如何提高盾構機施工效率

曹 暘（ 上海市機械施工集團有限公司，上海 200072)

無錫地鐵 1 號線南延線 01 標包含了一站兩區間，區間工程選用了 2 臺小松土壓平衡式盾構機。盾構主要穿越地層為：③2 層粉質黏土夾粉土，⑤1 層粉質黏土、⑤2 層黏質粉土，⑤3 層粉質黏土，⑥1-1 層粉質黏土，⑥1 層黏土和⑥2 層粉質黏土夾粉土。

盾構區間配備φ6 340 mm 盾構機 2 臺，先后間隔一個月掘進。該盾構機設計總推力為 37 730 kN，額定扭矩為 6 750 N·m，最大脫困扭矩為 8 100 kN·m，盾構機推力、扭矩完全滿足區間盾構掘進所需最大推力、扭矩，具有較高的動力儲備。為確保盾構施工效率，隧道采用大編組配套電瓶車，同時地面還配套 50 t+16 t 2 臺桁車，滿足現場管片、螺栓、油脂等物資垂直運輸。

1 盾構掘進工效情況

無錫地鐵 1 號線南延線 01 標在長雪區間盾構掘進過程中，統計發現盾構掘進效率低，工人勞作積極性不高，具體統計了 2017年5月9日～2017年6月8日連續 31 d 的盾構掘進產量，詳見表1。

表1 盾構掘進產量統計表單位：環

從盾構掘進產量統計表可以看出，連續 31 d 累計掘進167 環，平均進度僅 5.38 環/d，遠遠低于預期掘進平均日產量。針對該情況，立即組織調查分析，對施工記錄仔細核查，統計影響盾構掘進產量的可能原因及具體頻次詳見表2。

表2 盾構掘進產量低因素統計表

根據因素統計表，影響盾構掘進效率的主要問題是“螺旋機出土困難、易堵塞、水平運輸耗時長”，兩項累計頻率已達到 76%，是影響盾構施工工效的主要問題。

2 掘進工效低原因分析

2.1 螺旋機出土困難、易堵塞

核對目前盾構機覆土深度，發現盾構機開挖面完全處于無錫 6 層黏貼地層中，由于無錫黏土黏性大，內摩擦角系數大，給盾構機開挖帶來了一系列的困難。這時候渣土改良技術顯得尤為關鍵，

通過對比盾構機掘進參數，發現盾構機在慢慢切入 6 層土的過程中，刀盤扭矩隨之增大達到 80%，唇口密封溫度達到 60 ℃，盾構機處于大負荷疲勞推進狀態，螺旋機出口泥塊粒徑達到 15 cm，皮帶機上的黏土連成條狀，最長可達2～3 m，螺旋機堵塞頻發，嚴重影響施工工效。

2.2 水平運輸耗時長

長雪區間隧道長 1.2 km，施工中單環開挖量為 37.89 m3，考慮 1.5 的泥土擴散系數，運輸量約為 57 m 3，洞內電瓶車可牽引 4 節 17 m 3 渣車、1 節 8 m 3 砂漿車和 2 節管片車，盾構掘進每循環的出渣進料運輸任務可由一列編組列車完成，目前盾構采用單編組形式，每環掘進時間由推進時間、運輸時間、拼裝時間組成如下：

通常拼裝時間約 20 min。隨著盾構機掘進，運輸時間越來越長，運輸、倒土、放漿、吊管片時間往往就成了影響盾構掘進工效的主要因素。

3 制定措施

3.1 調整分散劑配比

針對本工程出現此類黏土的問題和對其影響因素的分析，我們引進分散劑與泡沫劑配合使用來解決盾構機在施工過程中結泥塊的問題。

根據地質情況的不同，分散劑參數應做相應的調整，包括稀釋倍數、注入時間、注入率等，通過在泡沫劑中摻和不同量的分散劑，統計分解 10 cm 的土體所需要時間，試驗了 1∶10～1∶3 不同濃度分散劑的泡沫，隨著分散劑的濃度不斷增加，泡沫分解能力不斷增加。經研究無錫 6 層黏土在 5∶1 配比的泡沫分散劑混合液分解過程中，分解效率最高，性價比最合理。渣土改良效果統計見表3。

表3 渣土改良效果統計表

3.2 增加岔道，改用雙編組

通過增加岔道，改用雙編組，在掘進的同時，可以完成倒土、管片吊裝、放漿等任務，可以有效提高施工工效，單環可以用時節約 30 min（詳見圖1）。

圖1 工效對比表

3.3 勞務工班激勵

項目部鼓勵積極勞作，對保質保量完成生產任務以及超額完成生產任務的盾構工班進行超環獎激勵（具體措施主要是工班4環保底制度，改至 3 環保底），調動工人勞作積極性，詳見表4。

表4 每班超環獎設置情況

3.4 設備保障

安排專人跟機值班，無間斷24 h值班，盾構機出現故障立即通知值班人員。如有停機修理超過2 h的情況，需要立即通知值班人員，值班人員立即聯系公司盾修部，建立綠色通道，減少盾構機故障時間。

4 結 語

項目部通過改進渣土改良系統、增加岔道提高盾構掘進效率，強化盾構管理，有效提高了工人勞作積極性，盾構日產量由原來5.3環/d 提高至8.7環/d，效果顯著，為項目拿下工期節點打下了堅實的基礎。

通過此次的盾構工效研究總結，成功解決了無錫黏土地層中盾構掘進效率低的問題，現場一線工人勞作積極性得到鼓舞，提高了盾構掘進工效。過程中總結的提升盾構掘進工的經驗，為今后盾構施工控制提供了依據。