摘要：超大直径泥水平衡盾构掘进效率由正常工况效率和非正常工况延误两部分组成，其中正常工况效率包括盾构掘进效率、管片拼装效率和后配套设备补给效率，非正常工况延误又包括盾构机械故障、盾构电器故障和后配套设备延误。上海长江路越江隧道和虹梅南路越江隧道为背景，针对这六部分的实际作业时间进行采集分析，对影响效率的因素提出优化建议。为今后的类似超大、超长隧道工程盾构掘进的施工工艺提供一定的参考价值。
关键词：盾构；影响效率；优化建议
1、引言
自从1994年第一台直径超过14m的盾构机（直径14.14m）在日本东京湾隧道工程中得到应用，在二十余年的发展过程中，超大直径盾构，尤其是超大直径泥水平衡盾构由于通用性强的特点，得到了越来越多的重视与应用。常规情况下，超大直径泥水平衡盾构在始发井内安装调试完成后，通过出洞密封装置穿越加固区，在完成前100~200m的试掘进任务后，开始标准段的持续掘进，通过盾构拼环、掘进以及再拼环等持续作业，最终进入接收井，完成整条隧道的掘进施工。圆隧道土建施工包含盾构掘进施工，隧道内部结构施工等。隧道施工采用泥水平衡盾构机，由始发井向接收井掘进施工。（见图1）
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影响盾构机使用效率的主要因素是盾构掘进效率、管片拼装效率和后配套设备补给效率，非正常工况延误又包括盾构机械故障、盾构电器故障和后配套设备延误等，以及各工作面之间的衔接延误。（见图2）
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图2：影响盾构机使用效率因素
泥水平衡盾构机集机械、电子、液压、通信等技术于一体，技术复杂，结构庞大，集掘进、拼装、运输、维保、泥水处理、监测、测量等于一身，是工厂化的隧道掘进流水线。为了达到有效及正确的工程统筹，充分发挥设备的先进效能和最大限度地满足工程需求是极为重要的，科学合理的场地布置，具有前瞻性的施工组织设计、严格的现场施工管理和盾构掘进的正确使用方式、持续的保养，严谨周密的监控及及时的维修。
以下主要以上海长江路越江隧道和虹梅南路越江隧道为背景，针对实际作业时间进行采集分析。
虹梅南路越江段工程位于闵行区和奉贤区，北起浦西虹梅路与永德路的交叉口，沿现状虹梅南路向南先后穿越剑川路、东川路、沪闵支线、江川东路及黄浦江。全长约5260m。其中圆隧道段3391m。隧道建设规模为双管单层双向6车道。
长江路越江隧道新建工程位于浦东新区和宝山区，南起港城路，双江路口，，沿线穿越了浦东防汛墙、黄浦江、浦西防汛墙、东海船厂码头、东海船厂厂区、铁路、运行中的逸仙路高架和轨道交通明珠三号线及众多地下管线等。全长4900m，其中隧道段为1545m。隧道建设规模为双管单层双向6车道。
2、盾构机的作业效率分析
2．1盾构机的使用分析
对于像型盾构之类的施工机械设备的管理必须制定详细的、规范的、科学的组织管理体系，实行系统化的管理。通过及时数据收集，分析，掌握盾构机的特性，并根据盾构机特性和故障分析概率、外部环境等情况，及时做好调整和安排。尤其是盾构机故障率分析，通过分析，针对做好保养维护工作及备品备件的储备工作是极为重要的，同时，更利于工程的安全性，可以有效节约工期，并在盾构机进行特殊作业时，有针对性的将面临更换、更新的设备和零件进行更换，有效保证盾构机连续作业的连贯性，更为盾构机日后更新和改进提重要的参考依据。
盾构机的使用时间由掘进作业时间（包括正常维护停机）、故障停机时间、等待工作面的衔接时间三部分组成。表1和表2分别是长江路和虹梅南路盾构机的使用时间分析表。
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在盾构机使用过程中，要尽量减少故障停机时间和盾构机等待时间，保证盾构机正常使用时间，提高使用效率。两台盾构机的实际使用效率如图3和图4所示.
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两条隧道在掘进初始阶段皆因盾构机出洞、封闭洞门、设备适应及人员组织和车架转换等因素，在施工进度和施工节奏基本处于相同。通过虹梅南路越江隧道（东线）和长江路越江隧道（南线）盾构机工作状态统计表（图5和图6），且从两条隧道工况表表明，其在机械、电器故障和其他因素而造成盾构机停顿占用时间也基本一致，而因泥水处理系统的原因，长江路因为此因素占用工时达总计的14%，虹梅南路占用工时达总计的3%，两者之间相差度达到11%，因此，虹梅南路隧道的掘进、拼装有效时间得以延伸，在两条隧道最高日掘进量均有日掘进13环的前提下，虹梅南路的平均周掘进环数及平均月掘进环数均在长江路隧道之上，由此可表明，合理安排安排盾构机参数，盾构机机械设备维护保养并在加强管理的前提下，作为泥水平衡盾构的另一处关键部位，泥水系统管理上，同样要引起重视。泥水系统管理的好坏，也将作为盾构掘进的关键线路，从各环节做好各方协调工作。
3、泥水平衡盾构设备故障分析及改进
泥水盾构施工时的泥水处理是影响盾构正常掘进的重要因素之一。泥水处理就是要将泥水盾构排出的泥水经泥水处理设备的处理后，去除砂质等较大的固相颗粒，保留粘土质的微小颗粒，然后再次送入泥水盾构的开挖面，确保送入盾构的泥水能在开挖面形成一层能维持开挖面稳定的泥膜。同时，通过分离器将废弃的泥水分成干、湿两部分，分别进入集土坑和弃浆池中。前者通过土方车将弃土运走，而后者则通过管路运至江边，通过船只将其运送至指定位置。当仅靠泥水处理设备还不能使送泥水达到相应的指标时，需另在送泥水中加入调制浆液或清水来改善送泥水的比重和粘度，使其达到所要求的指标。
长江路隧道采用法国MS公司设计制造的泥水处理设备,包括滚动筛、除砂器和清洁器等。经过计算，一套设备的泥水处理能力约为3000m3/h。为满足盾构掘进需求，同时在其旁边修建沉淀池，以满足掘进需要。
虹梅南路隧道主要以德国“莎堡”和滚动筛为主，以沉淀池为应急辅助，包括“莎堡”固控设备、沉淀池、清水池等。经过计算，一套 “莎堡”设备的总处理量为2250 m3/h。同理在旁修建沉淀池，以满足掘进需要。
对工程须要采用综合管理模式，确保盾构掘进和码头排浆相呼应，对送排泥的状态、开挖面泥水压力的控制，以及泥水设备情况的运筹，都是为了处理突如其来的状况。泥水综合管理系统可监测送排泥量和压力，通过盾构掘进和码头弃浆等工况进行调整。泥水处理的综合管理不仅是单纯的信息中心，而是整个盾构机整体运转所不可缺少的一个重要环节。
通过虹梅南路与长江路隧道泥水影响可得出，两个工程每环泥水处理量的处理能力和运转效率基本相近，但长江路隧道由于受地理环境影响，其排除弃浆码头位于黄浦江支流，码头的吃水深度有限，受潮位影响明显，当日潮位低于260以下时，泥水场地淤积在弃浆池中的弃浆将无法通过泥浆船运送，而一旦弃浆池堆满，盾构机也将应此而停顿，通过潮位表显示（以2012年11月为例），当月累计有效排浆时间（大于260）仅为且168小时，按码头处30分钟可完成一艘800方泥浆船存放计算，每环的弃浆量为1300~1500方，按排泥比重1.3，则为1690~1950方，当月累计掘进量（除去盾构机机械/电器故障及其他因素）最大也仅在138~160环之间，综上所述，针对大型泥水盾构而言，高效，环保的泥水处理系统和泥浆外运通道的畅通，对盾构机整体掘进工期带来至关重要的影响，前者可将泥水处理更为合理，尽可能满足推进需求的同时，通过泥水处理系统有效处理、分离，提取出更多有效颗粒成份，减少弃浆量的产生。后者可快速，有序的将因盾构推进产生的弃浆通过管路和船舶及时转运，有效降低因弃浆的积压而造成的盾构机非常规停顿时间。
4、结语及改进
根据上文分析结果，提出的改进意见：
1、合理选择弃浆码头，因工况所局限，周边无适应的码头，则考虑将弃浆池适当放大，以便尽可能多的存积弃浆，将其影响降低。
2、合理安排盾构机保养维护时间，除去盾构机临时故障，尽可能的统一安排，将盾构机维保、检修时间安置在盾构机停顿时间内，有效节省二次停顿时间。
3、加强管理，对于弃浆池要尽可能的降低其沉渣的厚度，提高空间利用率。
4、采用新工艺，新科技，除了循环利用泥水的技术外，废弃泥水也采用压滤、离心等方法成为低含水率的渣土，或作为回填土或作为建筑材料等。
随着盾构法施工工艺的逐渐成熟，盾构掘进进度的研究也必将成为一个新课题。世界超大隧道长江隧道和虹梅南路隧道的盾构掘进进度统计分析，对今后类似隧道的施工具有一定的参考价值。