建設單位組織承包商進行TBM集中采購招標也存在一些弊端。首先，建設單位承擔了大部分設備采購風險，因設備缺陷、設備質量和配置不能完全滿足工程需要、設備延遲交貨等對施工造成影響，易引起承包商向建設單位提出索賠[20]。其次，建設單位主導TBM采購招標工作，增加了建設單位工作量和工作難度，特別是因在設備設計、制造、使用、驗收等環節增加了很多與各方的協調工作[20]，對建設單位相應管理人員的專業性、組織協調能力要求較高。

3 施工期建設單位的TBM管理工作

遼寧重點輸水工程在項目建設期，抽調專人成立TBM運行管理監督技術服務組(以下簡稱TBM服務組)負責TBM設備管理工作，保證了各臺TBM始終處于受控狀態，發現問題及時解決、處理，確保設備運行狀況良好，設備效率最大程度地得以發揮。

3.1 設計聯絡管理

TBM設計聯絡是設備采購合同簽訂后產品設計階段的重要工作，是合同各方及相關設計單位之間的溝通、聯絡過程，其目的是進一步完善合同設備功能、技術參數及性能指標要求，明確合同設備與其他系統設備及土建的技術接口。在承包商簽訂TBM采購合同后，視不同設備供貨商的設備設計、制造情況及進度，分別召開2～3次建設單位、設計單位、監理、承包商等各方以及外聘專家共同參加的設計聯絡會議，檢查合同設備的設計方案、產品功能及性能指標等是否滿足合同技術規格書和技術標準要求，以進一步明確細部設備選型與配置，完善合同技術規格書中的設備功能要求，細化設計，確認合同設備與其他設備及土建工程的各個接口，確定設備制造、組裝、調試、步進、始發、試掘進、性能考核和驗收的方案，以及現場刀具維修和備品備件儲備、技術服務等具體細節內容。遼寧重點輸水工程土建招標文件約定TBM設計聯絡會議由承包商組織，并對最終設計成果負責。

3.2 設備監造管理

由于遼寧重點輸水工程7臺新制造TBM分布于3個國內工廠進行結構件制造加工及工廠組裝，為了確保TBM設備的制造質量和制造進度，對設備加工制造和組裝調試質量、設備技術性能、供貨范圍、交貨期進行有效控制，保證設備質量、性能和交貨期，遼寧重點輸水工程成立了由建設單位、監理和施工單位專業技術人員以及外聘專業人員組成的TBM監造領導小組和工作小組，負責設備制造期間相關協調及設備制造質量總體把控工作。

3.3 TBM工地現場組裝管理

TBM現場組裝管理也是TBM采購小組工作內容之一，采購小組參與了各臺TBM現場組裝全過程管理。

在現場組裝階段，重點檢查TBM組裝專項方案制訂及落實情況、TBM組裝質量及組裝進度、調試及試運行情況等，發現設備組裝、調試、步進、始發過程中存在的問題，及時提出并予以解決。同時，協助承包商做好與設備供貨商技術服務支持的協調溝通工作。

3.4 TBM設備運行管理

為加強TBM施工管理，確保工程順利進行，TBM服務組負責8臺TBM設備運行過程中的監督、管理工作，同時也為承包商提供設備運行、保養、維護方面的技術支持及協助。TBM服務組主要有預防和管理、技術支持、設備故障應急處理3項職能。

3.4.1 預防和管理職能

1)定期或不定期地對8臺設備的使用、維護、保養情況進行檢查、監督，及時發現設備使用過程中存在的問題。

2)了解各承包商在設備運行過程中人員配備情況以及相應人員的技術能力和技術水平，及時發現問題。

3)收集設備日、周、月的運行記錄，編制設備運行報告，并對設備運行情況進行統計、對比、分析，及時發現存在的問題。

4)收集、整理相關掘進數據，分析影響TBM施工效率的主要因素，向承包商提出有針對性的意見、建議，不斷提高TBM設備的掘進效率和設備的綜合利用率，以及現場施工管理水平和施工效率。

5)督促各承包商定期進行設備用油的油樣檢測，保證及時發現設備隱患，并予以消除。

6)對各備品備件倉庫的備件儲存情況進行檢查、跟蹤，根據設備運行情況，對可能需要的配件做出初步預判，保證備件儲備品種齊全、數量充足，發現有缺、斷貨情況，督促承包商或設備制造廠家及時訂購、補充庫存。

7)配合監理公司對設備使用情況進行監督和管理。

3.4.2 技術支持職能

1)在設備采購過程中，采購小組從有利于工程施工的角度出發進行TBM總體設計，發揮集中采購優勢，推動技術進步，通過與TBM供貨商交流、溝通，采用了McNally系統、50.8 cm(20英寸)滾刀、刀盤Trimay耐磨板、新型主軸承密封結構、滑板式步進裝置等多項新技術、新工藝，且多項技術在國內尚屬首次應用。新技術、新工藝的應用，保證了TBM施工快速、高效，對工程總工期目標實現提供了有力保證。

2)組織開展TBM和各專項設備的技術培訓，確保設備操作、保養、維護的及時、準確，提高設備完好率和利用率。

3)協調解決TBM施工過程的技術問題，提供有力的技術保障。

4)組織專家有針對性地研究、分析、解決設備掘進過程中遇到的復雜施工方案。

5)做好設備運行情況的監督、管理及TBM原始運行數據的統計與分析，積累TBM施工各項基礎數據。

3.4.3 設備故障應急處理職能

1)通過設備巡視，及時發現設備故障隱患，并提供解決、處理方法和措施。

2)協調設備供貨商專業人員協助承包商查明故障原因、制訂解決方案，并指導承包商維修人員完成故障處理。

3)組織相關人員共同研究、解決TBM設備運行過程中遇到的難點、疑點問題，保障TBM設備高效穩定運行。

4)遇重大、難以解決的技術難題時，邀請國內知名TBM專家召開專題會議研究解決方案。

TBM服務組不定期組織建設、監理及施工單位TBM管理人員、設備供貨商對全線TBM設備運行情況進行全面巡視，重點檢查各設備運行、保養、維護情況及現場施工管理情況。通過巡視，各承包商管理人員學習到了其他承包商成熟、先進的施工經驗和管理模式，發現了各自在施工及管理方面的不足，同時也可以發現其他承包商存在的問題，并及時提醒，起到揚長避短、取長補短的作用。

TBM服務組及時、準確地了解和掌握各臺TBM設備運行的詳細情況和影響設備掘進效率發揮的主要因素，有針對性地向承包商、監理及建設單位提出改進、整改的意見和建議，保證TBM設備效率最大程度發揮。

3.5 刀具管理

對于前2 km掘進，遼寧重點輸水工程采用了由設備供貨商按開挖單位石方刀具消耗單價承包的方式進行，由供貨商在現場建立刀具修理車間、提供修理設備、配備維修人員、組織刀具及刀具配件供應。前2 km的刀具費用已包含在TBM設備采購總價內，每掘進1 km結算1次。

對于2 km以后的刀具，在TBM招標階段，也已要求供貨商提交了開挖單位石方的刀具消耗承包單價，土建施工合同約定由承包商選擇、由供貨商按承包單價供貨或承包商自行采購刀具。遼寧重點輸水工程大部分承包商選擇了由供貨商承包的方式。

為保證刀具及刀具備件的足量儲備和及時供應，TBM服務組每半月對各刀具車間刀具及刀具備件庫存情況進行一次全面清點，并對訂貨和到貨計劃情況進行檢查，避免了刀具供應不及時而影響設備掘進的問題。同時，對掘進過程中發現的刀具質量、裝配、維修等問題，組織召開專題會議，分析問題產生的原因，研究解決方案。

3.6 配件管理

充足、齊全的備品備件儲備是TBM設備正常運行的保證。

對于前2 km掘進所需備件，在TBM招標階段，供貨商提交了單臺設備消耗備件的單價及最高消耗額度，并承諾如實際消耗不超過此最高額度時，按實際消耗備件單價進行結算；如超過此額度，則由供貨商自費補充所需備件。

對于2 km以后掘進所需備件的儲備，鑒于每家供貨商均中標2臺以上TBM，經過與供貨商就備品備件儲備的方式、儲備品種、備件補充、結算等的協商與溝通，確定了由供貨商與各施工承包商聯合建立備品備件統籌庫的儲備方式。按照國產配件、消耗和損壞可能性較大的A類進口配件、不易損壞但一旦損壞交貨期較長的B類保障性進口配件的不同分類，分別儲存于供貨商管理的工地現場倉庫、供貨商工廠倉庫和就近的保稅倉庫，并根據現場使用情況，適時進行補充和調整，以保證配件儲備品種齊全、數量充足、供應及時。

3.7 重大技術方案研討、論證

在TBM試掘進階段，針對設備運行過程中發現的一些問題，特別是共性問題、較突出的質量或功能問題，如多臺TBM存在的噴射混凝土系統無法滿足施工要求、鋼拱架安裝器施工效率低下以及個別設備存在的刀具超耗、刀盤連接螺栓斷裂、刀盤焊縫開裂、主軸承外密封失效等問題，TBM服務組組織設備供貨商、承包商、監理，聘請科研院校的技術專家，進行現場檢查、鑒定，召開專題技術論證會議，分析問題產生的原因，研究制訂解決方案及預防措施，保證設備問題得到及時處理、解決。

TBM施工階段，在遭遇較大、重大技術難題時，如TBM1遭遇較大涌水，TBM2設備通過ygf441大斷層，TBM8掘進通過F64斷層帶特別是卡機脫困，TBM3通過ygf429、ygf425斷層以及頂拱部位鋼筋排施工、側拱特別是撐靴部位塌方的應急處理等，TBM服務組組織承包商、監理，必要時聘請技術專家，召開技術方案研討論證會議，分析問題產生的原因，研究制訂解決方案或施工預案，有效保證了TBM設備良性運轉，未因設備或地質問題造成TBM較長時間停機。

4 結論與討論

本文通過對遼寧重點輸水工程8臺TBM采購與施工過程管理經驗進行總結，提出了TBM集群化施工項目建設單位進行TBM采購、運行、配件供應、技術服務、設備維護維修等集中統一管理的模式。遼寧重點供水工程通過該模式的集中管理，建立了TBM運行情況溝通、匯報機制，建設單位及時了解、掌握各臺TBM運行情況，TBM管理水平、設備掘進效率不斷得以提升，TBM利用率基本保持在40%以上的較高水平，部分TBM利用率連續幾個月達到50%～60%，確保了項目建設的順利進行。該管理模式具有一定的借鑒意義和推廣價值。

通過對該管理模式總結，尚有以下問題需要進一步研究解決： 1)如何將該管理模式與項目管理有機結合，實現TBM集群化施工工程的進度、造價、質量、安全、合同、變更等一體化項目管理； 2)如何提高TBM集群化施工工程的項目管理信息化水平，建立信息化智能管理平臺，實現建設單位、監理、承包商以及設備供貨商的信息共享，提升管理效率和管理水平。

隨著我國基礎設施建設事業的蓬勃發展，大型水利、鐵路、公路等工程項目會越來越多，隧洞施工將是這些工程施工的主要部分，TBM應用也將越來越多。目前國內已有多個TBM集群化施工的建設項目已經開工或即將開工建設，新疆ABH及EH 2期工程、內蒙古引綽濟遼、大瑞鐵路、川藏鐵路以及南水北調西線工程等，均有多臺TBM同時施工，特別是新疆EH 2期工程，同時采用18臺TBM進行隧洞掘進，針對這些工程項目，開展TBM集群化施工項目管理模式研究，具有非常廣泛的應用和推廣價值。結合后續TBM集群化施工項目，進行更深入、更進一步的研究與推廣應用，將會極大提高工程建設管理水平，為保證工程建設目標的順利實施提供有效的技術支持手段，具有良好的管理效益，由此所帶來的直接和間接經濟效益也將是巨大的。