盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化管理的實(shí)踐與創(chuàng)新

王 勇 劉 澤

(中鐵二局集團(tuán)有限公司，610031，成都//第一作者，教授級高級工程師)

我國的城市軌道交通建設(shè)已進(jìn)入一個新的快速發(fā)展時期，截至2017年底，我國大陸33個城市、161條軌道交通線路投入營運(yùn)，總運(yùn)營線路長度達(dá)4 712 km；在建線路228條，總線路長度達(dá)5 636 km。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國城市軌道交通隧道工程85%以上采用了盾構(gòu)(或隧道掘進(jìn)機(jī))施工。目前，市場對建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，必須通過創(chuàng)新驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，以技術(shù)創(chuàng)新為基石促進(jìn)管理創(chuàng)新。通過創(chuàng)新將建筑工業(yè)化、信息化、綠色施工等理念融入盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)構(gòu)件部品化、作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)高效化和決策科學(xué)化，將有助于推動盾構(gòu)施工高質(zhì)量發(fā)展。

本文通過對盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化管理的一些創(chuàng)新做法，探討盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化管理的實(shí)踐與創(chuàng)新，提出盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化管理的重點(diǎn)創(chuàng)新方向是將建筑工業(yè)化理念和信息化新技術(shù)深度融入盾構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)全過程，加快盾構(gòu)施工設(shè)備智能化改造，建設(shè)數(shù)字化工廠、智慧工地，推進(jìn)綠色建造，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工高質(zhì)量發(fā)展。

1 將建筑工業(yè)化理念融入盾構(gòu)施工，提升施工質(zhì)量和效率

建筑工業(yè)化憑借設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品化、施工機(jī)械化和管理科學(xué)化的特征為實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)綠色、高效和可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了重要條件[1]。可將建筑工業(yè)化理念融入盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，在盾構(gòu)管片工廠化預(yù)制、臨時設(shè)施構(gòu)件裝配化、施工機(jī)械智能化改造等方面進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)施模數(shù)化設(shè)計(jì)和加工制作、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，以提高構(gòu)件部品加工質(zhì)量，降低成本，提升盾構(gòu)施工效率。

1.1 臨時設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

城區(qū)盾構(gòu)作業(yè)場地通常都比較狹窄，而盾構(gòu)機(jī)和配套設(shè)施體積較大，如何合理規(guī)劃設(shè)計(jì)盾構(gòu)施工場地，將臨時設(shè)施構(gòu)件裝配化以便于安裝、拆除和重復(fù)利用，是臨時設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的重點(diǎn)。為此，將盾構(gòu)作業(yè)場區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，對盾構(gòu)管片存放、周轉(zhuǎn)材料存放區(qū)等實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化布置；創(chuàng)新盾構(gòu)管片存放支架，設(shè)計(jì)了專用支架；采用型鋼焊接，與管片接觸面采用橡膠襯墊，以保護(hù)管片；管片架與地面采用鋼筋固定，保證支架的穩(wěn)定性；盾構(gòu)管片存放支架采用工廠化生產(chǎn)，安裝和拆卸快捷方便，可周轉(zhuǎn)重復(fù)利用，極大提高了支架的利用率。盾構(gòu)作業(yè)場地標(biāo)準(zhǔn)化布置見圖1，盾構(gòu)管片存放支架見圖2。

圖1 盾構(gòu)作業(yè)場地標(biāo)準(zhǔn)化布置

圖2 盾構(gòu)管片存放支架

在盾構(gòu)隧道內(nèi)對管線和走行系統(tǒng)作出了一些創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化布設(shè)，將“一纖二道三水三電”和走行系統(tǒng)分別設(shè)置在盾構(gòu)隧道兩側(cè)，位置固定，提升了盾構(gòu)隧道內(nèi)的整潔美觀性(見圖3)。用于固定盾構(gòu)管線的定型掛鉤、水管抱箍連接式鋼管、鍍鋅鋼板整體沖壓走道板、槽鋼軌枕、管片存放專用支架等均采用模數(shù)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、集中制作，以降低成本，確保加工質(zhì)量，提高臨時設(shè)施部件的周轉(zhuǎn)利用率。

盾構(gòu)隧道的電力系統(tǒng)采用扁鐵定型加工掛鉤集中掛設(shè)固定；照明燈具采用LED(發(fā)光二極管)燈帶，掛于掛鉤最上方，順次再掛設(shè)光纖、照明電纜、洞內(nèi)施工動力電纜、盾構(gòu)高壓電纜等。

盾構(gòu)排水系統(tǒng)水管采用抱箍連接式鋼管，可分節(jié)安裝，方便安拆、堆放和運(yùn)輸。為便于區(qū)分水管用途，水管上涂以不同顏色，其中循環(huán)水管為黃色、污水管為暗紅色，表面再配以文字標(biāo)明用途和水流方向。

盾構(gòu)隧道內(nèi)走行系統(tǒng)中的走道板采用鍍鋅鋼板整體沖壓成型，反向排孔增加結(jié)構(gòu)剛度，并分塊制作，極大地提升了走道板的防滑、耐用性。布設(shè)后的走道板美觀、便于清洗。

盾構(gòu)隧道軌道系統(tǒng)水平運(yùn)輸采用43 kg/m鋼軌，定制槽鋼軌枕；軌枕與軌道采用卡槽連接，限位牢固可靠，免螺栓安拆，安裝和拆卸方便快捷，極大地減輕了維護(hù)工作量。

圖3 盾構(gòu)隧道“一纖二道三水三電”和走行系統(tǒng)布置

1.2 盾構(gòu)管片工廠化預(yù)制

應(yīng)基于建筑工業(yè)化理念構(gòu)建盾構(gòu)管片自動化生產(chǎn)線，從場區(qū)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)流程、養(yǎng)護(hù)、場內(nèi)試驗(yàn)、出場等環(huán)節(jié)，將機(jī)械化、自動化、智能化、信息化和綠色理念融入盾構(gòu)管片生產(chǎn)全過程，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)管片預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提升盾構(gòu)管片預(yù)制的質(zhì)量和效率。

自動化生產(chǎn)流水線應(yīng)充分考慮管片預(yù)制模具、鋼筋制作、混凝土拌制、管片澆筑線及管片蒸汽養(yǎng)護(hù)線的匹配。鋼筋制作采用數(shù)控彎曲以提升機(jī)械化智能制作水平。管片預(yù)制生產(chǎn)線的行走系統(tǒng)(包括驅(qū)動、行走及牽引)、蒸汽養(yǎng)護(hù)線行走系統(tǒng)(包括驅(qū)動、行走及牽引)和橫移系統(tǒng)(含橫移小車、定位裝置)應(yīng)體現(xiàn)自動化和智能化?；炷涟柚撇捎妹撥壥秸駝悠脚_(振動平臺采用專用橡膠減振塊，當(dāng)模具進(jìn)入振動平臺時車輪會脫離軌道懸空，振動能量不會影響車輪和模具的使用壽命，模具小車可自行進(jìn)入振動平臺、自行脫離振動平臺)。預(yù)制管片蒸汽養(yǎng)護(hù)采用碰撞式蒸養(yǎng)室門和溫控系統(tǒng)。為精確控制蒸養(yǎng)室的溫度，提高蒸汽養(yǎng)護(hù)效果，蒸養(yǎng)室采用PID(比例積分微分)控制模式。

1.3 提升盾構(gòu)施工機(jī)械化和智能化水平

在常規(guī)盾構(gòu)機(jī)械化作業(yè)基礎(chǔ)上，通過技術(shù)創(chuàng)新，提升了盾構(gòu)渣土運(yùn)輸、盾構(gòu)隧道洞內(nèi)運(yùn)輸、泥漿處治等長期制約盾構(gòu)作業(yè)進(jìn)度的難題。

創(chuàng)新應(yīng)用渣土皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)，盾構(gòu)出土實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、全程自動化控制，極大提升了出渣效率。渣土運(yùn)輸系統(tǒng)由水平運(yùn)輸系統(tǒng)和垂直夾帶輸送系統(tǒng)組成，包括水平螺旋輸送機(jī)、洞內(nèi)水平皮帶機(jī)、垂直夾帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)(橫向皮帶機(jī))等裝置。皮帶機(jī)的機(jī)尾搭在盾構(gòu)機(jī)臺車上，渣土通過盾構(gòu)機(jī)的皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)到連續(xù)皮帶輸送機(jī)上，輸送到始發(fā)井，然后通過垂直夾帶輸送機(jī)直接傳輸?shù)降孛嬖脸?。在傳統(tǒng)電瓶車出渣模式中，當(dāng)出渣斗車滿載時，盾構(gòu)必須停止掘進(jìn)，待滿載渣土的電瓶車行至道岔處，另一輛空倉的渣土車再開進(jìn)至出渣口，此時盾構(gòu)才能繼續(xù)推進(jìn)，這一過程耗時至少要30 min。采用渣土皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)極大地降低了勞動強(qiáng)度和運(yùn)輸成本，提升了出土效率，提高了盾構(gòu)長距離掘進(jìn)速度，較傳統(tǒng)電瓶車出渣模式節(jié)省了時間，且更加節(jié)能環(huán)保。

開發(fā)應(yīng)用超級電容車水平運(yùn)輸系統(tǒng)大幅提高了出渣車的重載大坡道運(yùn)行的安全性能。超級電容車具有充電速度快、使用壽命長等特點(diǎn)，且在動力、荷載等方面優(yōu)勢明顯。超級電容出渣車無需配備備用電池，充電時間短，可利用出渣車在隧道井口停歇時間快速充電。

推廣應(yīng)用真空抽漿系統(tǒng)清除盾構(gòu)泥漿，可提升盾構(gòu)作業(yè)文明施工水平。針對盾構(gòu)掘進(jìn)過程中盾構(gòu)車架及隧道內(nèi)泥漿特性，研制了一種具有高實(shí)用性、高效率的真空抽漿系統(tǒng)，提高了盾構(gòu)隧道文明施工管理水平。該系統(tǒng)操作簡單、維修方便，替代了傳統(tǒng)意義上的純?nèi)斯で謇怼?/p>

1.4 推進(jìn)綠色施工實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國，建筑業(yè)、制造業(yè)和交通行業(yè)已成為三大資源消耗大戶，也是污染排放的大戶[2]。通過對盾構(gòu)施工工藝、技術(shù)、模具的優(yōu)化與持續(xù)創(chuàng)新，可提高資源利用率，節(jié)能減排，推動綠色施工和可持續(xù)發(fā)展。通過對超級電容車水平運(yùn)輸系統(tǒng)、渣土皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)、泥水分離設(shè)備、污水處理等進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，以及革新傳統(tǒng)施工工藝，對走道板等模具進(jìn)行裝配化設(shè)計(jì)、工廠化制作，將綠色施工貫穿盾構(gòu)施工全過程，踐行綠色發(fā)展理念。

2 將信息化融入盾構(gòu)施工，助推盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化

信息化以其高知識性、技術(shù)性和智能性等特征為盾構(gòu)作業(yè)實(shí)現(xiàn)管理規(guī)范化、流程標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)高效化和決策科學(xué)化創(chuàng)造了有利條件。推動信息化、智能化與盾構(gòu)傳統(tǒng)施工融合，助推盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化，已成為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工高質(zhì)量發(fā)展的重要選擇和迫切需要。

通過開發(fā)應(yīng)用二維碼技術(shù)、多終端物資信息化管理系統(tǒng)、盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、BIM(建筑信息模型)等信息化技術(shù)，搭建盾構(gòu)施工信息化、智能化管理平臺，以信息化手段促進(jìn)管理效能的全面提升，打造“標(biāo)準(zhǔn)、智慧、創(chuàng)新、綠色”的數(shù)字化工地。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步研究基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的海量數(shù)據(jù)分析，提供更符合實(shí)際的水文地質(zhì)環(huán)境和理論模型，結(jié)合盾構(gòu)遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、BIM技術(shù)、數(shù)字化掘進(jìn)系統(tǒng)，開發(fā)基于人工智能算法的掘進(jìn)參數(shù)的預(yù)設(shè)以及智能調(diào)整的掘進(jìn)平臺，以規(guī)避盾構(gòu)高風(fēng)險工程作業(yè)風(fēng)險，提升盾構(gòu)施工安全與效率。

2.1 開發(fā)應(yīng)用盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

通過開發(fā)應(yīng)用盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了公司所有盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)(推力、扭矩、速度、轉(zhuǎn)速、土壓、油溫)的及時采集、發(fā)布與實(shí)時監(jiān)控。通過手機(jī)App及時推送盾構(gòu)作業(yè)參數(shù)異常信息，及時啟動預(yù)警，可在第一時間發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可對關(guān)鍵參數(shù)、綜合參數(shù)，以及導(dǎo)向異常、管片姿態(tài)、地表沉降、設(shè)備管理與維護(hù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，通過收集、整理、統(tǒng)計(jì)、分析盾構(gòu)施工相關(guān)數(shù)據(jù)，形成盾構(gòu)施工技術(shù)總結(jié)，為類似地質(zhì)環(huán)境盾構(gòu)施工提供參考。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，BIM技術(shù)在建筑全生命周期的精細(xì)管理上優(yōu)勢明顯，不僅能實(shí)現(xiàn)各參與方在建筑全生命期對同一信息模型的數(shù)據(jù)共享，而且能為建筑工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障。BIM技術(shù)作為一種全新的理念及系統(tǒng)性方案，在建筑行業(yè)受到廣泛關(guān)注和認(rèn)可，隨著建筑產(chǎn)品資源庫的逐步完善，BIM 技術(shù)將在綠色建筑的大數(shù)據(jù)時代發(fā)揮重要作用[3]。

基于盾構(gòu)管片預(yù)制和盾構(gòu)施工作業(yè)全過程工序特點(diǎn)，引進(jìn)開發(fā)BIM施工協(xié)同管理平臺，深度應(yīng)用BIM技術(shù)提升盾構(gòu)施工信息化水平，助推盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的快速落地。將BIM技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)施工場地規(guī)劃布置、三維建模、圖紙優(yōu)化、可視化交底、施工模擬、施工協(xié)同管理等施工全過程，通過建立盾構(gòu)掘進(jìn)施工模型，細(xì)化各地層盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，優(yōu)化盾構(gòu)施工工藝，強(qiáng)化風(fēng)險工程預(yù)控，提升盾構(gòu)施工作業(yè)的安全性和效率。

2.3 二維碼技術(shù)應(yīng)用

在物資管理、臨電配電箱、試件、技術(shù)交底等環(huán)節(jié)采用二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料可追溯性，方便現(xiàn)場快速查閱技術(shù)交底書等技術(shù)資料，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、無紙、可追溯化管理。

配電箱創(chuàng)新采用快速接頭，避免了“一閘多機(jī)”等違規(guī)現(xiàn)象。同時，采用二維碼技術(shù)，授權(quán)電工掃碼操作，其他人員可通過掃碼查看臨電安全負(fù)責(zé)人、電工操作證、巡視檢查記錄等，既規(guī)范了臨電管理，也方便操作。配電箱快速接頭及二維碼技術(shù)應(yīng)用見圖4。

圖4 配電箱快速接頭及二維碼技術(shù)應(yīng)用

2.4 開發(fā)應(yīng)用多終端物資信息化管理系統(tǒng)

倉庫物資管理運(yùn)用超市管理理念，開發(fā)應(yīng)用多終端物資信息化管理系統(tǒng)。手持掃碼終端掃描出入庫中對應(yīng)物資唯一的識別條形碼，將物資出入庫數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫后，該物資方可出入庫，提高了物資管理效率。通過手機(jī)端、電腦端軟件，工區(qū)和物資管理人員可隨時查看物資庫存數(shù)量，設(shè)置物資庫存報警信息，避免停工待料。

2.5 VR(虛擬現(xiàn)實(shí))漫游及安全體驗(yàn)

結(jié)合VR眼鏡實(shí)現(xiàn)動態(tài)漫游。設(shè)計(jì)VR安全體驗(yàn)軟件，模擬真實(shí)場景下的安全事故，同時結(jié)合VR眼鏡，讓體驗(yàn)者更加逼真地體驗(yàn)高空墜落、坍塌、物體打擊、觸電、爆炸、機(jī)械傷害、火災(zāi)等場景，提高工人對安全事故的感性認(rèn)識，自覺提高安全意識。

2.6 人臉識別門禁及儲物柜

采用智能門禁系統(tǒng)，進(jìn)出人員通過人臉識別、指紋識別、智能卡進(jìn)入閘口，屏幕顯示作業(yè)人員信息。智能儲物柜可儲存安全帽等小件隨身物件，通過人臉識別進(jìn)行存取。

3 通過管理創(chuàng)新，提升盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化管控水平

科學(xué)的管理是落實(shí)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化管理的關(guān)鍵，為此，在盾構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理方面開展了一些探索。一是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工地掛牌評比管理。制定標(biāo)準(zhǔn)化工地掛牌評比管理辦法，明確標(biāo)準(zhǔn)，對滿足標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行掛牌，舉行授牌儀式，管理過程中不達(dá)標(biāo)時實(shí)施摘牌，形成“掛牌光榮、摘牌可恥、無牌平庸”的良性競爭氛圍，進(jìn)一步鞏固和提高現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化管理意識，弘揚(yáng)先進(jìn)，樣板引路。二是實(shí)施盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量專項(xiàng)獎勵機(jī)制。制定質(zhì)量專項(xiàng)獎勵標(biāo)準(zhǔn)，將盾構(gòu)成型質(zhì)量中拼裝錯臺錯縫標(biāo)準(zhǔn)提升至5 mm以內(nèi)，以無碎裂、無滲漏等質(zhì)量管控要素為核心，對實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的成型隧道實(shí)行專項(xiàng)獎勵，提升全員質(zhì)量意識。三是實(shí)行安全、質(zhì)量和環(huán)境工分兌換管理制，激發(fā)全員安全管理主動性。為夯實(shí)現(xiàn)場安全、質(zhì)量、環(huán)境管理，鼓勵作業(yè)人員參與安全、質(zhì)量和環(huán)境的管控，開展作業(yè)人員安全、質(zhì)量和環(huán)境工分制，對發(fā)現(xiàn)、消除不同隱患作業(yè)人員對應(yīng)獎勵相應(yīng)面值工分票。工分票可兌換相應(yīng)等價物品，并與自動售賣機(jī)兌換結(jié)合，從而調(diào)動全員參與安全、質(zhì)量和環(huán)保管理的積極性，激發(fā)全員安全管理主動性。四是采用安全教育視頻交底。結(jié)合盾構(gòu)施工各個工序安全特點(diǎn)，利用動漫等形式生動形象地展示垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、管片拼裝等安全教育，闡述作業(yè)工序的風(fēng)險點(diǎn)及風(fēng)險控制措施，列舉工序施工事故案例等。作業(yè)工人從應(yīng)付安全教育到愿聽、會聽、想聽，取得了明顯的效果。

4 結(jié)語

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，盾構(gòu)施工將面臨更加復(fù)雜的環(huán)境，市民對環(huán)保的期望更加強(qiáng)烈，各方對盾構(gòu)施工的標(biāo)準(zhǔn)和要求也更加嚴(yán)苛。因此，必須通過技術(shù)和管理的持續(xù)改進(jìn)與創(chuàng)新，融入信息化、智能化的先進(jìn)技術(shù)和管理理念，創(chuàng)新工藝和模具，對機(jī)具進(jìn)行智能化改造，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理，建設(shè)綠色、智慧型工地，進(jìn)一步推動盾構(gòu)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。