杨庆辉， 周雁领， 齐梦学， 郭惠川
(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆400700)
摘 要：随着我国隧道建设的发展，作为先进施工设备的隧道掘进机(TBM)近年来在我国得以推广并达到一定规模。纵观TBM施工项目，绝大多数是采用全新设备施工，再制造TBM的应用极少，远远落后于国际平均水平。透过再制造TBM的应用现状、应用前景，认为有必要合理加大再制造TBM在我国应用的推广力度，促进TBM施工市场的科学发展，并且具备可行性。分析我国再制造TBM未能合理应用的原因，认为质量是否可靠是大家关注的重点因素，从设备适应性、再制造方案、过程控制、监造、验收整改等方面探讨再制造TBM质量控制措施，以充分发挥TBM价值、降低其应用成本，同时有助于推动刚刚起步的自有品牌TBM制造业的进步。
关键词：TBM；再制造；质量控制
收稿日期：2015-01-19
作者简介：杨庆辉(1983—)，男，工程师，主要从事TBM维护与管理工作 323248866@qq.com
DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.02.001
中图分类号：U455.31
文献标识码：A
文章编号：1672-3953(2015)02-0001-05
Abstract: With the development of the tunnel construction in our country, the boring machine(TBM),as a kind of advanced construction equipment,is widely popularized on a certain scale in recent years.Taking a historical look at all the TBM-built projects in the past, we find that most of the projects use the wholly-new TBMs,there being few cases of re-making TBM. The number of the cases of re-making TBM at home is far behind the international average.Having considered the present application situation and the prospect of the application of re-making TBM,we consider it necessary to promote the popularization of the application of re-making TBM in China and scientifically push forward the development of the TBM construction market only because it is really feasible to do so.Upon the basis of analyzing the causes of the failure in reasonably popularizing the re-making of TBM in China,it is found that the reliability of the quality of the re-made TBM is the key factor most customers focus their attention on.Thus,the quality control measures for re-making TBM are explored in detail in the paper respectively from the angles of the adaptability of the machine,schemes for re-making TBM,process control,the supervision of the re-making process,acceptance, rectification,etc.It is sincerely hoped that a full play will be given to all the value of TBM,the cost of applying TBM will be brought down and the development of our own brands of home-made TBM, at its beginning stage,will be effectively promoted.
在发达国家，TBM法已经成为隧道施工的首选工法，国内隧道工程仍以钻爆法施工为主，随着国内经济技术发展水平的提高、劳动力成本上升、长大隧道需求量的增加，以及隧道建设条件的制约，TBM法正在得以推广。目前我国在建隧道工程中硬岩掘进机(以下称TBM)应用数量达20～30台，绝大多数为全新设备，隧道贯通后TBM实际工作时间甚至达不到设计寿命的一半，如果没有后续工程，大量TBM的闲置将会造成自然老化和技术落后带来的有形磨损与无形磨损，损失非常惊人 [1]。
国外对于经过维修、改造后的TBM，定义为“Rebuild TBM”，即“再制造TBM”，国内习惯称之为“二手设备”。本文结合工程实践，分析国内外再制造TBM的应用现状以及国内利用率低的影响因素，总结国内以往工程施工中再制造TBM应用的经验与教训，探讨再制造TBM推广应用的意义与质量控制措施，展望再制造TBM应用前景，以期引起隧道建设、设计、审批、施工、TBM制造相关部门/单位的重视，充分发挥造价高昂的TBM的价值，避免和减少固定资产流失，降低TBM应用成本，促进TBM施工技术在我国的科学发展。
国外TBM应用时间较长，从1952年第1台真正意义的硬岩TBM开始，经历了60多a的发展，掘进机技术已经非常成熟，并且积累了设计制造、施工、成本管理、再制造等一整套科学理论，全新及再制造TBM都得到了很好的应用。据调查，近年来某公司在每年生产的35～50台TBM中，将近有70%可以通过恢复性维修成功实现旧件翻新，该公司世界各地许多TBM的服役时间大都超过了预期寿命 [1]。根据某TBM制造商近40 a的生产销售业绩，经不完全统计，702台次应用过程中，以全新TBM投入使用的236台次，占33.6%，再制造TBM为466台次，占66.4%；按照掘进长度统计，有44%的隧道是采用全新TBM投入施工的，56%是采用再制造TBM施工的 [2]。
TBM引入我国并得以成功应用约20 a，国内建设单位在土建工程招标过程中，往往要求采用全新TBM施工，这是由国内对TBM应用的理解与认知、社会经济等因素综合决定的，造成了固定资产的浪费。据不完全统计，截至2011年，国内35台次TBM施工中，有13台次采用的是再制造TBM，其中6台次是未改变开挖直径的以维修为主的再制造，再制造工作量相对较少，远远低于世界平均水平 [2]。
通常情况下，全新TBM设计寿命为25～30 km，但由于建设大环境、工程条件、施工技术及管理等因素的影响，全新TBM在单项工程中很难全寿命施工，因而在隧道贯通后全新TBM会保有较多的剩余价值。随着我国社会经济技术发展水平的提高、长大隧道需求量增加及其工程环境和条件的变化、劳动保护意识的不断加强、劳动力成本的增加，TBM在我国隧道工程中的应用越来越多。如前所述，若大部分工程都要求采用全新TBM，工程竣工后就会造成大量TBM闲置，长期闲置将导致固定资产贬值、社会资源浪费。因此，从建设节约型社会的角度，非常有必要充分利用TBM全寿命的使用价值、充分发挥固定资产的效能。
按照大型设备资产管理办法，TBM设备折旧有两种方式，即年限法和工程量法。如果采用年限法，以应用较多的直径8～10 m的TBM为例，其设备资产原值约为1.5～2.5亿元，折旧年限为10 a，若单项工程TBM掘进长度10～15 km，TBM使用时间约25～50个月，远远达不到其折旧年限；如果采用工程量法，TBM折旧寿命为25～30 km，单项工程隧道贯通后，TBM实际折旧量同样远远低于折旧寿命。对于尚未完全计提折旧的大型设备，需要投入资源存储和维护保养，闲置期间每台TBM每年发生的费用将达到数百万元。根据《水利工程概预算补充定额(掘进机施工隧洞工程)》，直径8 m的开敞式TBM，围岩抗压强度50～100 MPa，掘进成本中TBM折旧费为5 169元/m [3]，如果单项工程中TBM掘进长度为15 km，则摊销的TBM折旧费为7 753.5万元，只能占TBM原值(按18 000万元计算)的43%。尚未完全计提折旧的TBM固定资产净值、资金成本、维护费用、存储费用等，对企业来说负担沉重，造成企业资金流动困难和资金利用率低下，不利于企业的发展。因此，如何尽快充分利用TBM全寿命的价值、合理摊销、及早完成TBM折旧费的计提工作，对企业发展是一项非常重要的工作。
结合前述国外TBM应用现状，从国外TBM制造商的总体业绩中可以看出，再制造TBM的应用数量远大于全新设备数量。按照设计寿命，很多完成几公里或十几公里的TBM设备，工程完工后绝大多数部件仍保有可观的富裕寿命，可以直接再次使用或维修改造后使用。再制造TBM投入新项目，既能使设备充分发挥作用，又能节约设备投资、更好回收设备投资；与同期全新设备制造周期相比，再制造TBM的制造周期可缩短4个月以上。可见，再制造TBM本身具有很强的市场竞争力，但在我国的应用水平明显偏低。因此，有必要采取措施推广再制造TBM在我国的科学应用。
我国自有知识产权TBM的研制工作刚刚进入实质的制造与应用阶段。中国铁建重工集团牵头，浙江大学、中铁十八局集团等单位共同研制的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机于2014年12月27日下线，将用于中铁十八局集团承建的吉林省中部城市引松供水工程 [4]，施工实践还有很长的路要走。TBM再制造过程中取得的经验和成果，对于改进国产TBM设计制造与应用大有裨益。
随着社会经济的不断发展和工业技术的进步和提升，再制造的技术可行性已经获得了广泛的认可，再制造技术已经在部分工业领域获得长足的发展和应用。TBM属于量体裁衣式的定制设备，通用性差，在我国的应用刚刚得以推广，对TBM的理解和认识不够深入和全面，这必然会制约再制造TBM的推广。
调查发现，国内应用的再制造的TBM的施工效果大多不理想。如重庆轨道交通工程采用的2台基于单护盾的复合式再制造TBM、多台改造的复合式土压平衡盾构机，每个月平均掘进进尺不到300 m，与450 m/月的计划进尺存在较大差距；新疆吐库二线铁路中天山隧道采用的2台?8.8 m的敞开式再制造TBM，在刚完成整修后的2008年，每个月平均进尺约400 m，但是之后的进度明显下降，整个工程平均月进尺为200 m左右。
以上采用再制造TBM的几项工程掘进进度不理想，制约工程进度的原因多种多样，不同的地质情况、掘进长度、地理环境、设备能力等都会对进度造成较大的影响，深入分析后发现，再制造TBM设备质量问题是工程进度迟缓的关键影响因素。
重庆铜锣山隧道使用的再制造TBM由国外专业制造商负责再制造，中天山隧道采用的TBM由国内施工单位组织全面整修和改造。前者，在工地施工过程中，发现再制造阶段质量控制较差，存在较多需要维护、维修、改造、更新的设备或部件没有采取合理的方案与措施，甚至工地组装调试时就出现了主轴承大齿圈断齿和密封泄漏的问题，掘进过程中又出现了主驱动损坏及密封泄漏等诸多问题，必然会严重影响工程进度与成本。后者，从第1年掘进进度来看，TBM再制造的质量控制似乎较好，但也无法排除再制造质量不佳的事实，因为后续掘进进度表现很差；虽然受工程地质影响较大，但由于工期、成本、认知水平与决策等因素的影响，导致再制造过程中未结合新技术对一些关键部件如刀盘、主轴承密封等进行全面的检修和翻新/更新，部分设备质量控制不到位，导致后期故障率高；例如刀盘，进行了较为全面的整修，而没有充分结合刀盘现状以及后续工程的计划掘进长度、地质条件彻底更新并消除原设计固有的缺陷，导致新工程后期刀盘刀具故障频繁，刀具消耗、刀盘维修成本大大增加，影响了整个工程的进度与成本。
综上所述，无论谁负责实施TBM再制造，质量是再制造TBM能否成功应用的至关重要的因素，将直接影响工程的成败。
再制造TBM在我国的应用较少，社会认可度低，往往认为再制造就是进行简单改造和修复。美国再制造研究先驱者Lund Robert T.教授在1984年对“再制造”的定义是：再制造是将耗损的耐用产品恢复到既能用又经济，经过拆卸分解、清理检查、整修加工、重新装配、调整测试的全生产过程 [5]。我国学术界的定义是：再制造工程是一个以产品全生命周期设计和管理为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，来修复或改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称 [6]。通俗地说，再制造是一种对旧产品实施高技术修复和改造的产业，针对的是主体相对完好、性能明显下降的设备或零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析论证的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列先进制造与修复技术，使再制造产品质量达到或超过原来的新品。国内TBM主要应用于长大隧道，建设、设计、施工等工程建设相关单位对再制造行业了解、认识不到位，普遍认为再制造TBM作为二手设备可靠性差、施工中的风险远远大于全新TBM，因而在土建工程招标文件中往往要求采用全新TBM。
TBM是非标产品，不同厂家的设计理念、设计制造标准、专有技术以及TBM工程环境差异等原因，给再制造带来更多困难，特别是非原制造商承担再制造任务将耗费更大成本。
再制造，并非简单维护保养和维修，TBM作为先进的大型施工机械，再制造过程中还会存在部分功能和/或设备升级，其成本必然相对较高，虽然与全新TBM相比具有明显优势，但结合普遍观念中二手设备性能明显下降、工效明显较低的观点，相对高昂的再制造成本不易被广泛接受。
以上几个因素是相互影响相互制约的，例如为了降低成本，再制造过程中部分设备、系统维护保养、修复改进、更新不彻底，将影响整机性能，相应的也会影响再制造TBM的应用效果。
推广应用再制造TBM意义重大，首要的问题是采取一系列措施确保再制造TBM具有可靠的质量和优良的性能。只有这样，才能为再制造TBM在工程实践中顺利施工创造条件，才能促进再制造TBM的合理推广。
TBM属于定制大型施工设备，在选用再制造TBM之前，首先需要根据开挖直径、支护类型筛选可供选择的旧机；对于筛选入围的设备，需分别充分调查其在前续工程的设备性能、制造标准、工程对象、地质条件、施工业绩、施工中存在的问题以及现状等，结合后续工程的地质条件、施工环境、开挖直径、初期支护或管片衬砌要求、施工图、施工组织、进度计划等进行专业分析、对比论证，分析TBM原设计功能与性能、设备配置等与新工程需求的匹配程度，初步估算再制造工作量、时间、成本等，进行再制造TBM可行性以及工程适应性评估，选定原型机。
经可行性和工程适应性论证、确认采用再制造TBM并选定原型机后，进一步对选定TBM原型机的现状进行深入调查，组织专家和专业人士对各个系统和关键部件的现有性能进行综合评价，明确关键系统和部件的状态，结合新工程的条件和要求，拟定再制造TBM的功能需求与技术性能，针对不同系统和部件分别选用维护、维修、改造、改进、更新等措施，系统制定再制造技术方案、计算再制造工期、核算再制造成本，反复论证优化，最终确定合理的再制造方案。
方案的合理性控制至关重要，一定要充分结合设备现状、新项目的工程地质条件、工程量。例如中天山隧道采用的TBM已经承担过2项隧道工程施工任务，由于工期、成本方面的影响，刀盘仅进行了恢复性维修和部分改进，加之后期围岩条件恶劣，导致刀盘质量明显下降，在一定程度上影响了TBM的顺利掘进。事后总结分析，当初如果投入更多的工期和成本，对刀盘进行彻底更新，设计制造全新刀盘，从刀盘主体、刀座、刀具、刮渣板、耐磨层等方面全面提升刀盘性能，使结构与配置更合理、质量更可靠，估算施工工期能减少2 a以上，经济效益和社会效益将非常显著。因此，TBM再制造技术方案合理、工期科学、投入成本匹配，结合良好的过程控制，保证再制造TBM的质量，才能达到顺利施工的目标。当然设备的性能要求以满足工程施工需要为前提并预留一定的裕量，这就要求在设定设备性能和质量标准时，必须由经验丰富的专家和专业技术人员对工程的复杂性做出正确的预判，并提出合理标准。
美国波士顿大学Lund Robert T.教授曾指出：“再制造者的声誉和其最终成功几乎完全取决于再制造产品的质量 [5]”。由此可见，产品质量是发展再制造业的关键所在，同时也是再制造TBM能否获得成功的关键。针对如何做好再制造过程中的质量控制，Lund Robert T.教授认为：“在再制造过程中，必须采用全数检验 [5]”。再制造过程中质量控制的内容主要包括工艺控制、措施控制、执行力控制、过程中的质检等。在TBM再制造过程中建立合理严格的组织机构和制度，制定质量控制管理办法和检验标准，明确人员分工和职责，并严格落实于再制造全过程，同时对再制造过程中发现的不合理方案，及时提出并整改。
TBM再制造过程中的质量控制主要包括如下几个方面：①建立完善的质量保证体系；②以自检自控为主，参与再制造的作业人员精细操作，严格执行工序标准，并结合具体工作内容提出改进意见和建议，经设计部门同意后实施；③专业质检，指定专门的质量检验监督工程师，对每一道工序进行质量控制，按检验标准进行检验，如发现整修质量问题，强令返工，直至达到整修质量标准；④原材料质量控制，板材、型材、配件、单项设备等，严把进厂质量控制关，必须经检验合格后方可投入使用，严禁使用不适用、不合格的配件。
设备监造是一个监督过程，涉及整个设备的设计和制造过程。因此，TBM再制造之前首先应该制定详细的监造计划及进行控制和管理的措施，明确监造单位、监造过程和监造人员，如果本单位无法胜任监造工作的，可以委托专业的第三方进行监造。监造人员必须具有相应专业技术和丰富的经验，熟悉监造的任务和监造重点，熟练掌握监造设备合同技术规范、生产技术标准和工艺流程等，具备质量管理方面的基本知识并严格执行相关标准和要求，严格工序质量控制，质检到位。
监造内容主要包括设计方案审查与生产过程监督两个方面，需要制定详细的验收标准和要求，对设备的性能和质量，尽可能的采取可量化的标准进行规定，可以根据工程需要和技术可行性规定具体工况下应该达到的标准，在工厂预组装、调试与试运转过程中进行检验，无法完成的可以在试掘进和掘进过程中进行验证。
目前再制造的模式主要有施工单位独立制造、TBM制造商制造和施工单位与制造商联合制造等几种模式。根据TBM原型机来源、维修改造范围和深度、改造难度、后续工程需求、再制造经济指标等因素，综合评估确定再制造模式。如果施工单位自身技术能力、经验较强且配套设施完善，可以独立完成；否则应委托或联合制造商共同实施。
如果委托制造商实施TBM再制造，则事前要考察其信誉、技术能力、业绩、地理位置、技术人员的素质等综合因素，确保再制造的质量和现场服务的质量。
再制造TBM的推广应用是大势所趋，需要从国家、行业以及企业层面全方位提供相应的政策与决策支持，建设、设计、审批、施工、监理、制造商等工程相关方正确认识再制造TBM的本质及其性能，按照工程需求科学选择TBM来源(全新/再制造)，在保证工程施工的前提下优先选用适用的原型机实施再制造，辅以科学合理的质量保证体系、保障措施、验收控制，必然会促进再制造TBM的合理应用与科学发展。
唯有质量可靠，再制造TBM才能得以推广应用，同时还需要从各环节综合努力，以取得良好的工期、经济和社会效益。①结合工程需求，有条件时应优先合理选择再制造TBM；②TBM设计制造系列化，同一台设备经少量改造可以适应一定范围内的隧道建设；③隧道断面设计标准化，避免人为因素造成造价高昂的TBM通用性差，无法充分发挥固定资产的价值；④不论制造商还是施工单位承担TBM再制造任务，都应该特别重视再制造质量控制，不能因为节省投资而忽略质量，否则必然严重影响工程进度与安全、企业自身的社会信誉；⑤树立全寿命综合管理理念，在TBM设计制造、使用、维修保养、再制造的循环过程中，努力提高和保证其性能、适应性、寿命及可靠性，降低TBM在隧道建设中的摊销成本和消耗成本，在工程实践中证明采用再制造TBM能够显著缩短工期、降低造价，这样才能促进TBM应用的良性循环、科学发展。
参考文献
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[4]唐爱平,向奇志,麻成标.国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机下线[EB/OL].[2014-12-28].http://www.hn.xinhuanet.com/2014-12/28/c_1113800548.htm
[5]Robert Lund T.Remanufacturing:the experience of the USA and implications for the developing countries[M].Washington:World Bank,1984:31
[6]胡桂平，王树炎，徐滨士.绿色再制造工程及其在我国应用的前景[J].水利电力机械，2001(6)：33-35
On the Application of Re-Making TBM and Our Exploration
into the Quality Control Measures for It
YangQinghui ， ZhouYanling， QiMengxue ， GuoHuichuan
(The Tunnel Engineering Co. Ltd. of the 18th Bureau Group of China Railway,Chongqing400700,China)
Key words: TBM；re-make；quality control
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