把脉盾构法施工存在的问题及应对策略(组图)

目前，国内城市地铁隧道施工越来越广泛地使用盾构机，尤其是上海、广州和北京等城市地铁隧道采用盾构法施工非常普遍，其他城市如深圳、南京、天津、成都、杭州和西安等城市也在地铁隧道施工中采用盾构法施工。

由于广泛使用盾构法施工，国内盾构施工水平也在不断提高，盾构施工工法正在日趋成熟。但是，目前国内盾构施工和管理上还普遍存在一些突出的问题，这些问题直接影响隧道的施工安全、工程质量及施工进度，并影响工程项目管理，本期我们探讨盾构法施工中存在的问题及解决方法。

把脉盾构法施工问题及应对策略

本期嘉宾

杨晓强：西安市地下铁道有限责任公司

吕善：中铁十五局集团有限公司

汪茂祥：中国航空技术国际工程公司

盾构选型误区及策略

周馥隆：盾构法施工较一般的隧道施工工法具有更强的针对性，即盾构机本身与工程之间的适应性，什么样的工程条件决定了需要什么样的盾构机。因此在盾构法施工当中，盾构机的选型问题非常突出，选型成功与否，直接决定着掘进施工的成败。

目前，市政、城建、中水等企业采用盾构法施工的发展趋势明显，但是这些企业对于盾构机及盾构法施工的认知不足，难免在设备选型方面存在误区，请大家就这方面的问题谈谈自己的看法。

杨晓强：由于盾构机制造厂商对盾构法施工地域的基础地质、工程地质、水文地质等状况认识不足或了解不够，对地貌、地面建筑物及地下管线、建筑物调查不够充分，因而所生产盾构机对部分地质的适应性较差，如存在硬岩或复合地层中盾构机刀盘上的滚刀配置数量偏少，开口率较小等问题。

此外，盾构机刀盘的驱动功率、扭矩及耐磨性等储备不足，个别厂商的产品螺旋输送器轴焊接强度不够，叶片耐磨性差等，在特殊地层中掘进困难，存在施工风险。

特定地域的地质特点与盾构机功能匹配不够完善，如盾构机在全断面砂层或砂砾石地层中施工时，其渣土改良装置加工及存储量小不能满足使用要求等。

杨晓强认为，盾构机选型时要认真研究使用地域的地质特点和工程难点，使之与地质状况匹配

吕善：盾构机主要用于城市地铁建设，由于国内各个城市地铁隧道直径不同，导致同类型的盾构机不能通用。此外，有些施工企业对盾构法施工、尤其是对于盾构法和地质构造结合选型认识不足，对于选择泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机没有统一的认识，往往最终选择的盾构机不能完全适应当地的地质条件，或者经济性不高。

汪茂祥：现在国内经常出现施工单位把自己在某个城市进行盾构法施工所掌握的关键技术和总结的成功经验运用于另一城市的盾构法施工，没有认识到盾构法施工是由地质条件决定的，误认为盾构法施工可以通用。在施工中，照搬以前的施工技术和经验，照抄以前的施工参数和掘进模式，造成施工安全无法保证，最终导致工程质量不合格、施工效率低下等情况。

周馥隆：上面这些问题是由多方面原因引起的，施工企业除了需要提升盾构法施工的技术水平外，还需要在哪些方面做出努力？

版权声明：本稿件为《工程机械与维修》杂志独家向第一工程机械网供稿，如需转载请务必标明原稿出处及作者，违者必究！

选型需量体裁衣

杨晓强：产生以上问题的原因是多方面的，由于盾构法施工是个复杂的系统工程，不能简单地从某一方面进行分析，要解决这些问题，就得根据其产生的根源进行分析。

首先，盾构机选型需根据施工对象“量体裁衣” 或“量身定做”。施工对象即施工环境，是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线、建(构)筑物等特征的总和，其特征要和盾构机功能相匹配，这也是盾构机的设计准则之关键所在，因此在盾构机选型方面，要认真研究盾构机使用地域的地质特点和工程难点，使之与地质状况匹配。

其次，盾构机的设计使用寿命为掘进10 km或主轴承运转10 000 h，应用于地铁工程的盾构机在设计方面不仅要适应某一标段地质状况，还需尽量适应该地域的大多地层，以满足盾构机在使用周期内针对不同标段有相对稳定的配置或较少的改造等。

再次，盾构机在刀盘功率、扭矩和耐磨性等方面要有一定的储备系数，螺旋输送器要有较高的耐磨性等，以满足特殊地段盾构法施工需要。

最后，盾构机设计工程师要深入盾构机使用地域，了解已投入使用的盾构机产生的一些突出问题，并加强设计联络工作，改进并优化设计方案。

标准制定迫在眉睫

吕善：目前国内地铁隧道盾构法施工没有直径标准，这也制约了盾构机形成标准化生产。建议国家有关部门能够尽快出台盾构法施工隧道直径标准，统筹规划地铁隧道施工市场，避免盾构机闲置，造成资源浪费。

此外，泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机各有优缺点和各自适应的工况，但因地下地质条件复杂，很难抉择，只能选出最优方案。为选出能适应大部分地层的盾构机类型，在选型前要做详细的补充地质勘探，地质资料越详细越便于盾构机选型，因为盾构机都是根据某标段地质量身定做。另外，进行盾构机选型的时候，要召开专家研讨会，进行科学合理选型。

吕善建议国家有关部门能够尽快出台盾构法施工隧道直径标准

施工经验为参照

汪茂祥：施工企业应避免将某一城市盾构法施工完全应用于另一城市盾构法施工，当施工单位初次来到某城市进行盾构法施工时，要深入了解该城市的工程地质和水文条件，如有兄弟单位在该城市已积累了盾构施工经验，可以虚心请教并慎重引用。此外，还应根据已勘察的地质条件和地铁施工规范要求，制定详细的盾构法施工方案和各种应急预案，并对施工方案进行细化和分解，设定盾构法施工的各项参数，确定盾构机掘进模式，严格按照制定的方案和设定的参数进行施工，切记不能生搬硬套以前在其他城市已总结出来的盾构法施工经验。

盾构法施工应回避劳务外包

周馥隆：目前工程基本上都采用劳务外包模式，随着各地地铁建设的高速发展，对于盾构机的需求也在增加，这样导致很多施工企业也采取劳务外包的模式，由于外包单位施工能力良莠不齐，严重影响到了施工质量。

汪茂祥：盾构法施工包括盾构机操作、材料运输及管片拼装等。由于盾构机操作是工程施工的关键，直接决定了隧道的施工质量，是技术含量很高的工作，所以由施工单位技术人员来担任。材料运输及管片拼装等工种因技术含量不高，普通工人经培训后能较快地胜任工作。因此，施工单位出于自身利益的考虑，盾构法施工实行劳务外包，将隧道按每延米一定的价格即总价包干这种形式分包给一个劳务包工队，由包工队进行人员组织和施工管理，但这种劳务外包弊端很多。

首先，包工队和盾构机操作人员容易产生矛盾。盾构机操作人员是施工单位的技术人员，包工队是外包队伍，操作人员和包工队不属于同一单位，在施工中容易出现工作意图不一致、做法不统一等现象。盾构机操作人员需要根据施工情况不断地给包工队发布指令，但包工队考虑到自身利益和执行指令的困难程度而不按要求执行或拒不执行，这样隧道内所有施工人员不能积极有效配合，难以形成统一的整体，结果影响隧道正常施工和工程进度。

其次，劳务队伍人员不足。由于劳务外包是总价包干，包工队为了节约成本，往往减少施工人员，配备的施工人员数量不足，尤其是管片拼装人员不足时，不仅会使拼装手的劳动强度加大，而且会使管片在拼装过程中出现错台、错缝和管片碎裂等质量问题，直接影响隧道质量和施工效率。

周馥隆：劳务外包对于施工企业来说已经是普遍模式，但是对于诸如盾构法施工这种专业性强、情况复杂的施工作业，是否应该回避采用劳务外包这种模式？

汪茂祥：我赞同你的观点，在盾构法施工时，不应实行劳务外包。劳务人员应由施工单位根据需要自行招聘，认真进行岗前培训，考核合格后上岗，并根据盾构法施工特点实行定岗定员，通过科学组织，合理配置，组建一支专业素质合格、属于施工单位自己的劳务队伍。该队伍应听从盾构操作人员指挥，认真执行其工作指令，服从其管理，彼此默契配合，实现高效率施工。

施工过程中存在的问题及应对策略

周馥隆：盾构法施工在设备选型、承包方式上大家都提出了存在的问题，并给予了很好的解决建议。而真正能够体现施工能力和施工效果的还是盾构施工的过程管理，大家对这方面有哪些看法？

专业人才不足

杨晓强：由于目前国内市场盾构机保有量超过400台，施工企业盾构机需求量迅速增长，专业管理人才不足，技术力量相对薄弱，操作人员水平参差不齐，维修力量跟不上等是目前盾构施工中存在的突出问题。

盾构机操作人员对施工区域的地表建筑物，管线，地质状况，施工重、难点，风险点认识不足，掘进参数设置不合理，是造成许多事故或隐患的主要原因之一。操作人员执行掘进指令不严格，施工中遇到的突发事件处理不当或经验不足，造成了掘进姿态超限和地面沉降报警等问题。

盾构机维修保养技术力量不能满足盾构法施工需要，对存在的故障不能及时排除，造成停机或设备带病作业，甚至影响工程工期等。

管片设计不合理

吕善：盾构法施工涉及多个环节，目前主要有3个问题值得关注，一是注浆质量的控制，无论以压力或注浆量进行控制，还是以压力和注浆量双指标控制，都很难保证管片背后所注的浆液是饱满的。同时背后注浆效果没有特别好的检测手段进行检测，很难保证在地铁运营期间不漏水或者产生其他问题。二是管片设计不合理，未能充分考虑实际情况。三是地质勘探不准确，以及对地质的认识存在误区或判断不明确。因为地质情况千变万化，不可能每隔1 m钻一个探孔进行分析。即使1 m钻一个探孔，隧道断面大，左面和右面有时也会有很大差异。此外，因为受个人的地质知识和施工经验限制，每一位操作人员对地质的认识上也存在差异。所以地质工程师需要加强学习，并在施工中积累资料不断总结经验，因为有时候对地质的一个误判，可能导致盾构机卡在隧道内，要花很长的时间去处理，费工费力。

管片拼装人员和盾构机操作人员分离

汪茂祥：盾构隧道是由预制管片逐环连接形成，管片拼装是由管片拼装人员在盾尾空间内操作完成的。由于拼装完成后，管片圆环的轴线就是隧道的实际轴线，因此要确保管片拼装质量，使隧道实际轴线和设计轴线相吻合。隧道实际轴线是由盾构机自身轴线决定的，盾构机操作人员在控制室内通过相应的操作开关完成每次盾构机掘进，控制盾构机前进方向，保证盾构机自身轴线和隧道设计轴线相吻合。当两轴线之间出现偏差时，一方面需要盾构机操作人员在下一环盾构掘机进时调整盾构机掘进姿态，另一方面需要管片拼装手根据当前两轴线偏差和下一环盾构机操作人员纠偏意图进行管片拼装，配合下一环盾构机掘进姿态的调整，以利于盾构机的轴线纠偏，有效地减小两轴线之间的偏差。

因此，在每一环盾构机掘进完成后，需要盾构机操作人员发出指令，将当前的盾构机姿态情况和下一环纠偏意图告诉管片拼装人员，管片拼装人员根据机盾构操作人员的指令进行拼装，并将管片拼装实际情况反馈给盾构机操作人员，从而保证掘进质量和管片拼装质量，实现隧道实际轴线和设计轴线吻合。

所以，在盾构法施工中，管片拼装人员和盾构机操作人员需要时刻保持沟通，互通当前工作信息，了解对方施工意图，相互配合积极合作，才能很好地完成盾构法隧道施工。

但是，目前国内盾构法施工中，管片拼装人员和盾构机操作人员沟通很少，彼此工作信息不畅通。当两人之间有矛盾或者在夜间施工时，施工人员容易疲劳，当盾构机操作人员工作时，管片拼装人员利用该时间休息，当管片拼装人员工作时，盾构机操作人员也进行短时间的休息，造成信息沟通困难，甚至一个工班或整个工程两人从不进行工作信息沟通，结果很难保证隧道施工质量。

周馥隆：大家都谈了目前盾构法施工过程存在的常见问题，导致这些问题的产生是有多方面原因，那么如何来克服或者解决这些问题？

杨晓强：盾构法施工是系统性工程，基于上面提到的几点问题，我认为应该从以下几点着手改进：一是分时段、分步骤对盾构法施工管理人员、专业技术人员和操作人员进行盾构法施工理论和实际操作培训，考核合格后方可上岗作业。同时，应适时邀请业内资深专家进行专题讲座，不断提高盾构法施工水平。二是强化盾构施工团队建设，针对施工重点、难点、风险点，团队要统一认识，主要作业人员包括盾构机队长、盾构机操作人员、土建工程师、机械工程师要分析讨论盾构法施工的地质条件、地面监测数据、盾构机状况、掘进指令等，共同研究一个适合盾构机掘进的参数配方，以集体的智慧去操作盾构机尤为重要。明确各自的职责和重大责任，既要各负其责，又要协作互补，检验和弥补盾构法施工技术安全交底的效果和不足。三是要严格控制盾构法施工工艺，以土压平衡盾构机为例，盾构机作业层需根据盾构作业团队共同研究的参数配方等选择适当的掘进模式，建立合适的土仓压力；注入适量泡沫和澎润土，改良土壤使其有较好的和易性和流塑性；严格控制盾构法施工每环的出土量；及时进行同步注浆减少地层土体损失，控制同步注浆量和注浆压力，浆液配合比需与该段地层匹配；坚持信息化施工，通过施工单位及第三方监测独立测量，发现差异及时修正，保证数据的准确性，并将监测结果及时反馈给项目主管和作业层，及时调整掘进参数。四是要加强设备维修保养专业队伍建设，特别是专业电气工程师和机械工程师，及时处理突发故障，除按规定对盾构机进行日保、周保、月报、季保、半年保、年保等维护保养外，还须强化设备故障诊断和定期油质化验工作，开展预防性的维修更为重要。

吕善：影响盾构机施工质量除盾构机本身因素外，主要在于操作人员的技术水平。盾构机施工和操作人员要加强自身学习，理论联系实际，多吸收其他工程项目的长处，充分考虑各种受力情况，避免盾构机推进及拼装时管片损坏。

汪茂祥：操作人员在上岗前，要对其进行管片拼装工作培训，使其既能操作盾构机，也能拼装管片，盾构机操作和管片拼装同为一人，就不存在信息沟通问题，虽然劳动强度加大，但隧道施工质量可得以保证。

汪茂祥指出：施工企业应避免将某一城市盾构施工完全应用于另一城市盾构施工

施工管理是提高施工质量的必然因素

周馥隆：设备选型、承包模式以及施工过程管理都离不开施工企业整体管理水平的提升，这些管理不仅体现在对设备的管理，更重要的是对于执行层面人员的管理。

施工管理经验不足制约管理水平提升

杨晓强：是的，施工企业不仅要做好企业管理，而且在人员管理方面也需要有科学的方式。从我了解的情况来看，虽然盾构法施工在国内已经有很长时间，但是盾构法施工管理仍处在探索阶段。

一些施工单位盾构法管理力量薄弱，一方面是盾构法施工项目多，专业管理人员相对不足，另一方面是盾构管理人员管理经验不足，可能因决策失误或不及时导致窝工、返工，甚至造成事故隐患或事故。

盾构施工前对重点、难点和风险点认识和论证不足，应对措施不完善，施工过程中出现各种预想不到的问题，使盾构机长时间停机，甚至出现较大的工程事故，如盾构机掘进中遇到孤石、流砂等地层，如果应对措施不妥，可能延误工期或造成工程事故。

盾构法施工是一种流水线式工厂化作业方式，对于施工配套设备的完好程度要求高，特别是单环串接设备，因不同厂商设计和制造水平限制其使用性能而存在差异，一旦某关键设备因故停机，可能导致整个作业面停工，如垂直出渣设备为一台龙门吊时，如果因故障停机，可能造成整个作业面停工。盾构法施工若正在通过风险源则安全隐患加剧。

吕善：地铁建设事业发展迅速，各个行业进入地铁建设市场，施工企业在加紧涉足盾构法施工，而国内有经验的工程技术人员、盾构设备维修人员、盾构施工管理人员严重不足，许多项目都是边摸索边施工，在不断总结经验教训中前进，盾构机停机现象频发，严重延误了工期。此外，管片拼装、背后注浆技术无法得到保障，导致盾构法施工质量很难保证。

人才队伍建设不完善

汪茂祥：阻碍盾构法施工管理的根本原因是人才的缺失。目前，国内施工单位盾构机操作人员大都是本科学历，大学毕业后经过盾构机操作专业培训，掌握盾构机操作的专业技能，考核合格取得可独立操作盾构机证书后，开始正式上岗操作。在参加一两个工程施工后，他们的操作技术开始熟练，在实践中掌握了盾构机操作关键技术并积累了一定的操作经验。

由于隧道内施工环境和工作条件差，工作时间长，劳动强度大，而且工作待遇低，因此，盾构机操作人员不愿长期从事盾构机操作，一般在完成一个工程或至多继续完成第二个工程后，即跳槽离开盾构机操作岗位。因此盾构机操作岗位再由刚毕业的大学生补充，这些大学生无任何操作经验，一切从头开始。

盾构机操作人员队伍的不稳定，引起操作水平的不稳定，使隧道施工质量和工程进度难以保证。

周馥隆：施工管理既包括施工过程管理，也包括对施工技术人员的管理，这两方面缺一不可，但是如何做好这方面的工作，各位有什么建议？

专业人才不可或缺

杨晓强：要加强盾构施工管理人员的培养和培训工作，必要时请有经验的咨询公司提供咨询服务或骋用有经验的高级管理人才也是强化盾构法施工管理的有效途径之一。

从初步设计阶段开始，就要优化设计方案，尽量规避盾构法施工风险。在设计方案稳定后，施工单位就要认真分析工程重点、难点和风险点，经专家论证完善后采取相应的专项应对措施，并组织落实到位，若需提前采取预加固处理，应在盾构机到达前完成。

在盾构法施工前，技术负责人向作业人员进行技术和安全交底，使作业层详细准确掌握地质资料、环境状况以及工程重点、难点和风险点等，以便在盾构法施工中采取有效的控制措施。

在设备配套上要做好论证，做到选型准确，配套合理，性能优良，安全可靠，以确保盾构法施工的连续、高效和安全。

构建交流平台

吕善：对于盾构法施工管理，目前缺乏相应的交流平台。国家应该定时组织各单位各项目的相关技术人员举行相关的研讨会，打破条条框框，让大家能互相学习、吸取经验教训。

完善人才激励制度

汪茂祥：要保证隧道质量，必须保证盾构机操作人员队伍的稳定，因此需要做好人才选用和项目管理工作。我认为应从以下3方面开展工作，一是选用高职毕业生作为盾构机操作人员。虽然盾构机操作技术含量高，姿态控制难度大，但高职毕业生经过专业培训后，完全能胜任该项工作。

二是采用以薪酬为主的个性化激励管理。个性化激励管理体系被视为人力资源管理的基石，包括绩效管理、薪酬激励、精神激励、事业激励及企业文化激励等。盾构机操作人员每天工作时间长，工作环境差，长期在隧道内施工，容易疲劳和厌倦。因此，施工单位及项目管理者应根据盾构法施工的实际情况，在定岗位定职责定报酬的同时，利用薪酬激励为主要方式提高盾构机操作人员的岗位工资，奖励他们在工作中取得的成绩，肯定他们工作中的进步；并做好操作人员技术职称的评定，提高他们的级别工资；同时根据施工进度和工程质量，提高他们的效益工资。通过以薪酬激励提高待遇为主的管理方式，激发盾构机操作人员的工作热情，使其在自己的岗位上安心工作，保持盾构机操作人员队伍的长期稳定。

三是尊重盾构机操作人员。项目管理和企业管理一样，在满足盾构机操作人员基本的生存需要后，应采取薪酬激励，他们期待在项目管理中得到尊重，在工作中能积极发挥自己的积极性、主动性和创造性，希望自己的施工方案和工作经验被及时采纳。因此，项目管理者要和他们保持沟通，多听取他们的意见和建议，对他们的专业和专长给予关注，提供培训和进修机会，提供展现个人价值的平台，让他们有成就感；同时让他们积极参与项目管理，在此过程中，培养他们的大局观，增强其主人翁意识，提高项目部的凝聚力和向心力。

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责任编辑：Daisy