地铁隧道盾构工程基于单环掘进时长的施工进度研究

摘要：简要介绍广州市轨道交通十八号线和二十二号线工程概况，结合该工程某区间盾构掘进施工的实际情况，分析盾构单环各工序时长及其对应关系。通过数据采集和计算得出理论上一天掘进环数，统计分析影响盾构掘进进度的可确定时长因素和不可确定时长的因素。通过预测月度掘进环数和对影响因素的控制措施，达到了加快掘进进度、大幅度降低工程成本和缩短施工工期的目的。

关键词：工序；盾构；单环掘进时长；施工进度

1 工程概况

广州市轨道交通十八号线和二十二号线工程全部为地下线路，隧道直径为8.8m，采用盾构机进行施工[1-2]。该线路设置8辆编组市域快线列车，设计时速为160km/h，是全国唯一以地铁制式运营的市域快线。地铁十八号线从万顷沙站起至广州东站止，全长62.7km，包含9站8区间，其中换乘站8座，平均站间距离为7.6km；地铁二十二号线从番禺广场站起至白鹅潭站止，全长30.8km，包含8站7区间，其中换乘站4座，平均站间距4.2km。该地铁工程所有盾构区间均采用信息化、智能化的视频监控系统和盾构监控系统[3]，通过这些系统可以快速直观地掌握盾构状态、掘进参数等各类数据，指导施工现场操作人员决策，并将收集统计本工程各区间的盾构掘进数据进行分析，得出预期进度指标[4]，为后续盾构掘进施工提供指导。

2 盾构掘进施工进度分析

2.1 盾构单环掘进时长分析

2.1.1 单环各工序时长

盾构单环掘进周期是指从盾构机开始掘进到完成一环管片拼装的整个过程。由于地铁隧道水平、垂直作业项目多、战线长，要使盾构各个单环掘进周期高效、有序的衔接，必须加强科学、高效的施工组织管理，因此需要对盾构单环掘进周期内的各工序进行分析[5]。

排除外界因素后，盾构单环掘进周期的施工项目主要有盾构掘进、管片拼装、运土车进出洞、出土装料等4个工序，其所用时长可表示为盾构掘进时长a、管片拼装时长b、运土车进出洞时长c、出土装料时长d。管片拼装时长b包括其辅助作业时长；管片下放和渣土吊出可以在管片拼装过程中同时进行，不再单独计算；出土装料时长d只参与分析不参与计算。

2.1.2 单环各工序时长的对应关系

盾构掘进时长a、管片拼装时长b可在盾构监控系统中获取，运土车进出洞时长c可通过分析计算后得出。这里所有各项时长，均为完成单环掘进周期（即一环）所占用的时长。对单环掘进周期内各工序的时长进行分析，其各工序时长的对应关系如表1所示。

由表1可知，在完成管片拼装的同时，已完成出洞卸渣土、进洞卸管片等水平和垂直运输工作，即水平垂直运输不影响下一环最早开始掘进时间。此时一个掘进周期为a+b（min）。每天24h，即1440min，计算每天理论上的掘进环数为1440min/（a+b）。

在完成管片拼装的同时，运土车不能完成出洞卸渣土、进洞卸管片等水平、垂直运输工作，即水平、垂直运输已经影响下一环最早开始掘进时间。此时一个掘进周期为2c+a，即理论上计算每天掘进环数为1440min/（2c+a）。

2.1.3 保证各环连续作业的措施

在实际盾构施工过程中，为了提高盾构机掘进效率，防止单环掘进周期内现2c+a大于a+b的情况，可采取在隧道内安装岔道的方法，使运土车进出洞水平和垂直运输不影响下一环开始掘进时间，保障盾构机在掘进过程中的所有各环连续作业。

2.2 计算单环掘进周期

2.2.1 数据采集

将上述单环掘进周期的时长分析结果运，用于广州市轨道交通十八号线和二十二号线工程某盾构区间地铁隧道盾构掘进施工之中。其运土车的行走速度为83.33m/min，每环盾构掘进时长a与管片拼装时长b，均可通过盾构监控系统导出。去除试推阶段与拆负环阶段等无统计意义的数据，共统计各环掘进时长a和各环拼装时长b的各347组数据。

2.2.2 数据计算

采用SPSS统计分析软件通过正态分布T样本检验，计算出置信水平为95%的每环掘进与拼装信赖时长区间。经过软件分析后，计算出置信水平为95%的每环掘进信赖时长a的区间为30.64～31.04min；置信水平为95%的每环拼装信赖时长b的区间47.43～53.89min，即掘进一环的时间在30.64～31.04min之间，拼装一环的时间在47.43～53.89min之间。该工程正态分布的掘进时间与拼装时间如图1所示。

2.2.3 计算结果

由以上分析可以计算出：该地铁隧道工程在置信水平为95%时，每环掘进周期信赖时长的区间为78.07～

84.93min，一天理论上计算应掘进环数为16.96～18.44环。再根据施工现场实际情况统计由于影响因素产生的总影响时长，用当月的天数扣除总的影响时长，既可得出当月不停机天数，从而得出可预期的月度掘进环数。

3 盾构掘进时长的影响因素统计

经过对该地铁隧道工程施工现场实际调查统计，可将盾构掘进时长的影响因素分为2种，即可确定时长的影响因素和不可确定时长的影响因素。可确定时长的影响因素主要包括测量、设备强制维保、开仓换刀、日常换班、倒班等；无法确定时长的影响因素主要包括突发设备故障、土方外运、材料、方案手续等。以上2种影响因素均会造成盾构机停机，所产生的停机时间均会延长各环盾构掘进时间。影响因素延长盾构掘进时长统计结果如表2所示。

由表2可知：上述13种影响因素中，序号1～9为可确定时长的影响因素，序号10～13为无法确定时长的影响因素。

4 加快掘进进度的方法

4.1 预测月度掘进环数

通过分析盾构掘进周期和统计盾构掘进时长影响因素，得出每一环掘进周期（时长），从而计算出一天理论掘进环数。通过统计不可预见影响因素及其延误的时长，计算出每月延误的天数，从而预测出每月盾构掘进施工的天数和掘进的环数。

4.2 对影响因素的控制措施

在盾构掘进施工过程中，会出现各种不可预见的影响因素，会产生一些不可避免的盾构机停机时长。据此，项目部应制定盾构施工月度考核和超环奖励机制，通过提高盾构施工班组的技术、管理水平，缩短不可预见影响因素造成盾构机停机的时长，例如将月度不可预见因素造成盾构机停机时长控制在月度不停机天数的iDkywOydFXWh3JAAg9Ed0A==40%以内，即完成月度考核指标。

通过实行盾构掘进施工月度考核与超环奖励机制，调动施工人员的积极性，做好各工序的衔接工作，尽可能缩短可确定时长影响因素和无法确定时长影响因素的停机时长。利用间隙时间进行盾构机维修保养，减少盾构机故障停机次数和停机时长，提高盾构施工效率。

4.3 实施效果

采取盾构月进度考核和超环奖励机制等对影响因素的控制措施以来，该地铁隧道某盾构区间左、右线的掘进进度均显著加快，创造了本条线路日掘进24环、月掘进497环的最高纪录，得到总承包部与业主等各方的高度表扬与一致认可，大幅度降低了工程成本、缩短了施工工期，有望提前1个月完成该盾构区间的掘进施工任务。

5 结束语

本文以广州市轨道交通十八和二十二号线工程某盾构区间为实例，搜集整理了所在区间的盾构掘进影响因素，基于施工现场实际情况和盾构监控系统数据，通过SPSS统计分析软件进行分析，得出理论上的每环掘进周期即为盾构机的掘进时长与管片拼装时长之和。通过对施工现场进行影响因素的统计和分析，得出理想掘进环数，为制定月度掘进指标提供了依据。通过制定和实施盾构掘进施工月度考核与超环奖励机制，调动了施工人员的积极性，促进了盾构掘进施工各项工序向工时省、进度快、质量好的方向发展。

参考文献

[1] 陶冶，周诚，秦艳.基于掘进参数分析的地铁盾构施工效率研究[J].施工技术，2016，45（增刊）：416-421.

[2] 李杰，张斌，付柯，等.基于现场掘进数据的复合地层盾构掘进性能预测方法研究[J].现代隧道技术，2019，56（4）：97-104.

[3] 肖薄，羊权荣，何跃川，等.盾构机远程监控系统在GIS+BIM平台中的集成开发及应用[J].铁道建筑技术，2019（8）：1-6.

[4] 薛辛培，张俊杰，王海军.基于敏感性分析的掘进进度影响因素综合分析[J].有色金属工程，2014，4（6）：75-77.

[5] 李飨民，邓峰.影响盾构施工进度的因素分析[J].建筑施工，2015（33）：177-178.