城市轨道交通盾构施工管理模式创新及实践

汪玉华   张良

（中铁工程设计咨询集团有限公司）

摘要： 盾构施工机械化程度高、专业性强，施工过程中需要精通机械、电气、液压、土建等多种专业的综合技术及管理人员，但由于我国盾构施工起步相对较晚，且近几年城市轨道交通的迅猛发展，造成盾构施工及设备管理方面专业人员稀缺，同时现有的管理模式也不利于专业技术人员的持续培养，造成盾构施工在专业化、精细化、信息化程度方面的不足，给施工带来了很大的安全、质量隐患。宁波市轨道交通在总结了前期经验、教训后，对盾构施工项目管理模式进行了创新，建立了高效的信息化管理模式，通过专业化、精细化管理，进一步强化了过程控制，提高了成型隧道质量，确保了盾构施工安全。

关键词：轨道交通 盾构 管理模式创新  专业化  信息化

The innovation and practice of urban rail transit shield

construction management mode

WANG Yu-hua  ZHANG Liang

（China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd）

Abstract:Shield construction is highly mechanized and professional.Comprehensive technical and management personnel proficient in mechanical, electrical, hydraulic and civil engineering are required in the construction process.But due to shield tunnel construction in China started relatively late, and in recent years the rapid development of urban rail transit,professionals in shield construction and equipment management are scarce.At the same time, the existing management mode is not conducive to the continuous training of professional and technical personnel, resulting in the lack of professionalism, refinement and informatization of shield construction, which brings great safety and quality risks to the construction.After summarizing the previous experience and lessons, Ningbo rail transit innovated the shield tunneling project management mode and established an efficient information management mode. Through specialized and refined management, the process control was further strengthened to improve the quality of shaped tunnels and ensure the safety of shield tunneling construction.
Keywords: rail transit;  shield; management mode innovation; specialization; informatization.

0、引言

盾构法因具有安全、快速、且自动化程度高、风险低等优点，已在国内各大、中城市轨道交通工程中得到了广泛的应用。随着我国经济的的快速发展及城市化进程的加速，城市轨道交通工程建设已进入了一个高速发展时期，盾构法的应用将更加的广泛，很多城市轨道交通工程建设都将面临着几条线、几十台甚至上百台盾构同时施工的局面，给项目建设管理带来了很大的压力，也带来了很大的安全、质量隐患，近几年由于盾构施工引发的安全、质量事故也时有发生，给城市轨道交通工程建设带来了不良的社会影响^[1]。

宁波市轨道交通第二轮建设包括2号线二期、3号线、4号线、5号线一期及宁奉城际铁路共5条线路，区间隧道基本都采用盾构法进行施工，工程规模大、工期紧、任务重。同时宁波市区属于典型的软土地区，广泛分布厚层状软土，具有“高含水量、高灵敏度、高压缩性、高流动性、高孔隙比、低渗透性、低强度”的“五高二低”特点^[2]，且地面河渠密布，盾构多次下穿甬江、奉化江及余姚江等水体，盾构在此地层中施工时，盾构机姿态及成型隧道轴线控制难度相对较大，容易造成管片破损、开裂、渗漏等问题，影响隧道施工质量，地层在受扰动后，强度将会急剧降低，沉降较大，不利于周边建（构）筑物变形控制，也容易引起隧道内涌水、涌砂，施工风险较大，给盾构施工安全、质量控制带来了更大的挑战。宁波市轨道交通在总结了前期经验、教训后，通过对盾构施工项目管理模式的创新，提高了盾构施工专业化、信息化管理水平，进一步强化了过程控制，确保了盾构施工安全、质量。

1、现有项目管理模式存在的问题

现有的城市轨道交通工程在项目建设土建施工阶段通常采用“车站+区间”的综合项目管理模式，即在土建标段划分时，为了减少施工过程中的界面协调问题，沿线路方向按长度或工程规模划分为若干标段，每个标段基本都涵盖有车站和区间工程。随着城市轨道交通工程建设规模的增大，现有的项目管理模式在专业化人员配置及培养、盾构机设备管理及施工过程管控等方面存在着一些问题，不利于项目专业化、精细化管理，给盾构施工带来了安全、质量隐患^[3]。

1.1专业化人员配置及培养方面

目前国内城市轨道交通工程车站施工主要以明挖法为主，由于盾构掘进速度一般都比较快及场地的限制，盾构区间施工通常采用主体结构基本完成的明挖车站端头作为盾构始发、接收场地，因此盾构区间的施工要远晚于车站的施工。在现有的“车站+区间”综合项目管理模式下，不管是施工单位还是监理单位，在项目部组建时，其人员配置上基本都是以车站施工技术、管理人员为主，专业配置上大多以明挖为主，没有配备充足的盾构施工技术、管理人员，且很多人员会一直持续到整个项目结束，造成盾构施工技术、管理人员专业化水准不足，盾构设备管理人员缺乏等问题。同时在盾构施工时，车站施工虽高峰期已过，但大多都处于扫尾阶段，部份管理人员既干着盾构的活，又干着车站的活，存在管理人员分工不明确，身兼数职等问题，不利于盾构施工专业化管理，也不利于专业化人才的持续性培养等。

现在很多施工单位也已意识到了此问题，并成立了盾构施工专业化公司，但由于项目组建完成后，其主要管理人员如项目经理、总工等，一般是不允许中途更换的，而车站施工人员和盾构施工人员往往又分属于不同的专业公司，没有上下级关系，在项目管理协调上面不能做到很顺畅，后期进场的盾构管理人员在项目管理上的话语权也难免会受到影响，造成相关管理制度执行力不够，不利于项目的高效、统一管理。

1.2盾构机设备管理方面

盾构机专用性强、通用性差，可以说是一种专用、非标、甚至是一次性使用的大型施工机械设备^[4]，其适应性直接决定和影响着盾构隧道的施工成本、进度及安全。目前在国内由于城市轨道交通建设规模迅速扩大，盾构机需求也越来越大，生产厂家也越来越多，不同生产厂家盾构机性能也不尽相同。由于城市轨道交通工程受车站距离和标段限制，单个项目的掘进长度一般在1～3Km，国内企业一般又以盾构主轴承寿命作为经济（折旧）寿命，一台盾构往往要经过4～5个项目才达到报废条件，且盾构机购置费用较高，即使达到了折旧年限，一般也是返场大修后继续使用，盾构机正逐渐成为一种反复使用的大型机械设备，同一台盾构机存在着多次转场，被运用到不同的工程项目当中，增加了建设单位的管理难度，建设单位将会面临着所辖线路内存在着不同性能、不同新旧的盾构机，面对复杂的地下施工环境，如过程中把关不严，进场盾构机的运行稳定性、施工可靠性和工况适应性不能得到很好的保证，必将给工程的安全、质量带来隐患。虽然有些城市建设单位对进场的盾构机配置及进场验收程序也有明确的要求，但由于验收人员缺乏盾构机械方面的专业人员，实施过程还是出现盾构机质量把控不严的现象。

同时盾构机作为集光、机、电、液压、传感、信息、控制等多学科技术为一体的特大型设备^[5]，在维修、保养方面也有很高的技术要求，目前绝大部分城市或施工单位的盾构机维保工作一直处于各自组织的状态，由于大多施工单位的工作重点往往放在工程项目本身，从而忽略了对设备的管理、维修使用及保养，牺牲设备保工程进度，导致维修技术保障及质量等方面存在许多问题，例如：缺乏系统科学的维保制度、标准和计划，设备故障率较高，一些盾构设备往往带病运行；缺少专业配套的盾构维保技术人员，一般由盾构操作人员兼任维保工作等。

1.3盾构施工过程控制方面

盾构隧道施工过程是盾构机沿设计轴线掘进的同时，将预制的管片在盾尾内部依次拼装成环形成隧道结构，同时尽量减小施工对隧道周边土体的扰动，确保施工安全。因此，控制盾构隧道轴线偏差、管片质量及土体沉降是盾构隧道施工的几大重要内容。

由于参建的施工单位较多，各施工单位的管理水平及作业人员专业技术水平良莠不齐，一些新进来的单位对当地的地质特性等了解的也并不透彻，如盾构掘进姿态、参数控制不当，精细化管理不到位等，往往会造成盾构隧道轴线偏差过大，管片出现破损、开裂及渗漏 ^[6]，周边环境变形过大等问题，如不能及时得到有效的控制，容易引发安全、质量事故。

目前建设单位大多都无法及时获取所辖线路各台盾构掘进过程中的一些关键信息，如盾构机的姿态、同步注浆量，出土量、土仓压力、推力及成型隧道轴线偏差、管片破损、开裂、渗漏情况等，过程控制比较弱，给施工单位隐瞒或篡改数据创造了便利条件，不利于项目的管理。

2、盾构项目建设管理模式的创新

为了贯彻“全员、全方位、全过程”的安全管理理念^[7]，实现盾构建设管理向专业化、精细化方向的转型，宁波市轨道交通以第二轮建设为契机，对盾构项目建设的管理模式进行了创新。

（1）将盾构与车站分开进行招标

在土建施工阶段将明挖车站与盾构区间进行分开招标，分开管理，选择具有专业实力与施工经验的单位进场施工，并要求配备专业的盾构工程技术人员，确保一线有较高作业水准，同时在建设单位成立专业的管理部门—盾构部，对各盾构标段进行统一管理及协调，实现了建设、监理、施工上、下一条线的专业化管理。

（2）引进专业化的咨询单位

为了弥补自身技术管理力量的不足，建设单位从工程管理需要出发，充分发挥社会资源优势，引进专业化工程咨询单位，成立盾构中心，并由盾构部负责日常的对口管理，以加强自身管理及技术方面的力量。

盾构中心的工作内容主要包括盾构机设备管理、第三方监测及管理、第三方测量及管理、管片精细化管理、风险管控及现场管理及操作人员培训与考核等，并负责盾构施工信息化管控平台的建立与维护。

1）盾构机设备管理

建立盾构机监造及认证，盾构机井下验收，日常维修、保养等相关管理制度；参与盾构机的选型工作并进行适应性评估；对全新盾构机进行监造管理并参与盾构机的出厂验收，协助建设单位对非全新的盾构机进行认证，实行准入制度；参与盾构机井下验收工作，确保盾构始发前设备状态良好；检查并督促施工单位盾构机设备保养工作等。

2）第三方监测及管理

对施工影响范围的测点进行抽检，提供独立、客观、公正的监测数据，并对第一方监测数据进行验证；对施工、监理单位监测管理人员进行交底，对第一方监测单位资质、人员及仪器进行管理，对施工监测方案进行审查并组织专家进行评审，对现场测点进行验收，对日常监测数据及信息报送进行管理等。

3）第三方测量及管理

对交桩点、车站控制点、始发吊篮控制点、盾构机始发几何关系、洞内控制点、成型管片轴线、联络通道里程进行复测；对施工、监理单位测量管理人员进行交底，对施工单位测量人员、仪器及方案进行管理，对线路中心线坐标计算审核等。

4）管片精细化管理

对管片模具进行三维激光扫描，评判管片模具精度是否能满足生产要求；对管片供需、管片厂管片生产质量及管片不合格品处理进行管理；对隧道成型管片质量进行巡查等。

5）风险管控

建立盾构施工风险管理体系，并检查体系在运行过程中的执行、落实情况；对施工单位编制的静态风险评估报告进行审查，并组织专家进行评审；组织监理、施工及第一方监测单位进行联合巡检，编制联合巡检报告；及时整理、汇总和深入分析监测、测量数据及现场巡检、盾构施工参数等信息，判断工点的安全状态，发布预警，并提供风险处置建议等；参与安全风险事故抢险，提供相关技术资料及事故原因分析、事故处置的咨询意见或建议。

6）人员培训与考核

根据现场需求，组织专家对一线管理及作业人员进行培训与考核，对考核合格人员颁发合格证书，并在现场推行持证上岗制度，以进一步提高一线管理及作业人员的技术水准。

（3）构建信息化管理体系

建立盾构施工信息化管控平台，对盾构掘进主控参数，如盾构掘进推力、掘进速度、扭矩、土仓压力、同步注浆量、注浆压力、出土量及盾构姿态进行实时监控，并要求施工单位将每天的地表、管线、建（构）筑物及隧道沉降、收敛监测数据及成型管片姿态测量数据（管片脱出盾尾后连续测三天），监理单位将每天巡查的管片质量信息在规定时间内上传平台，实现了多台盾构、多部门的协同管理，提高了管理的效率及深度。同时盾构中心不定期对上传的数据及信息进行抽查，从根本上杜绝了施工、监理单位的弄虚作假。

3、实施的效果

目前宁波市轨道交通第二轮建设中的3号线一期及宁奉城际铁路土建施工已全部完成，共有15个单圆盾构区间，从现场实施的情况来看效果良好，盾构隧道管片完好率达到93.6%，隧道轴线平偏5cm之内的占比98.9%，高偏5cm之内的占比83.4%，施工期内未发生安全风险事故。

图1   成型隧道管片质量

平偏                              高偏       

图2   成型隧道轴线偏差

4、结论与建议

随着社会的进步及经济的发展，城市轨道交通建设迎来了迅猛的发展，建设规模也越来越大，原有的综合管理模式已越来越不利于盾构施工专业化、精细化管理。通过将盾构项目单独招标，选择具有专业实力与施工经验的队伍进行实施，同时建设单位成立专业的管理部门，并充分发挥社会资源优势，引进专业的第三方咨询机构，以弥补自身人力及技术上面的不足，依托盾构施工信息化管控平台对各盾构标段进行全员、全方位、全过程的管理，实现了盾构隧道施工向专业化、精细化转型，也为我国城市轨道交通建设工程管理提供了新的思路。但由于盾构施工专业性及综合性都比较强，包括的专业也多，目前社会上满足条件的咨询机构还相对较少，因此在咨询队伍的选择上一定要严格把关，选择有经验的咨询队伍是非常有必要的。

参考文献：

[1]安宁.城市轨道交通工程 [M]. 北京：人民交通出版社, 2008.

[2]金淮，刘永勤，吴锋波. 轨道交通工程地质风险作用及控制对策 [J]. 都市快轨交通, 2013, 12(6): 92-96.

[3] 张兴彦. 城市轨道交通建设若干管理问题的研究 [D]. 天津：天津大学, 2006.

[4] 杨路帆. 掘进设备管理的痛点[J]. 工程机械与维修,  2015, 6: 107-110.

[5] 崔连枝. TPM理论在盾构设备管理中的应用 [J]. 铁道建筑技术, 2014（增1）: 426-435.

[6] 郭建鹏. 盾构管片破损原因分析及预防措施[J]. 国防交通工程与建筑, 2013（增一）:76-78.

[7] 朱瑶宏. 宁波轨道交通土建工程初期建设的关键技术［M］.上海:同济大学出版社,2014.