寧波市軌道交通建設創新成果與展望

朱瑤宏

（1.寧波市軌道交通集團有限公司，315101，寧波；2.寧波大學建筑工程與環境學院，315211，寧波∥教授級高級工程師）

1 寧波軌道交通概況

1.1 寧波軌道交通概述

寧波，是一座古城，素有“書藏古今、港通天下”的美譽。古老文明為寧波積累了深厚的歷史底蘊，現代文明則使寧波充溢著無限的活力和生機。

城市軌道交通進入寧波市市民生活，從2009年始建至今。線網規劃建造10條線路，全長409 km，放射狀線加環線成網，呈現“一環兩快七射”的軌道交通網絡骨架。截至目前，1號線全線及2號線一期工程已通車運營（見圖1），運營線路長75 km；在建線路5條。預計到2020年，運營線路長度將達到155 km。

1.2 寧波地區概況

寧波軌道交通工程范圍內均為第四紀松散沉積物，地質時代為第四紀全新世Q43～上更新世Q31，屬第四系濱海平原沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成。線路穿越及下臥的土層主要包括：②2層淤泥質黏土、③1層黏質粉土、③2層粉質黏土、④1層淤泥質粉質黏土、④2層黏土、⑤1層黏土、⑤2層粉質黏土、⑤3層粉質黏土等。場地周圍河網較發育，河渠縱橫，沿線穿越多處跨河橋，各土層含水率變化大。

寧波軟土與上海等典型軟土地區的土層性質相比，工程性質更差，尤其是②、④層軟土，具有明顯的含水量高、流動性強、靈敏度高、壓縮性高、抗剪能力差等特點。同時，部分地層⑤1層黏土、⑤2層粉質黏土又具備土質較硬、黏性強的特點，部分工程區域內存在土層軟硬不均的現象。

寧波軌道交通網絡位于寧波平原，屬甬江水系，河渠密布。同時，寧波作為古城，舊城區地面蜿蜒，周邊環境復雜，老舊房屋重大，保護難度大。

1.3 建設技術難點及應對策略

寧波的地域水文地質特點，對軌道交通工程建設造成很大的困難。主要表現在：

（1）復雜的地面環境對站點和線路布置造成了較大的困難。

（2）老舊城區和地面核心區域的動拆遷難度大。（3）基坑工程中，因土體軟弱引起的基坑變形及周邊穩定問題成為軌道交通建設過程中的重大安全風險。

圖1 寧波軌道交通運營線路

（4）盾構施工中，工程施工引起的地面沉降、管片和盾構上浮，以及軸線控制困難等問題，為區間隧道的實施增加了難度。

針對上述巨大的挑戰，通過對軌道交通先進城市的學習、調研和認真分析，寧波軌道交通確定了“以管理創新促生產，以技術創新促發展”的思路，著力從管理和技術創新兩方面入手，開展了一系列卓有成效的工作，總結形成了具有寧波特色的管理和技術創新成果［1-3］。

2 工程建設管理創新

寧波軌道交通在工程建設管理中，明確自身定位，樹立服務意識，從規劃設計層面和工程管理體制層面出發，提出了從源頭抓安全、建立獎懲體系、結構施工安全管控、提高建設安全生產基礎保障能力等措施，針對寧波軌道交通工程建設管理進行了探索和實踐。并從利益分配、重視設計管理和施工隊伍管理、優化教育培訓、推進標準化等方面著力，建立了頗具寧波特色的軌道交通工程管理體系和創新管理體系。

2.1 樹立服務意識

從為工程服務的角度，正確定位建設單位的工作職責。寧波軌道交通所倡導的服務意識，是基于對施工等各參與單位尊重和權利對等的基礎上提出的，簡而言之是要給工程以簡單、純粹的環境。

為了讓施工單位進場后能集中精力抓建設，建設單位將管線改遷、交通疏解、渣土協調、房屋維修等作為自己的服務職責，成立單獨部門進行統籌協調，讓看似雜亂的工作有章可循成為一種做法，有效地促進了現場生產。

2.2 按合理價選擇中標單位

在工程籌建階段，頂住了來自各方的壓力，以杭州灣大橋建設中合理價中標為樣板，制訂了“確保造價，工期合理”的招投標策略并持續至今，從而為參建勘察、設計、施工單位營造良好的經營環境，減少工程建設中的違約風險，進而減少工程建設中因投入不足造成的安全及質量隱患。

2.3 嚴格的管理制度

從無到有，逐漸建立安全及生產管理制度，按照先常規后特殊、循序漸進的思路，在較短的時間里推出了完整、系統的工程管理制度。其設計嚴密、程序清晰、可操作性強。將確定的制度作為管理的依據，使其成為工程管理中的“法律”，是不可觸碰和逾越的紅線，強調有法必依、執法必嚴、違法必究；建立了常態化的監管體系，有效運轉。

2.4 特別的獎懲措施

與寧波市總工會聯合開展了立功競賽活動，設立了安全生產特別獎，將工程建設成果與獎勵掛鉤，根據產值和安全生產目標完成情況，定期兌現獎金，獎勵到位、到人。懲罰措施也同樣客觀有力。獎金由參建單位和個人出資，并由建設單位配套資金。

2.5 人才政策

寧波在軌道交通建設領域是一個后進城市，亟需引進有經驗的施工單位和人才隊伍。因此我們常常打比方：要像選擇親家一樣選擇施工單位，像選擇女婿一樣選擇項目經理。

選得好還要留得住，招標文件設定，更換項目經理的違約金為500萬元，更換總監的違約金為50萬元，實行重典。同時，盡力關心愛護項目經理、總監，給壓力，更給動力，使其愉悅地工作?，F在，大批優秀的項目經理、總監理工程師、第三方監控工程師活躍在工地上，寧波的軌道專家隊伍也就此形成。

2.6 從源頭抓安全

通過不斷總結經驗，整理出從源頭抓安全的思路。具體為：結構安全從設計階段抓，隊伍素質從招標階段抓，安全投入從標價抓，安全行為從教育培訓抓，生產安排從合理節點工期抓。像深基坑工程這樣的重大風險源，除進行安全管理生產條例中規定的安全專項評審外，由建設單位技術管理部門牽頭，組織設計方案和施工方案聯合審查，將結構施工風險提前消除。

2.7“戰區制”建設管理模式

隨著軌道交通線路增加，建設管理任務日趨艱巨。為適應復雜的管理，2016年8月寧波軌道交通實施“四位一體”改革，成立了建設分公司并進行大刀闊斧的機制改革，建立了以項目為核心的“戰區制”管理模式。項目建設部作為“戰區司令部”統一調動資源，各職能部門作為“兵種”負責相應的專業建設，統一服務于工程建設。“戰區制”的建立更好地降低了內耗，減少了各部門、各專業之間的協調，提升了工作效率，也進一步提高了建設管理的專業性。

2.8 招標模式創新

除了建設管理機構的調整，針對技術集成度高、施工難度大的類矩形盾構隧道工程，還創新性地采用了科研、設計、施工總承包的招標模式。由施工企業牽頭，聯合設計、設備制造和科研院校組建實力強大的聯合體共同進行投標。通過施工單位和設備制造單位的研發，獲得類矩形盾構的設計方案和成形設備；通過設計和科研單位的研究，依托管片試制和試驗，獲得類矩形盾構斷面、結構設計和可實施的管片。在整個聯合體中，各參與單位各取所長，通力合作。隨著該招標模式在3號線一期矩形盾構試驗應用，并在2號線二期正式成功應用，為下一步軌道交通重難點項目提供了招標新模式。

從招標階段的合理定位，到進場初期建立共識，再到工程實施的躬身踐行，寧波軌道交通只是走出了第一步。未來任重道遠，作為建設單位要時刻保持管理活力，創新意識還需要再延伸再深化，為進一步實現軌道交通建設的高質量發展添力。

3 工程建設技術創新

科學技術是第一生產力。寧波軌道交通針對建設過程中存在的難題進行了系統的技術攻關。自2009年起，寧波軌道交通開展了專項研究40余項，累計投入科研經費超過6 000萬元；承擔了寧波市科技局專項課題8項，發表學術論文200余篇；獲得浙江省科技進步二等獎2項，上海市科技進步一等獎1項，寧波市科學技術進步獎一等獎3項、二等獎2項，省級以上行業協會獎4項。尤其是類矩形盾構和盾構隧道T接技術，作為創新性技術具有巨大的社會潛力，對行業發展起到了巨大的推動作用。

3.1 軟土基坑修建技術

由于成因及地域性的差異，寧波軟土具有鮮明的特點，深基坑變形特性也有別于其它軟土地區。針對寧波地鐵車站基坑工程施工面臨地質條件差、環境保護苛刻的技術挑戰，在國內外相關研究的基礎上，寧波軌道交通開展了高流變性軟土地層車站基坑修建關鍵技術攻關。在1號線基坑工程，對13個車站地下連續墻深基坑監測數據進行統計分析［4］，從基坑圍護結構水平位移和墻后地表沉降兩個方面對基坑變形特性進行了研究，得到地表最大沉降（δvm）與開挖深度（H）之間關系（見圖 2）。

圖2 地表最大沉降與開挖深度之間關系

通過系統的土力學試驗和變形規律監測，得出了寧波軟土的變形特征和沉降規律，提出了寧波地區深基坑工程變形控制標準，為寧波地區及軟土地區深基坑工程提供指導。開展了施工工藝創新，在全國首創了基坑“三圖四表”管控手段，形成了系統的管理和技術體系，取得了良好的應用效果。寧波軌道交通已完成的100多個大小基坑均安全無事故。

3.2 軟土盾構修建關鍵技術

作為典型的軟土地層，寧波軌道交通盾構施工面臨著隧道軸線控制難、周邊環境保護難和軟土地層盾構隧道沉降防治難等重大技術難題。針對以上問題，寧波軌道交通開展了地鐵盾構隧道修建關鍵技術研究，在盾構施工與軟土變形規律研究的基礎上，開展了軟土刀盤切削工藝及渣土改良技術、同步注漿漿液配比及工藝研究，確定了符合寧波軟土地層特點的施工參數；同時，針對通用環管片的特點開展了盾構施工精細化系列研究，取得了一整套盾構隧道沉降和不均勻沉降的控制和防治技術，以及施工糾偏技術和工藝控制方法，有效保護了周邊環境。

目前寧波已開通的2號線一期地鐵盾構線路，平均沉降≤6 mm，平均收斂≤7 mm，全線無病害。2號線一期地下段盾構區間沉降、收斂數據分別如圖3、圖4所示。

圖3 2號線一期上行線地下段盾構區間（櫟社國際機場站—鼓樓站）沉降數據

圖4 2號線一期上行線地下段盾構區間（櫟社國際機場站—運霞路站）收斂數據

3.3 寧波通用環管片結構關鍵技術

寧波軌道交通采用錯縫拼裝帶凹凸榫槽的通用環管片（見圖5）。管片外徑6 200 mm，內徑5 500 mm，環寬1 200 mm；每環由6塊管片構成，其中含標準塊3塊，鄰接塊2塊，封頂塊1塊。管片間接縫均采用強度等級為5.8級的M30螺栓連接，管片環與環之間采用16根M30螺栓連接。

該管片具有結構剛度大、長期沉降小、收斂變形小、模具統一經濟性好、便于貯存和調配等特點［5］，同時對管片拼裝以及盾構推進提出了較高的要求。

為研究通用環管片結構安全的控制指標，研究寧波軌道交通通用環管片結構在不同工況下的受力機制和破壞行為，開展了基于管片接縫試驗和三環足尺模型的通用環管片結構安全關鍵技術研究（見圖 6、圖 7）。

該研究通過縱縫抗彎試驗、環縫抗剪彎矩傳遞試驗得到寧波通用管片的縱縫轉角剛度、抗剪剛度和強度，以及彎矩傳遞系數等試驗參數［6-7］，并開展足尺破壞試驗以研究管片在施工、設計運營、超載和卸載等極限工況下的受力機制和變形行為，通過極限破壞試驗得到管片的破壞鏈。試驗荷載計算模型見圖8。該試驗中，國內首次開展了三環足尺破壞試驗。

通過試驗和模擬計算，得到管片結構的關鍵設計參數，為管片的設計優化提供了理論依據。通過試驗探明了寧波環縫凹凸榫結構通用環管片整體剛度的機理，在寧波軌道交通4號線開展了管片結構優化試驗，進一步提升了管片結構的強度和剛度。

圖5 寧波通用環管片結構設計圖

圖6 接縫試驗

圖7 三環整環破壞試驗

圖8 試驗荷載計算模型

3.4“陽明號”類矩形盾構的研發與應用

在寧波軌道交通3號線工程中，創新采用科研—設計—施工一體化的管理模式，開發了軌道交通類矩形盾構隧道技術體系。

該技術體系在類矩形盾構法隧道的襯砌結構設計方面，解決了管片設計、結構優化等問題；在類矩形盾構方面，開發了全斷面切削刀盤與驅動系統、殼體鉸接與密封、環臂式拼裝機等技術；在施工技術方面，研究了同步注漿技術、管片拼裝仿真與工藝優化、盾構軸線控制等關鍵技術［8-13］。這一新的技術體系將為我國地鐵建設提供一種全新的單峒雙線隧道類型，以解決都市核心區和老舊城區“地下空間擺不下、鄰近設施碰不起”的普遍問題。

類矩形盾構法隧道在結構效率和空間利用效率方面比較平衡：與矩形斷面相比，占用空間略大，但結構厚度大幅減?。慌c普通圓隧道和單峒雙線大型圓隧道相比，大幅減小了占用的地下空間，但結構厚度略有增加。與21世紀初引入我國的雙圓盾構相比，類矩形盾構法隧道有可能局部區段不設中立柱，空間使用具有更好的靈活性和發展潛力，例如可在區間內設渡線或存車線，亦可作為車站主體的一部分。

出于對經濟性的考慮，常規類矩形盾構區間隧道襯砌采用設立柱的鋼筋混凝土管片 (摻鋼纖維)，設計最大頂覆土厚度＞25 m，限界按B2鼓型車考慮，兼顧A型車要求；特殊段采用鋼或鋼混復合管片后具備取消立柱的能力。類矩形盾構法隧道限界圖見圖9。綜合平衡結構受力要求和管片回轉、拼裝空間，將襯砌環全環分為11塊（見圖10），混凝土管片厚度為450 mm。環間采用錯縫拼裝，管片環、縱向連接分別采用40根M36鑄鐵手孔短螺栓和30根M30斜螺栓，通過A型和B型襯砌環交錯拼裝形成錯縫。

圖9 類矩形盾構法隧道限界圖

圖10 類矩形盾構管片

類矩形盾構技術體系主要應用于城市核心區和老舊城區的地鐵建設。針對這一需求特征，類矩形盾構的總體設計要求和指標如下：①采用土壓平衡模式，外包尺寸為11.83 m×7.27 m，具備淺覆土和超淺覆土施工能力；②最大頂覆土不小于25 m；③最小轉彎半徑＜350 m；④系統性強化沉降控制能力；⑤確保長距離推進的設備可靠性；⑥具有富水軟土地區普遍的地層適應能力；⑦施工效率與普通盾構相當。經試驗工程驗證，類矩形盾構達到了上述指標要求，刀盤、殼體鉸接和拼裝機設計都具有創新性。

與普通盾構和雙圓盾構施工技術相比，類矩形盾構施工既有普遍性也有特殊性，相應施工技術的研究和應用可分為兩個層次。首先，解決新型隧道的基本施工工藝問題，包括軸線和轉角控制、管片拼裝優化、同步注漿等問題；其次，在雙圓盾構施工經驗基礎上進一步提高沉降控制能力，解決好寧波地區盾構隧道普遍存在的隧道上浮問題，以適應實際工程環境。類矩形盾構在施工工藝各環節均得到了有效的把控，地面沉降也得到了很好的控制，總體表現優于同類地層的普通盾構，達到了預期的目的［14-15］。

目前，3號線首條類矩形盾構區間工程已經貫通，類矩形盾構已在4號線及2號線二期工程中成功推廣應用。試驗段沉降情況見圖11。本項目所采用的科研—設計—施工一體化模式所體現的科技成果轉化效率是極高的，其打破設計、施工、裝備制造之間的行業隔閡，找到了從裝備研發入手，高速推動我國地下工程技術邁向世界領先水平的方法。

3.5 盾構隧道T接技術

為了適應地下空間開發要求，減小聯絡通道施工影響，降低施工成本，縮短施工工期，寧波軌道交通對目前國內外聯絡通道施工工藝的優缺點進行了充分分析。為進一步彌補現有施工工藝不足，提出了以微加固、可切削、嚴密封、強支護為基本特點的聯絡通道微加固機械法T接施工技術理念。其主要包含以下核心技術：

（1）盾構隧道區間泵房內置技術。寧波軌道交通開展了專項研究和試驗（見圖12），通過空間集約化的集水池設計和高性能水泵選型，在隧道道床范圍內實現了滿足消防規范要求的區間泵房設置。目前該技術已經在3號線及后續線路中全面應用。

圖11 試驗段沉降情況

圖12 內置式泵房排水試驗

（2）T接隧道結構設計技術。通過結構接縫試驗、理論計算和模擬研究，實現了狹小空間聯絡通道盾構管片接頭、結構及管節結構設計，以及復雜、可變受荷狀態下主隧道盾構特殊管片結構設計和復雜受力結構T接洞門接頭結構的設計。開展了聯絡通道盾構管片及頂管管節防水設計及試驗研究，形成了滿足城市軌道交通工程建設的盾構T接隧道結構及防水設計技術理論。管片結構示意圖如圖13所示。

圖13 管片結構示意圖

（3）集約空間一體化裝備研發。首創集約型模塊化適應性盾構頂管一體機，包含可切削混凝土管片結構的仿形刀盤設計、模塊化盾構頂管裝備整機一體化設計、集約空間適應性聯絡通道裝備整機集成設計、高性能狹小空間管片拼裝系統研發、適應性伺服內支撐臺車及控制系統設計研發。裝備概念圖如圖14所示。

圖14 裝備概念圖

（4）機械法聯絡通道施工關鍵技術。通過狹小空間內的盾構頂管機套筒始發及套箱接收技術，實現了全封閉狀態下的盾構進出洞；配合止水注漿工藝技術研究以及結構的變形支護，達到了微加固狀態下的T接隧道施工。同時，通過研究微加固機械化施工對結構和周邊環境的影響及變形的機理，以及建立數字化和精細化的施工管控體系，形成了符合軌道交通隧道工程要求的T接施工關鍵技術體系，如圖15所示。

（5）首創多環伺服控制全環境結構隧道試驗模擬裝置及試驗理論。為了模擬掘進機真實的進出洞施工過程及過程中隧道結構的受荷演變規律，分析支撐體系的安全性及有效性，設計了可模擬聯絡通道掘進施工的全環境模擬試驗系統，以進行相應的模型試驗。試驗系統采用“站立式”以考慮隧道的自重荷載，最多可實現7環管片的同時加載，以考慮隧道局部受荷情況下的縱向傳遞特性；同時在模型裝置一側開口，可模擬聯絡通道結構的施工過程及受荷過程。全環境模擬試驗裝置見圖16。裝置凈空直徑初步設計為10 m，可滿足目前國內所有常規盾構隧道結構尺寸的試驗要求。

圖15 施工管控體系

圖16 全環境模擬試驗裝置

該技術已在寧波軌道交通3號線聯絡通道工程中成功應用。該工程為目前世界上首次采用盾構法施工軌道交通聯絡通道，工程實施效果良好。

4 思考與展望

“用心求知、躬身踐行”是寧波軌道交通建設者的創新哲學。歷經十載，寧波軌道交通人通過不斷的學習與磨礪，形成了優秀的管理與技術創新成果，諸如“陽明號”類矩形盾構、通用管片技術、內置泵房技術和盾構隧道T接技術等成果的發明為實現寧波軌道交通安全、優質、高效的建設提供了有力的保障。寧波軌道交通建設者用勤勞和智慧繪就了一幅秀美的“十字”畫卷，實現了數百萬寧波市民的地鐵夢。作為軌道交通的后來者，寧波軌道交通建設取得的成績，離不開行業的支持。作為軌道交通和地下工程行業的一員，寧波軌道交通也寄希望于通過自己的技術研發推動整個行業更好更快地發展。

創新是發展的原動力，恰逢我國軌道交通事業快速發展和中國制造業轉型的機遇期，未來的軌道交通建設對新技術、新工藝和與之對應的新的管理理念的需求將更加強烈。寧波軌道交通將立足于矩形盾構與T接技術等成果，繼續深化創新與研究，為行業的發展做出新的更大的貢獻！

參考文獻

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