地鐵隧道盾構工程基于單環掘進時長的施工進度研究

摘要：簡要介紹廣州市軌道交通十八號線和二十二號線工程概況，結合該工程某區間盾構掘進施工的實際情況，分析盾構單環各工序時長及其對應關系。通過數據采集和計算得出理論上一天掘進環數，統計分析影響盾構掘進進度的可確定時長因素和不可確定時長的因素。通過預測月度掘進環數和對影響因素的控制措施，達到了加快掘進進度、大幅度降低工程成本和縮短施工工期的目的。

關鍵詞：工序；盾構；單環掘進時長；施工進度

1 工程概況

廣州市軌道交通十八號線和二十二號線工程全部為地下線路，隧道直徑為8.8m，采用盾構機進行施工[1-2]。該線路設置8輛編組市域快線列車，設計時速為160km/h，是全國唯一以地鐵制式運營的市域快線。地鐵十八號線從萬頃沙站起至廣州東站止，全長62.7km，包含9站8區間，其中換乘站8座，平均站間距離為7.6km；地鐵二十二號線從番禺廣場站起至白鵝潭站止，全長30.8km，包含8站7區間，其中換乘站4座，平均站間距4.2km。該地鐵工程所有盾構區間均采用信息化、智能化的視頻監控系統和盾構監控系統[3]，通過這些系統可以快速直觀地掌握盾構狀態、掘進參數等各類數據，指導施工現場操作人員決策，并將收集統計本工程各區間的盾構掘進數據進行分析，得出預期進度指標[4]，為后續盾構掘進施工提供指導。

2 盾構掘進施工進度分析

2.1 盾構單環掘進時長分析

2.1.1 單環各工序時長

盾構單環掘進周期是指從盾構機開始掘進到完成一環管片拼裝的整個過程。由于地鐵隧道水平、垂直作業項目多、戰線長，要使盾構各個單環掘進周期高效、有序的銜接，必須加強科學、高效的施工組織管理，因此需要對盾構單環掘進周期內的各工序進行分析[5]。

排除外界因素后，盾構單環掘進周期的施工項目主要有盾構掘進、管片拼裝、運土車進出洞、出土裝料等4個工序，其所用時長可表示為盾構掘進時長a、管片拼裝時長b、運土車進出洞時長c、出土裝料時長d。管片拼裝時長b包括其輔助作業時長；管片下放和渣土吊出可以在管片拼裝過程中同時進行，不再單獨計算；出土裝料時長d只參與分析不參與計算。

2.1.2 單環各工序時長的對應關系

盾構掘進時長a、管片拼裝時長b可在盾構監控系統中獲取，運土車進出洞時長c可通過分析計算后得出。這里所有各項時長，均為完成單環掘進周期（即一環）所占用的時長。對單環掘進周期內各工序的時長進行分析，其各工序時長的對應關系如表1所示。

由表1可知，在完成管片拼裝的同時，已完成出洞卸渣土、進洞卸管片等水平和垂直運輸工作，即水平垂直運輸不影響下一環最早開始掘進時間。此時一個掘進周期為a+b（min）。每天24h，即1440min，計算每天理論上的掘進環數為1440min/（a+b）。

在完成管片拼裝的同時，運土車不能完成出洞卸渣土、進洞卸管片等水平、垂直運輸工作，即水平、垂直運輸已經影響下一環最早開始掘進時間。此時一個掘進周期為2c+a，即理論上計算每天掘進環數為1440min/（2c+a）。

2.1.3 保證各環連續作業的措施

在實際盾構施工過程中，為了提高盾構機掘進效率，防止單環掘進周期內現2c+a大于a+b的情況，可采取在隧道內安裝岔道的方法，使運土車進出洞水平和垂直運輸不影響下一環開始掘進時間，保障盾構機在掘進過程中的所有各環連續作業。

2.2 計算單環掘進周期

2.2.1 數據采集

將上述單環掘進周期的時長分析結果運，用于廣州市軌道交通十八號線和二十二號線工程某盾構區間地鐵隧道盾構掘進施工之中。其運土車的行走速度為83.33m/min，每環盾構掘進時長a與管片拼裝時長b，均可通過盾構監控系統導出。去除試推階段與拆負環階段等無統計意義的數據，共統計各環掘進時長a和各環拼裝時長b的各347組數據。

2.2.2 數據計算

采用SPSS統計分析軟件通過正態分布T樣本檢驗，計算出置信水平為95%的每環掘進與拼裝信賴時長區間。經過軟件分析后，計算出置信水平為95%的每環掘進信賴時長a的區間為30.64～31.04min；置信水平為95%的每環拼裝信賴時長b的區間47.43～53.89min，即掘進一環的時間在30.64～31.04min之間，拼裝一環的時間在47.43～53.89min之間。該工程正態分布的掘進時間與拼裝時間如圖1所示。

2.2.3 計算結果

由以上分析可以計算出：該地鐵隧道工程在置信水平為95%時，每環掘進周期信賴時長的區間為78.07～

84.93min，一天理論上計算應掘進環數為16.96～18.44環。再根據施工現場實際情況統計由于影響因素產生的總影響時長，用當月的天數扣除總的影響時長，既可得出當月不停機天數，從而得出可預期的月度掘進環數。

3 盾構掘進時長的影響因素統計

經過對該地鐵隧道工程施工現場實際調查統計，可將盾構掘進時長的影響因素分為2種，即可確定時長的影響因素和不可確定時長的影響因素。可確定時長的影響因素主要包括測量、設備強制維保、開倉換刀、日常換班、倒班等；無法確定時長的影響因素主要包括突發設備故障、土方外運、材料、方案手續等。以上2種影響因素均會造成盾構機停機，所產生的停機時間均會延長各環盾構掘進時間。影響因素延長盾構掘進時長統計結果如表2所示。

由表2可知：上述13種影響因素中，序號1～9為可確定時長的影響因素，序號10～13為無法確定時長的影響因素。

4 加快掘進進度的方法

4.1 預測月度掘進環數

通過分析盾構掘進周期和統計盾構掘進時長影響因素，得出每一環掘進周期（時長），從而計算出一天理論掘進環數。通過統計不可預見影響因素及其延誤的時長，計算出每月延誤的天數，從而預測出每月盾構掘進施工的天數和掘進的環數。

4.2 對影響因素的控制措施

在盾構掘進施工過程中，會出現各種不可預見的影響因素，會產生一些不可避免的盾構機停機時長。據此，項目部應制定盾構施工月度考核和超環獎勵機制，通過提高盾構施工班組的技術、管理水平，縮短不可預見影響因素造成盾構機停機的時長，例如將月度不可預見因素造成盾構機停機時長控制在月度不停機天數的iDkywOydFXWh3JAAg9Ed0A==40%以內，即完成月度考核指標。

通過實行盾構掘進施工月度考核與超環獎勵機制，調動施工人員的積極性，做好各工序的銜接工作，盡可能縮短可確定時長影響因素和無法確定時長影響因素的停機時長。利用間隙時間進行盾構機維修保養，減少盾構機故障停機次數和停機時長，提高盾構施工效率。

4.3 實施效果

采取盾構月進度考核和超環獎勵機制等對影響因素的控制措施以來，該地鐵隧道某盾構區間左、右線的掘進進度均顯著加快，創造了本條線路日掘進24環、月掘進497環的最高紀錄，得到總承包部與業主等各方的高度表揚與一致認可，大幅度降低了工程成本、縮短了施工工期，有望提前1個月完成該盾構區間的掘進施工任務。

5 結束語

本文以廣州市軌道交通十八和二十二號線工程某盾構區間為實例，搜集整理了所在區間的盾構掘進影響因素，基于施工現場實際情況和盾構監控系統數據，通過SPSS統計分析軟件進行分析，得出理論上的每環掘進周期即為盾構機的掘進時長與管片拼裝時長之和。通過對施工現場進行影響因素的統計和分析，得出理想掘進環數，為制定月度掘進指標提供了依據。通過制定和實施盾構掘進施工月度考核與超環獎勵機制，調動了施工人員的積極性，促進了盾構掘進施工各項工序向工時省、進度快、質量好的方向發展。

參考文獻

[1] 陶冶，周誠，秦艷.基于掘進參數分析的地鐵盾構施工效率研究[J].施工技術，2016，45（增刊）：416-421.

[2] 李杰，張斌，付柯，等.基于現場掘進數據的復合地層盾構掘進性能預測方法研究[J].現代隧道技術，2019，56（4）：97-104.

[3] 肖薄，羊權榮，何躍川，等.盾構機遠程監控系統在GIS+BIM平臺中的集成開發及應用[J].鐵道建筑技術，2019（8）：1-6.

[4] 薛辛培，張俊杰，王海軍.基于敏感性分析的掘進進度影響因素綜合分析[J].有色金屬工程，2014，4（6）：75-77.

[5] 李饗民，鄧峰.影響盾構施工進度的因素分析[J].建筑施工，2015（33）：177-178.