TBM集群化施工项目设备采购与施工过程管理模式探析——以辽宁重点输水工程为例

李晓晗

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司， 辽宁 沈阳 110003)

0 引言

随着我国经济快速发展及隧道工程项目逐渐增加，作为先进、高效、安全、环保的隧洞施工设备，TBM在水利水电、铁路、公路、市政工程等隧洞施工中的应用愈加广泛，同一个工程采用多台TBM集群化施工的项目也越来越多的出现，加强TBM集群化施工项目设备管理工作，确保TBM设备优质、高效地完成隧洞掘进开挖任务，对项目建设具有重要的意义。

TBM在中国研发、应用已有60年历史，近10年更是取得了迅猛的发展，对TBM的各项研究工作也是越来越得以深入。王梦恕[1]、洪开荣[2]、齐梦学[3]分别从不同角度对盾构和TBM在中国的应用推广、存在问题、发展思路等进行了研究，洪开荣等[4]、荆留杰等[5]对盾构和TBM技术在中国的发展创新与突破进行了研究，更有不同领域的专家学者和工程技术人员就TBM选型[6-7]、系统集成设计[8]、设备采购[9]、监造与验收[10]、现场组装与拆卸[11]、刀具管理[12]、施工技术[13-16]、施工管理[17-18]等方面进行了广泛、深入的研究，但针对同一工程、多台TBM同时集群化施工项目的TBM管理工作特别是建设单位如何在TBM集群化施工项目开展管理工作的研究较少。

本文以辽宁重点输水工程为例，总结该工程8台TBM集群化施工过程中的管理经验，提出项目建设单位对TBM设备采购、设计联络、监造、现场组装调试及试运行、技术服务支持、配件供应、维护维修、施工全过程管控及重大技术方案论证等实行集中统一管理的新型运作模式，以专业技术团队为后盾，为设备正常运行提供了有力的技术支持，为加快施工进度、缩短工期提供了有力保障。

1 工程概况

辽宁重点输水工程是为彻底解决辽宁西北部地区严重缺水现状而投资兴建的大型输调水工程，是跨省跨流域调水、解决辽宁省水资源短缺、实施突破辽西北战略、全面建成小康社会的福祉工程，是辽宁省构建的“东水济西”北、中、南3线输调水工程中的北线骨干工程。辽宁重点工程有1 208.18 km隧洞和管线(隧洞532.55 km、管线675.63 km，包括多管多隧同线的隧洞和管线)，将优质地表水全程自流输送到辽西北6市27个县(区)，年输入水量20.75亿m3，受益人口1 130万人。工程隧洞段开挖采用TBM与钻爆法相结合的施工工艺，使用8台TBM进行施工。

2 TBM设备采购管理

2.1 TBM采购模式探析

中国对TBM的研发、利用始于20世纪50年代，历经了独立自主、自力更生，到引进设备、外商承包，再到引进设备、自主施工，至今已经发展到自主研发制造设备、自主施工的阶段。

总结近年来国内工程项目TBM设备采购模式，无外乎承包商自行采购、建设单位采购提供给承包商使用2种模式，这2种采购模式各有利弊。

1)承包商自行采购。采用该采购模式，可以充分发挥具有TBM使用经验的承包商的技术优势，集中专业技术人员参与设备选型、配置，保证设备性能参数较优，而且也有利于设备运行过程中的管理，保证设备完好率。但由于建设单位无法对采购过程中设备配置、选型、设备供货商选择、采购资金等方面进行有效掌控，承包商出于降低采购成本的初衷，往往会采取降低设备配置、减少附属设备等方式达到降低设备价格的目的，可能造成采购到的设备无法完全满足施工需要，由于TBM设备原因对工程造成影响的不确定性增大。

2)建设单位采购设备提供给承包商使用。设备产权归建设单位所有，承包商仅拥有使用权，工程结束后建设单位将设备收回，即锦屏、八十一大坂等工程采用的模式。建设单位采购TBM，可以综合考虑工程特点、地质情况、工期等因素，选择适用性好、性价比高的设备，降低施工过程中的设备风险。采用这种模式，可以保证设备投资的透明度，降低承包商的资金压力，建设单位还可以享受到设备残值，同时也避免了设备制造周期对工期的影响。但建设单位采购TBM，将承担设备缺陷风险，留下了后期承包商索赔的隐患。而且，由于承包商不拥有设备所有权，经常出现过度使用设备、减小维保投入以达到提高进尺、降低成本的情况，这种模式不利于设备的合理使用，易出现工程尚未结束TBM设备因损耗严重被迫停机大修的情况。由此，衍生出建设单位采购、承包商使用、工程结束设备转让承包商的新模式。这种模式有效解决了设备日常维护和保养不到位、拼设备的问题，但产权转移也带来了很多附加问题，往往在工程结束几年后，承包商与建设单位因设备产权转移产生的纠纷仍未能彻底解决。

辽宁重点输水工程在总结其他工程特别是辽宁省大伙房水库输水工程TBM设备采购经验的基础上，摸索出建设单位组织承包商集中进行TBM设备招标的全新采购模式。这种采购模式的主要操作方式是： 由建设单位组织专业人员成立TBM采购小组，在采购小组的主导下，组织土建承包商集中开展TBM设备招标工作，并由采购小组组织土建承包商与设备供货商进行合同谈判、签订采购合同，建设单位以第三方身份参与合同签署，并代付设备款。

2.2 建设单位组织承包商集中招标采购TBM的操作方式

由于辽宁重点输水工程战线长，使用TBM设备数量多，又要同时开工，为了确保TBM设备质量，争取设备尽快进场施工，同时降低工程造价，辽宁重点输水工程在项目建设单位成立之初，就指定专门人员成立TBM采购小组，负责TBM设备采购的策划、调研、规划等工作，研究解决多台TBM设备保质、按时、集中采购的问题。经过对国内不同TBM施工工程采购模式的分析、研究，对比不同采购模式的优劣，研究如何最大可能地利用不同采购模式的优势、规避其劣势，最终摸索出一整套TBM招标采购的模式，具体操作过程和方式如下。

2.2.1 建设单位组织承包商集中进行TBM 采购招标

辽宁重点输水工程原计划采用9台TBM设备(其中1台为二手TBM，共8台全新TBM)进行施工，TBM开挖总长度164.8 km，单台TBM原设计最长掘进距离22.49 km，后期由于地质变化等原因，取消1台新购TBM，各台TBM的实际掘进距离也有所调整。一次性采购8台TBM，当时在国内外尚属首次。

本工程隧洞洞线长，围岩地质构造复杂、地质年代不一、地质情况多变，穿越多个较大的破碎带；隧洞埋深不一，最大埋深1 100 m，穿越河谷段埋深仅50～70 m；岩石抗压强度变化大，最高岩石强度超过200 MPa，最低岩石强度仅30～40 MPa。

复杂的地质条件、多台TBM施工，TBM设备选择不当，将给本工程造成难以预料的影响。为确保采购到性能最优、配置最佳、地质适用性最好的TBM，为工程顺利进行提供有力保障，同时又能有效规避建设单位采购TBM的种种弊端，最终研究确定由建设单位TBM采购小组主导、组织各TBM施工段承包商集中进行TBM招标、统一进行评标和定标，以保证设备合理配置、有效降低设备价格，同时可以统筹各设备制造商的制造能力、制造场地、部件加工、配件采购以及后期现场服务人员、服务力量的合理配置，确保设备供货周期，加快工程建设进度。招标方式宜采用公开招标方式进行，以体现公开、公平、公正的原则，而且可以获得更大的竞争性，但由于辽宁重点工程的一些特殊原因，不适合采用公开招标方式，而是采用了邀请招标的方式。

2.2.2 两阶段开标

为充分保证设备的适应性，采购小组经过充分研究、探索，经与招标代理公司沟通，确定采用两阶段开标法进行招标。

在技术部分开标阶段，通过对各投标人技术方案的评审，了解清楚各投标人设备配置、选型、布置等关键技术问题，并通过澄清，使得各投标人设备配置适应本工程地质特点，且基本达到统一。

在商务部分开标阶段，因各投标人设备配置、选型已全部确定且基本统一，仅进行设备价格及交货期对比，极大降低了评标工作的难度。

2.2.3 建设单位代付设备款

鉴于当时国内施工承包商资金压力普遍非常较大的情况，为有效缓解承包商资金压力，将有限资金更多地投入到工程施工过程中，同时，也为最大限度地避免施工承包商与设备供货商因TBM设备款支付引发纷争导致工程施工受到影响、保证工程施工顺利进行，经采购小组研究确定采用建设单位代付的方式支付TBM设备款。具体操作方式是： 建设单位以第三方身份签订TBM采购合同，在合同中约定由建设单位代付设备款，并约定各次支付节点和付款条件。每次支付前，由设备供货商(卖方)提交付款申请和所有支付要件，经施工承包商(买方)审核、签字盖章后，提交建设单位支付相应款项。建设单位代付的设备款，施工承包商分批偿还，或在石方洞挖结算款中按比例扣回。

2.3 建设单位组织承包商进行TBM集中采购招标利弊分析

建设单位组织承包商进行TBM集中招标采购，是一次较为成功的探索，目前在新疆、内蒙古等多个水利工程得到了推广应用。对于TBM集群化施工的项目，建设单位组织承包商集中进行TBM招标采购有着非常明显的优势。

1)TBM设备是专业性、专用性的隧道开挖设备，需要根据不同工程的隧道设计及地质、水文等条件，进行专业化设计，由建设单位主导招标采购工作，可以保证设备制造商更详尽、全面地了解工程设计和地质资料，以保证TBM设备有更强的适用性，更适合于本工程施工。

2)建设单位组织承包商进行TBM集中采购招标，大量设备招标的准备工作已经提前完成，可以保证在工程土建施工招标后最短时间内开展设备采购招标工作，综合考虑土建施工招标流程及承包商中标后进行TBM采购招标准备和实施的时间，至少可以节省半年以上的设备采购时间，大大降低设备采购、制造对项目工期的影响[19]。同时，针对TBM集群化施工的建设项目，建设单位集中组织TBM设备招标，可以根据工程不同标段施工情况及设备制造进度，合理安排设备分配，并可以适时进行调整，对于确保项目建设工期具有积极作用。

3)建设单位可以从有利于工程施工的角度出发，进行TBM设备设计和配置，保证设备配置合理、最优、齐全，使得TBM更适用于本工程地质条件，且可以根据工程需要，合理采用一些新设计、新技术、新工艺，提高设备运行效率、降低运行成本[19]。

4)建设单位集中组织承包商批量招标采购TBM，可以保证设备配置趋于统一，TBM配套设备和零部件之间互换性高，方便后期施工管理，有利于整体工程项目的顺利施工。

5)针对TBM集群化施工的建设项目，建设单位组织承包商进行TBM设备集中招标采购，可以获得更大的TBM设备、附属配套设备、工器具、备品备件、刀具及刀具备件、售后服务等的全系列的价格优惠，有效降低工程总投资。同时，设备供货商也可以在技术服务等方面做出更大的让步，本工程3家设备供货商均在工地现场建立了由厂家负责的刀具车间，并分别建立了位于工地现场和保税区的备件仓库，保证了备件和刀具的及时供应，为工程顺利实施提供了保证。

6)由建设单位代付TBM设备款，可以有效减小承包商的资金压力，保证承包商将有限的资金尽可能多地投入到工程建设中，加快工程建设进度。同时，也可以充分保证设备供货商资金及时回笼，有利于设备供货商在服务、备品备件、技术保障等方面提供支持，也有利于加强建设单位对设备供货商的有效管控，非常适合于TBM集群化施工的建设项目。

当然，建设单位组织承包商进行TBM集中采购招标也存在一些弊端。首先，建设单位承担了大部分设备采购风险，因设备缺陷、设备质量和配置不能完全满足工程需要、设备延迟交货等对施工造成影响，易引起承包商向建设单位提出索赔[20]。其次，建设单位主导TBM采购招标工作，增加了建设单位工作量和工作难度，特别是因在设备设计、制造、使用、验收等环节增加了很多与各方的协调工作[20]，对建设单位相应管理人员的专业性、组织协调能力要求较高。

3 施工期建设单位的TBM管理工作

辽宁重点输水工程在项目建设期，抽调专人成立TBM运行管理监督技术服务组(以下简称TBM服务组)负责TBM设备管理工作，保证了各台TBM始终处于受控状态，发现问题及时解决、处理，确保设备运行状况良好，设备效率最大程度地得以发挥。

3.1 设计联络管理

TBM设计联络是设备采购合同签订后产品设计阶段的重要工作，是合同各方及相关设计单位之间的沟通、联络过程，其目的是进一步完善合同设备功能、技术参数及性能指标要求，明确合同设备与其他系统设备及土建的技术接口。在承包商签订TBM采购合同后，视不同设备供货商的设备设计、制造情况及进度，分别召开2～3次建设单位、设计单位、监理、承包商等各方以及外聘专家共同参加的设计联络会议，检查合同设备的设计方案、产品功能及性能指标等是否满足合同技术规格书和技术标准要求，以进一步明确细部设备选型与配置，完善合同技术规格书中的设备功能要求，细化设计，确认合同设备与其他设备及土建工程的各个接口，确定设备制造、组装、调试、步进、始发、试掘进、性能考核和验收的方案，以及现场刀具维修和备品备件储备、技术服务等具体细节内容。辽宁重点输水工程土建招标文件约定TBM设计联络会议由承包商组织，并对最终设计成果负责。

3.2 设备监造管理

由于辽宁重点输水工程7台新制造TBM分布于3个国内工厂进行结构件制造加工及工厂组装，为了确保TBM设备的制造质量和制造进度，对设备加工制造和组装调试质量、设备技术性能、供货范围、交货期进行有效控制，保证设备质量、性能和交货期，辽宁重点输水工程成立了由建设单位、监理和施工单位专业技术人员以及外聘专业人员组成的TBM监造领导小组和工作小组，负责设备制造期间相关协调及设备制造质量总体把控工作。

3.3 TBM工地现场组装管理

TBM现场组装管理也是TBM采购小组工作内容之一，采购小组参与了各台TBM现场组装全过程管理。

在现场组装阶段，重点检查TBM组装专项方案制订及落实情况、TBM组装质量及组装进度、调试及试运行情况等，发现设备组装、调试、步进、始发过程中存在的问题，及时提出并予以解决。同时，协助承包商做好与设备供货商技术服务支持的协调沟通工作。

3.4 TBM设备运行管理

为加强TBM施工管理，确保工程顺利进行，TBM服务组负责8台TBM设备运行过程中的监督、管理工作，同时也为承包商提供设备运行、保养、维护方面的技术支持及协助。TBM服务组主要有预防和管理、技术支持、设备故障应急处理3项职能。

3.4.1 预防和管理职能

1)定期或不定期地对8台设备的使用、维护、保养情况进行检查、监督，及时发现设备使用过程中存在的问题。

2)了解各承包商在设备运行过程中人员配备情况以及相应人员的技术能力和技术水平，及时发现问题。

3)收集设备日、周、月的运行记录，编制设备运行报告，并对设备运行情况进行统计、对比、分析，及时发现存在的问题。

4)收集、整理相关掘进数据，分析影响TBM施工效率的主要因素，向承包商提出有针对性的意见、建议，不断提高TBM设备的掘进效率和设备的综合利用率，以及现场施工管理水平和施工效率。

5)督促各承包商定期进行设备用油的油样检测，保证及时发现设备隐患，并予以消除。

6)对各备品备件仓库的备件储存情况进行检查、跟踪，根据设备运行情况，对可能需要的配件做出初步预判，保证备件储备品种齐全、数量充足，发现有缺、断货情况，督促承包商或设备制造厂家及时订购、补充库存。

7)配合监理公司对设备使用情况进行监督和管理。

3.4.2 技术支持职能

1)在设备采购过程中，采购小组从有利于工程施工的角度出发进行TBM总体设计，发挥集中采购优势，推动技术进步，通过与TBM供货商交流、沟通，采用了McNally系统、50.8 cm(20英寸)滚刀、刀盘Trimay耐磨板、新型主轴承密封结构、滑板式步进装置等多项新技术、新工艺，且多项技术在国内尚属首次应用。新技术、新工艺的应用，保证了TBM施工快速、高效，对工程总工期目标实现提供了有力保证。

2)组织开展TBM和各专项设备的技术培训，确保设备操作、保养、维护的及时、准确，提高设备完好率和利用率。

3)协调解决TBM施工过程的技术问题，提供有力的技术保障。

4)组织专家有针对性地研究、分析、解决设备掘进过程中遇到的复杂施工方案。

5)做好设备运行情况的监督、管理及TBM原始运行数据的统计与分析，积累TBM施工各项基础数据。

3.4.3 设备故障应急处理职能

1)通过设备巡视，及时发现设备故障隐患，并提供解决、处理方法和措施。

2)协调设备供货商专业人员协助承包商查明故障原因、制订解决方案，并指导承包商维修人员完成故障处理。

3)组织相关人员共同研究、解决TBM设备运行过程中遇到的难点、疑点问题，保障TBM设备高效稳定运行。

4)遇重大、难以解决的技术难题时，邀请国内知名TBM专家召开专题会议研究解决方案。

TBM服务组不定期组织建设、监理及施工单位TBM管理人员、设备供货商对全线TBM设备运行情况进行全面巡视，重点检查各设备运行、保养、维护情况及现场施工管理情况。通过巡视，各承包商管理人员学习到了其他承包商成熟、先进的施工经验和管理模式，发现了各自在施工及管理方面的不足，同时也可以发现其他承包商存在的问题，并及时提醒，起到扬长避短、取长补短的作用。

TBM服务组及时、准确地了解和掌握各台TBM设备运行的详细情况和影响设备掘进效率发挥的主要因素，有针对性地向承包商、监理及建设单位提出改进、整改的意见和建议，保证TBM设备效率最大程度发挥。

3.5 刀具管理

对于前2 km掘进，辽宁重点输水工程采用了由设备供货商按开挖单位石方刀具消耗单价承包的方式进行，由供货商在现场建立刀具修理车间、提供修理设备、配备维修人员、组织刀具及刀具配件供应。前2 km的刀具费用已包含在TBM设备采购总价内，每掘进1 km结算1次。

对于2 km以后的刀具，在TBM招标阶段，也已要求供货商提交了开挖单位石方的刀具消耗承包单价，土建施工合同约定由承包商选择、由供货商按承包单价供货或承包商自行采购刀具。辽宁重点输水工程大部分承包商选择了由供货商承包的方式。

为保证刀具及刀具备件的足量储备和及时供应，TBM服务组每半月对各刀具车间刀具及刀具备件库存情况进行一次全面清点，并对订货和到货计划情况进行检查，避免了刀具供应不及时而影响设备掘进的问题。同时，对掘进过程中发现的刀具质量、装配、维修等问题，组织召开专题会议，分析问题产生的原因，研究解决方案。

3.6 配件管理

充足、齐全的备品备件储备是TBM设备正常运行的保证。

对于前2 km掘进所需备件，在TBM招标阶段，供货商提交了单台设备消耗备件的单价及最高消耗额度，并承诺如实际消耗不超过此最高额度时，按实际消耗备件单价进行结算；如超过此额度，则由供货商自费补充所需备件。

对于2 km以后掘进所需备件的储备，鉴于每家供货商均中标2台以上TBM，经过与供货商就备品备件储备的方式、储备品种、备件补充、结算等的协商与沟通，确定了由供货商与各施工承包商联合建立备品备件统筹库的储备方式。按照国产配件、消耗和损坏可能性较大的A类进口配件、不易损坏但一旦损坏交货期较长的B类保障性进口配件的不同分类，分别储存于供货商管理的工地现场仓库、供货商工厂仓库和就近的保税仓库，并根据现场使用情况，适时进行补充和调整，以保证配件储备品种齐全、数量充足、供应及时。

3.7 重大技术方案研讨、论证

在TBM试掘进阶段，针对设备运行过程中发现的一些问题，特别是共性问题、较突出的质量或功能问题，如多台TBM存在的喷射混凝土系统无法满足施工要求、钢拱架安装器施工效率低下以及个别设备存在的刀具超耗、刀盘连接螺栓断裂、刀盘焊缝开裂、主轴承外密封失效等问题，TBM服务组组织设备供货商、承包商、监理，聘请科研院校的技术专家，进行现场检查、鉴定，召开专题技术论证会议，分析问题产生的原因，研究制订解决方案及预防措施，保证设备问题得到及时处理、解决。

TBM施工阶段，在遭遇较大、重大技术难题时，如TBM1遭遇较大涌水，TBM2设备通过ygf441大断层，TBM8掘进通过F64断层带特别是卡机脱困，TBM3通过ygf429、ygf425断层以及顶拱部位钢筋排施工、侧拱特别是撑靴部位塌方的应急处理等，TBM服务组组织承包商、监理，必要时聘请技术专家，召开技术方案研讨论证会议，分析问题产生的原因，研究制订解决方案或施工预案，有效保证了TBM设备良性运转，未因设备或地质问题造成TBM较长时间停机。

4 结论与讨论

本文通过对辽宁重点输水工程8台TBM采购与施工过程管理经验进行总结，提出了TBM集群化施工项目建设单位进行TBM采购、运行、配件供应、技术服务、设备维护维修等集中统一管理的模式。辽宁重点供水工程通过该模式的集中管理，建立了TBM运行情况沟通、汇报机制，建设单位及时了解、掌握各台TBM运行情况，TBM管理水平、设备掘进效率不断得以提升，TBM利用率基本保持在40%以上的较高水平，部分TBM利用率连续几个月达到50%～60%，确保了项目建设的顺利进行。该管理模式具有一定的借鉴意义和推广价值。

通过对该管理模式总结，尚有以下问题需要进一步研究解决： 1)如何将该管理模式与项目管理有机结合，实现TBM集群化施工工程的进度、造价、质量、安全、合同、变更等一体化项目管理； 2)如何提高TBM集群化施工工程的项目管理信息化水平，建立信息化智能管理平台，实现建设单位、监理、承包商以及设备供货商的信息共享，提升管理效率和管理水平。

随着我国基础设施建设事业的蓬勃发展，大型水利、铁路、公路等工程项目会越来越多，隧洞施工将是这些工程施工的主要部分，TBM应用也将越来越多。目前国内已有多个TBM集群化施工的建设项目已经开工或即将开工建设，新疆ABH及EH 2期工程、内蒙古引绰济辽、大瑞铁路、川藏铁路以及南水北调西线工程等，均有多台TBM同时施工，特别是新疆EH 2期工程，同时采用18台TBM进行隧洞掘进，针对这些工程项目，开展TBM集群化施工项目管理模式研究，具有非常广泛的应用和推广价值。结合后续TBM集群化施工项目，进行更深入、更进一步的研究与推广应用，将会极大提高工程建设管理水平，为保证工程建设目标的顺利实施提供有效的技术支持手段，具有良好的管理效益，由此所带来的直接和间接经济效益也将是巨大的。