张元岗 李为强
（中铁上海工程局集团有限公司 上海市 200000）
【摘要】通过对土压平衡式盾构机隧道施工“掘进→拼装→准备”各工序的分析,针对盾构机出土口改造、施工现场场地布置设计、电瓶车组编组等可优化因素，研究安全合理压缩各工序时长、重叠部分工序，总结实现地铁隧道盾构区间快速施工工序优化的方法,为类似城市地铁工程施工积累经验。
【Abstract】Based?on?the?analysis?and?study?of?the?construction?procedure?of?earth-pressure?balanced?shield?machine,?this?paper?summarizes?the?method?of?realizing?the?rapid?optimization?of?the?construction?procedure?of?the?section?of?subway?tunnel,?and?accumulates?experience?for?the?construction?of?similar?urban?subway?projects.
【关键词】地铁 隧道盾构施工 工序分析 设备改造
【Key Words】the?Subway??Shield?Construction?of?the?Subway?Tunel??the?Analysis?of?the?Construction?Procedure??the?Equipment?Upgrading
引言
来自前瞻产业研究院的“城市轨道交通行业市场分析报告”显示，“十三五”期间，新增轨道交通里程超过3000公里，预计到2022年有望超过8300公里。据此推测，“十三五”期间，中国的城市轨道交通投资额约2万亿元左右。正因为有如此巨大市场潜力，各大央企、地方国企、民企纷纷涌入轨道交通项目建设。
使用土压平衡式盾构机施工地铁隧道区间是目前地铁建设中常用的方法。在施工安全、质量保证的前提下，掘进施工进度快慢是施工单位追求工程效益的很大因素，因此，分析进度快慢因素，优化配置，很有必要。
1.盾构施工工序简介及影响工序时间的因素
1.1盾构施工工序简介
土压平衡式盾构施工可以简单的看作是“掘进→拼装→准备”反复循环的过程，其常规单环掘进施工工序详见图1.1 单环掘进施工工序流程图。
依照这种工序施工，土压平衡式盾构机施工隧道进尺1.2m~1.5m所需时间约120分钟。
1.2工序进度影响因素分析
从图1.1 单环掘进施工工序流程图可以看出，影响盾构机不能连续工作的时间中断有以下情况（不考虑设备故障）：
（1）龙门吊大车走行速度，小车起升速度及运距长短距离决定吊卸材料时间快慢，通过优化这些参数，可缩短①、⑧工序时间；
（2）电瓶车组行驶平均速度大小决定运输时间快慢，可缩短③、⑦工序时间，⑤和⑥中的短距离移动影响不大；
（3）电瓶车组的砂浆罐车的砂浆泵的功效决定④-②工序时间长短，④-①加④-③工序时间一般＞④-②工序时间，一般为25分钟左右；
（4）车站内或隧道内布置安装道岔，增加电瓶车编组，可有效缩短运输及准备时间。
因此通过合理设置盾构机参数实现快速掘进拼装，合理设计龙门吊参数（大车走行速度，小车起升速度），合理规划施工现场布置缩短龙门吊运距，合理优化电瓶车组设计参数（平均行驶速度等）可实现工程快速施工。
2.工序进度影响因素深层进一步分析
2.1缩短⑥推进工序时间方法
在掘进工序中有⑥-2、⑥-4等停机移动电瓶车组就位的等待时间，每次复推间隔时间约为2分钟左右；可通过改造皮带机出土口结构形式（参照《一种盾构机连续自动出土系统》），消除盾构机停止螺旋输送机旋转、皮带机停机停止出土、电瓶车组移位碴土斗，盾构机复推等时间。依照此方法⑥推进工序可节省6分钟以上时间。工序优化见图2.1 推进工序优化流程图。
图2.1 推进工序优化流程图
2.2缩短④材料现场准备工序、⑤出土定位工序时间方法
以目前常规电瓶车组单环完成编组（电瓶车组编组示意图见2.2 单环完成电瓶车组编组示意图）举例：
2.2 单环完成电瓶车组编组示意图
45t电瓶车组进入盾构机台车内，1#管片车停在盾构机1#台车前部处，开始卸载掘进辅材和2堆管片，同时连接管道，将砂浆车内浆液抽排至盾构机储浆箱内，即完成④材料现场准备工序，其工序时间一般为25分钟左右。
完成掘进材料卸载后，电瓶车牵引整列车至盾构机台车尾部。7#渣土车停在皮带机出土口下方，通知盾构机司机可以推进，即完成⑤出土定位工序，开始推进。
优化工序方法：
45t电瓶车组进入盾构机台车内，1#管片车停在盾构机1#台车前部处时，使用钢丝绳挂钩连接固定销板，将1#管片车与盾构机1#台车连接为一体，通过断开3#砂浆车与4#碴土车连接——原电瓶车组的连接方式采用连接板加销轴固定模式，现将连接板模式更换为威尔逊车钩连接模式，可快速安全解除3#砂浆车与4#碴土车连接——可实现1#、2#、3#车与盾构机固定为一体，在盾构机前端卸载掘进材料，同时电瓶车牵引4#、5#、6#、7#渣土车至台车尾部开始掘进，待出土完成，电瓶车牵引碴土车至台车前端，使用威尔逊碰钩实现快速连接3#砂浆车与4#碴土车，完成整列编组，驶出台车，缩短工序时间约20分钟。
电瓶车组3#砂浆车与4#碴土车连接断开设计见图2.3 电瓶车组摘钩安全设计示意图：
图2.3 电瓶车组摘钩安全设计示意图
另外，隧道施工中在盾构机台车范围内使用“中转材料小车”（主要转运台车内周转使用的台车轨道牛腿及钢轨等周转材料，“中转材料小车”详见下图2.4中转材料小车实物图 ）可减少电瓶车组的占用时间约3分钟左右。
图2.4 中转材料小车实物图
结束语
通过以上针对设备的改造措施，再结合加强掘进人员的管理，基本可实现100分钟内快速完成一环隧道管片的掘进工作。此类改造应用在杭富线5标2台复核土压平衡式盾构机掘进工程中，大大提高掘进工效，实现单班11环、单日21环的最高产量，创单月最高产量左线382.8m，右线384m优良成绩，得到业主的认可和好评，创造了良好的社会效应及经济效应，对类似盾构施工项目有借鉴意义。
[参考文献]
竺维彬，鞠世健等.复合地层中的盾构施工技术.北京：中国科学技术出版社，2006.4
周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2004
吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，2003.6
中国铁道建筑总公司编著.隧道掘进机施工技术.北京：机械工业出版社，2005.9