[QC成果]降低大直径盾构施工对轨道交通M8线沉降影响

1、降低大直径盾构施工对轨道交通M8线沉降影响上海市第二市政工程有限公司西藏南路越江隧道工程项管部QC小组2007 年 12 月 西藏南路越江隧道工程是上海世博会重要工程之一, 是2010年世博会专用通道，建成后将满足2010年世博会园区内部每小时6-7万人次的越江需求。其工期紧、难度大，特别是两条大直径盾构法圆隧道(直径11.58m)在浦东要下穿已建成的轨道交通8号线(直径6.2m)。这样的大断面隧道下穿小断面隧道在国内是第一次，在世界上也是罕见的。如何采取措施控制8号线的沉降是我们研究的课题。一、课题背景一、课题背景社会影响： 本次穿越过程是大直径盾构穿越小直径地铁隧道，缺少成熟的施工经验，缺

2、少相关的技术数据，而且地铁8号线计划在2007年12月份投入试运营，若在穿越施工过程出现意外，导致8号线沉降变形过大，将严重影响8号线运营，甚至还可能出现更严重的情况。对此，上海市领导、市建委、市政局、集团公司等各级领导都予以高度重视，多次到我们项目部提出明确要求：在盾构推进过程中，一定要将对地铁8号线影响降到最低程度，确保8号线正常运营。因此本课题攻关成功与否，社会影响巨大。二、小组简介小组简介 小组成立于2007年本次活动注册号：20071，小组类型：攻关型小组成员7人，活动时间从2007年8月至2007年12月开展了10 次活动，活动出勤率 98 %。 成员组成 姓 名 年龄 文化程度

3、职务分工 陈勇 36本科 生产经理组长蒋洪进 34 本科 江中段项目经理 方案策划王肖云31本科江中段技术负责人调查分析李丙堂29本科工程部主任 数据收集徐冬洪28 本科西线推进总负责成果报告田 晶27 本科 质量主管策划发布张信发 38 高中 作业班组长 具体操作QC小组成立后，首先进行自我测评：项目自我评析活动前质量意识80参与意识76分析问题能力72团队精神88运用QC活动能力751、根据业主及地铁公司对本项目的要求： 在盾构机近距离下穿地铁8号线的过程中， 8号线最大沉降量必须控制在20mm之内的要求。 三、选题理由三、选题理由2、本工程具有重大的社会影响力 西藏南路越江隧道工程是连接

4、上海世博园区黄浦江两岸的唯一的世博专用通道，在国际上也具有知名度，同时也是上海市的一项标志性工程。 工程质量目标：杜绝一切技术质量事故，工程质量达到优良；创市优质结构奖、上海市白玉兰奖。 四、小组目标上级下达指标小组目标 8号线最大沉降量必须控制在 +20mm 之内上海世博园区业主上海申通地铁公司领导总公司领导要求 四、可行性分析 针对小组目标能否实现，我们分析了本工程难点，对以往同类工程进行了比较。（一）本工程盾构要穿越的地铁8号线，无地基加固，穿越最近距离仅为2.68米。博文路中山南路浦东南路西藏南路8号线穿越部位穿越最近距离仅为2.68米。近距离穿越已建成的地铁M8线地铁M8线地铁M8线

5、西藏南路隧道西藏南路隧道最近距离仅为2.68米四、可行性分析 （二）公司在2004年明珠线2期施工中穿越运行中的2号线施工情况上行线下行线地铁二号线 该工程盾构机从地铁二号线隧道下方斜向穿越，穿越最近距离仅为1.045米，与地铁二号线上行线的投影交叠长度约为96m，与下行线的投影交叠长度约为69m，穿越距离长，影 响范围大。盾构穿越运营中二号线，二号线沉降累计变形最大值为-2.6mm。 四、可行性分析该工程与西藏南路越江隧道工程相似点： 均采用盾构推进工艺穿越已建轨道交通隧道。 且垂直距离较本工程还小，仅为1.045m。不同点： 该工程为小断面盾构圆隧道穿越小断面圆隧道，即“小穿小”， 而非西

6、藏路隧道穿越8号线地铁工程的 “大穿小”。 四、可行性分析 （三）同直径盾构在翔殷路隧道工程推进中的情况 我公司在2004年下半年翔殷路隧道工程中也采用11.58m大直径盾构进行施工，在盾构推进中，经监测，局部地面沉降最大值达到 -27.4mm 。 翔殷路隧道工程与西藏南路越江隧道工程比较 相似点：均采用直径11.58m盾构推进施工。 不同点：该工程中盾构没有近距离穿越已建轨道交通的难点， 但是地面沉降最大值达到了-27.4mm。四、可行性分析 （三）可行性分析结论 2、通过分析2004年翔殷路隧道大直径盾构推进施工实例，小组认为在大直径盾构推进中，地面沉降最大值已经控制在-27.4mm，只要

7、在本次小组活动中再解决若干影响地面沉降的关键问题，施工中将8号线沉降控制在20mm之内，实现小组目标是完全有可能的。 3、由于本次穿越是高难度高风险工程，公司、业主、监理及设计等单位都比较重视，施工全过程均会邀请相关专家协助我们进行方案的决策。 1、通过分析2004年明珠线2期穿越地铁2号线的施工实例，小组认为在小直径盾构穿越小断面隧道的情况下，技术措施等均能得到保证，可以将已建隧道的沉降值控制在-2.6mm范围内。 结论： 要实现目标要求的难度非常大，施工中还存在着许多不可预见的因素，但小组成员一致认为，只要做到精心管理精心施工，预先将存在问题排除，小组的目标是完全可以实现的。五、要因分析

8、小组成员根据以往的经验，结合本工程环境、设备等具体情况，认为“影响8号线沉降变形过大”这个问题是一个系统问题，经过分析，小组在8月20日开会讨论，并绘制了系统图。浆液配比不能满足要求注浆量不足盾构机自身故障掘进参数不完善管片尺寸误差监测设备及频率不合理监测点布置不合理测量数据不准确中控室操作员失误机操工操作失误管片拼装人员质量意识薄弱同步注浆不到位盾构设备故障掘进参数控制不力管片拼装质量差测量系统不完善影响8号线沉降变形系统图影响8号线沉降变形要因验证一 末端因素一：浆液配比不能满足要求 1、验证内容：浆液配比适合本工程土质情况2、验证时间：2007年9月1日-9月15日3、验证负责人：陈勇4

9、、验证方法：试验5、验证依据：坍落度、比重、粘度指标满足 理论要求（具体试验数据为企业技术秘密）6、验证结果：本工程浆液配比经过不断的试 验及改进，能够满足控制地面沉降的要求。结论：此末端因素为非要因要因验证二末端因素二：注浆量不足 1、验证内容：（1）计算隧道外周建筑空隙量得出理论注浆量。 （2）确定每环所需的注浆量。（3）在试验推进中予以验证。2、验证时间：2007年10月8日-10月24日3、验证负责人：陈勇4、验证方法：查看前阶段沉降记录5、验证依据：地面沉降值小于20mm6、验证结果：隧道浆液配比及使用后发现地层损失量较大，未能满足地面沉 降值小于20mm控制要求，仍需继续改进和完善

10、。结论：此末端因素是要因要因验证三 末端因素三：盾构机自身故障 1、验证内容：检查试推进过程中盾构机状态。2、验证时间：2007年10月15日-10月25日3、验证负责人：徐冬洪4、验证方法：现场测试5、验证依据：设备运行符合设计要求。6、验证结果：小组成员陪同日本专家和机修厂 技术专家对盾构机进行全面检查。盾构 机设备完好，运行正常。结论：此末端因素为非要因要因验证四 末端因素四：机操工操作失误 1、验证内容：（1）操作工人熟练程度。（2）操作工人对各类盾构施工规范、标准掌握程度。2、验证时间：2007年8月25日-8月31日3、验证负责人：田晶4、验证方法：实际观察、考核5、验证依据：专业

11、操作人员100%持有上岗证，操作符合操作规程要求。6、验证结果：专业操作人员全部持有上岗证，各操作班组对各类盾构 施工规范、标准熟练掌握，操作符合操作规程要求。结论：此末端因素为非要因要因验证五 末端因素五：中控室操作员失误 1、验证内容： 中控室操作人员对盾构推进中相关 技术参数熟悉程度和熟练操作程度。2、验证时间：2007年8月25日-8月31日3、验证负责人：田晶4、验证方法：实际观察、考核5、验证依据：100%操作人员熟悉盾构施工规范中的技术参数、操作规程，实 际操作时间达到100小时。6、验证结果：查中控室12个操作人员对各类盾构施工规范、标准掌握程度和 模拟操作时间，有5人不符合要

12、求。结论：此末端因素是要因要因验证六末端因素六：盾构掘进参数不完善 1、验证内容：（1）掘进参数是否满足穿越部位的土质。（2）在正式穿越前相类似地层进行试推进。2、验证时间：2007年9月1日-9月15日3、验证负责人：王肖云4、验证方法：试推进5、验证依据：试推进掘进参数能有效减少地层损失量。6、验证结果：经过试验段推进，不断调整和完善了掘进参数，盾构机姿 态达到最佳状况，并且在切口水压能够保持正面土体稳定的前提下 （0.3MPa），调整切口水压对M8线沉降并不敏感，能够有效减少地层损 失量，满足要求。切口水压与最大沉降关系曲线结论：此末端因素为非要因要因验证七末端因素七：管片拼装人员质量意

13、识薄弱 1、验证内容：（1）调查操作工人对因管片拼装质量问题 所导致隧道渗漏对穿越8号线造成的 危害性的了解。（2）检查拼装的管片成环质量2、验证时间：2007年9月15日-9月22日3、验证负责人：张信发4、验证方法：询问、检查5、验证依据：认知程度达到100%，已完成的管片成环质量优良率达到95%。6、验证结果：（1）通过询问51名操作人员对管片渗漏危害性的认知度，并对已拼 装的管片成环质量进行检查，发现16名操作人员对因管片拼装质量 问题所导致隧道渗漏对穿越8号线造成的危害性不十分了解。 （2）管片成环拼装质量优良率达到99%。 结论：此末端因素是要因要因验证八 末端因素八：管片尺寸误差

14、 1、验证内容： 抽查现场20%管片，检查其外观尺寸是 否满足施工要求。2、验证时间：2007年10月20日-10月23日3、验证负责人：徐冬洪4、验证方法：现场测量5、验证依据：设计图纸允许误差、规范允 许误差。6、验证结果：管片全部合格，满足施工要 求。结论：此末端因素为非要因合格率100%要因验证九末端因素九：监测设备及频率不合理 1、验证内容： 调查现有监测频率和监测设备。2、验证时间：2007年9月20日-9月25日3、验证负责人：王肖云4、验证方法：调查、测试5、验证依据：监测规范、监测方案。6、验证结果：经调查，现有监测频率 与盾构施工同步，能满足施工要求。结论：此末端因素为非要

15、因要因验证十末端因素十：监测点布置不合理 1、验证内容： 调查现有监测点，是否能正确反映8号 线实际沉降情况。2、验证时间：2007年10月15日-10月18日3、验证负责人：蒋洪进4、验证方法：实地察看5、验证依据：监测方案6、验证结果：绘制沉降曲线图，与实际 情况吻合，能正确反映8号线实际沉降 情况。结论：此末端因素为非要因M8线内测点布置图要因验证十一 末端因素十一：测量数据不准确 1、验证内容：（1）查现有的所有监测设备资料。（2）询问测量人员实际使用情况。2、验证时间：2007年9月30日-10月15日3、验证负责人：陈勇4、验证方法：查验5、验证依据：国家计量规范、测量规范。6、验

16、证结果：通过查验现有的监测设备 均经过鉴定，鉴定证书未过期。结论：此末端因素为非要因序号末端因素 验证方法 验证依据验证结果验证负责人 要因确认 1浆液配比不能满足要求试验坍落度、比重、粘度指标满足理论要求满足要求陈勇次要原因2注浆量不足查看地面沉降值小于20mm不符合要求陈勇主要原因3盾构机自身故障现场测试设备运行符合要求满足要求徐冬洪次要原因4机操工操作失误实际观察考核专业操作人员必须有上岗证，操作符合操作规程要求符合要求田晶次要原因5中控室操作员失误实际观察考核盾构施工规范中的技术参数、操作规程和实际操作时间不符合要求田晶主要原因6盾构掘进参数不完善试推进试推进掘进参数能有效减少地层损失

17、量符合要求王肖云次要原因7管片拼装人员质量意识薄弱询问检查认知程度达到100%，已完成的管片成环质量优良率达到95%不符合要求张信发主要原因8管片尺寸误差现场测量设计图纸要求误差、规范要求误差符合要求徐冬洪次要原因9监测设备及频率不合理调查测试监测规范、监测方案符合要求王肖云次要原因10监测点布置不合理实地察看监测方案符合要求蒋洪进次要原因11测量数据不准确查验国家计量规范、测量规范符合要求陈勇次要原因要因验证表针对找出的要因，组长发动小组成员运用头脑风暴法，献计献策，经归纳整理，其中对“注浆量不足”有两种不同的解决方案（对策），小组对此进行了综合评价，相互比较，选出了比较合理的对策。序号评价

18、内容评价值：5分评价值：3分评价值：1分1有效性预计有效会有一定效果把握不大，试一下2可实施性由本小组自行实施需要其它部门协助需要外单位参与合作3经济性费用相对较低需要一定费用，但尚能承担，领导能批准费用很高，很难承担4复杂性仅涉及1个系统涉及2个系统涉及3个以上系统5时间性估计需要2周时间需要0.51个月时间需要13个月时间对策评价选择表要 因对 策评 价综合得分选定方案有效性可实施性经济性复杂性时间性注浆量不足满足每环最佳注浆量5553523推进时减少土体损失511119六、制定对策 六、制定对策 针对找出的3个要因，及对策评价选择表，我们制定了以下对策措施表。 对 策 表 序号要因对 策

19、目 标措 施地点负责人完成日期1注浆量不足满足每环最佳注浆量确定每环注浆量 8.8-9m 1、通过计算确定每环注浆量2、试验、试推进3、专家确认，确定最终用量施工现场王肖云10月28日2中控室操作员失误避免中控室操作失误失误率为01、熟悉各种紧急情况下的操作流程2、进行模拟操作训练施工现场田晶9月25日3管片拼装人员质量意识薄弱提高质量意识危害性认知程度达到100%1、进行质量教育，使操作人员了解穿越的重要性2、每班操作时均由带班人员现场监控施工现场张信发10月20日七、对策实施 实施一：满足每环最佳注浆量 1、小组成员计算出理论注浆量。 通过计算，小组成员计算出每环所需的注浆量为5.9m。经

20、10月份与地铁公司、专家碰头会的结果，将注浆量调整到每环8.8m，约为理论值的150%。理论注浆量（盾构机与管片间隙）V=（R2-r2）L =3.14（11.58/2）2-（11.36/2）21.5 =5.9m管片外径盾构机外径 实施人：陈勇、田晶 模拟推进从10月10日开始，至10月22日推进结束。其后为模拟补充注浆。总共推进环数为40环，长度60m。模拟阶段推进速度为30mm/min。 2、模拟推进过程中做好记录对理论值进行修正。 实施一：满足每环最佳注浆量穿越段同步注浆参数 3、专家确认，确定最终用量 在模拟推进过程中，盾构前方深层点累计沉降最大值约为18.4mm。所有深层沉降点在脱出盾

21、尾后都出现少量沉降。注浆后的最大隆起值为5mm。该沉降值距小组要求目标还有差距，经与项管部技术专家开会研究，将最终注浆量调整至9m每环。实施一：满足每环最佳注浆量对实施一验证： 在盾构模拟推进期间，小组成员最终确定了每环注浆量为 8.8-9m，由此总结出一套合理实用的掘进参数和注浆参数，根据这些宝贵的参数，成功地指导了盾构施工，实施效果良好。 实施二：避免中控室操作人员操作失误1、12人均通过熟悉各种紧急情况下的操作流程，能够处置各类突发情况。2、进行模拟操作训练。100%操作人员实际操作时间达到100小时42%操作人员实际操作时间不足100小时100%操作人员不熟悉紧急情况下的操作流程100

22、%操作人员能熟练掌握紧急情况下的操作流程高失误率0失误率对实施二验证 实施人：李丙堂、徐冬洪实施三：强化操作人员和班组的质量意识 2、每班操作时均由带班人员 现场监控1、小组成员对操作人员进行专题 质量教育，使操作人员了解穿 越的重要性 实施人：蒋洪进、王肖云对实施三的验证：管片拼装人员对管片拼装质量危害性认知程度达到100%实施前实施后68%100%八、效果检查 我们QC小组通过认真实施对策表内容，达到了大直径盾构施工对轨道交通8号线沉降控制的预期目标。 实施效果检查表序号 要因 目标 实施情况 实施效果 检查人 检查日期 1注浆量不足确定每环注浆量 8.8-9m满足每环最佳注浆量 每环注浆

23、量达到8.8-9m 陈勇10月29日2中控室操作员失误失误率为0推进中未发生中控室人为失误失误率为0王肖云9月28日3管片拼装人员质量意识薄弱危害性认知程度达到100%由于提高了质量意识，拼装质量优良率达到100%达到100%田晶10月24日设定目标的完成情况 西藏南路西线盾构自11月4日16:10推进248环开始影响M8下行线，至11月11日离开M8线上行线的影响范围，历时8天已顺利穿越M8线。期间在11月10日拼装289环过程中，下行线最大沉降达到历史最大值-14.52 mm，上行线最大沉降达到历史最大值 -16.84mm。通过后续在西藏南路隧道内二次补浆，M8线最大变形已稳定在 5.0m

24、m 以内。 设定目标的完成情况 下达指标实际情况20mm16.84mm8号线沉降控制图（下行线、上行线） 最大沉降值六、取得效益(一) 经济效益 西线盾构成功穿越轨道交通8号线，节省了应急预案中各类抢险费用共计约60万元（材料费36万+机械费18万+人工费6万=60万）。其中本小组在人工费方面有极小的投入，在此忽略不计。(二) 社会效益 1、通过科技攻关，施工中采取的各项技术措施在工程中获得圆满成功，为同类工程的施工积累了宝贵经验，具有很好的指导意义。小组通过理论与实践的紧密结合，总结了大直径盾构穿越已建小断面隧道一整套的实用参数及工艺方法，具有很大的实用性和推广价值。 2、盾构机成功穿越地铁8号线，创造了上海大断面越江隧道近距离穿越小断面已建轨道交通的第一。避免了有可能产生的社会负面影响，其社会意义是巨大的。(二) 社会效益上海电视台现场采访上海市建交委孙建平副主任为顺利穿越赋诗一首：(二) 社会效益奇迹的诞生写在西藏路隧道穿越M8线成功之后这是让人揪心的九天这是令人难忘的九天我们在这里进行动魄惊心的穿越我们在这里抒发城建英雄的情怀瑞雪遮盖了火热的工地汗水见证我们英勇的攀登市民的理解是我们的动力领导的关怀温暖我们的心田这里的每一项决策倾注了专家们智慧的奉献这里的每一环推进凝聚着建设者不懈的奋战仿佛走过了千山万水我们从事的是创造奇迹的穿越仿