西安盾構(gòu)分體始發(fā)總體方案比選

翟春輝

摘 要：西安地鐵一號線二期盾構(gòu)區(qū)間工程盾構(gòu)始發(fā)由于受施工場地限制無法按正常整體始發(fā)施工，選擇合適的始發(fā)施工方案是盾構(gòu)施工成敗的關(guān)鍵，因此分體始發(fā)必須根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況選擇最佳的分體始發(fā)工藝最合理的始發(fā)布置，結(jié)合本工程特點對該項目工程始發(fā)方案進行綜合分析，并提出建議推薦。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)區(qū)間；分體始發(fā)；方案比選

1 概述

西安市地鐵一號線二期工程（張家村～后衛(wèi)寨段）施工總承包項目工程范圍內(nèi)張家村站～后衛(wèi)寨站區(qū)間隧道設(shè)計里程為：右線：YDK5+0.88461～YDK6+447.161，長1358.700m；左線ZDK5+0.88461～ZDK6+430.986，長1346.319m（長鏈3.794m）。區(qū)間最大縱坡28‰，最小縱坡2‰，洞頂覆土10～20.3m。區(qū)間在里程YCK5+031.708～YCK5+063.730段設(shè)置暗挖區(qū)間，長32.022m，在里程YCK5+073.503設(shè)置區(qū)間風井（兼盾構(gòu)接受井），長19.6m，采用明挖法施工；區(qū)間里程在YCK5+093.330～YCK6+451.589段設(shè)置盾構(gòu)區(qū)間，長1358.259m。在里程在YCK6+459.439與 ZCK6+441.675處，設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井（同時兼盾構(gòu)井～后衛(wèi)寨站暗挖區(qū)間施工豎井），長15.7m，采用明挖法施工。

該段區(qū)間圍巖主要為密實狀態(tài)的中粗砂，靠近車站局部為黃土狀土和細砂，地下水潛水位埋深22.7～26.5m（11月份始發(fā)井實測水位埋深為26.3m），軌面埋深14.3～21.3m（始發(fā)井拱頂埋深為10.8m），圍巖分級按Ⅵ級考慮。本區(qū)間地下水位總體流向自西向東。一般7～9月份水位埋深最大，為低水位期，12月到次年的2月份為高水位期，水位埋深最小。本區(qū)段黏性土的滲透系數(shù)采用3～8m/d，砂類土的滲透系數(shù)采用25～35m/d，綜合滲透系數(shù)選用15～30m/d。

2 盾構(gòu)始發(fā)方案比選

分體方案1：將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi)，連接橋及1～5臺車放置在地表，暗挖隧道與盾構(gòu)掘進同時進行。

此方案優(yōu)點：可以提前4個月進行始發(fā)。

此方案缺點：目前的地表場地很難布置后配套設(shè)備，且暗挖隧道與盾構(gòu)同時施工產(chǎn)生干擾；暗挖隧道完成前采用11.5×7.5m的始發(fā)井出土及運輸管片、材料，施工效率很低；同步注漿管路過長，會影響注漿壓力并容易堵管；需延伸的盾構(gòu)機的管路較長。

分體方案2：待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后，將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi)，連接橋及1～5臺車放置在暗挖隧道范圍內(nèi)。始發(fā)負環(huán)按6環(huán)（1.5m寬）整環(huán)布置，后面放置反力架。

此方案優(yōu)點：不需占用地表施工場地放置后配套臺車；負環(huán)整環(huán)拼裝可以控制好管片拼裝質(zhì)量；需延伸的盾構(gòu)機的管路相對方案1較短。

此方案缺點：始發(fā)井內(nèi)反力架尾部距盾構(gòu)吊裝孔邊線只有1.6m的空間，上下管片困難，80m始發(fā)階段只能用小斗出土，工效低。

分體方案3：待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后，將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi)，連接橋及1～5臺車放置在暗挖隧道范圍內(nèi)。始發(fā)負環(huán)按7環(huán)（1.5m寬）半環(huán)布置，后面放置半環(huán)的反力架（或管片直接通過鋼負環(huán)連接到墻體）。

管路連接方面，第1階段（吊裝準備）先將連接橋及1～5號臺車放置在暗挖隧道的最尾部，將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi)；主機與臺車之間除直線連接管線長度外，另外通過彎曲及懸掛等手段配置21m左右長的富余管路長度；第2階段（待盾構(gòu)掘進至13環(huán)左右時，整環(huán)的管片中可以包含連接橋及1號臺車時）停機將連接橋及1號臺車與主機相連，2～5號臺車放置在暗挖隧道的最尾部，1、2號臺車間預(yù)留17m左右的直線長度外的富余長度；第3階段（待盾構(gòu)掘進至46環(huán)左右時，整環(huán)的管片中可以包含整體盾構(gòu)機）停機將1號臺車與2、3、4、5號臺車全部相連，完成始發(fā)掘進。

此方案優(yōu)點：不需占用地表施工場地放置后配套臺車；80m始發(fā)階段基本都能用16m3的大斗出土，始發(fā)時間縮短；通過充分利用后面75m長的暗挖隧道長度，減小彎曲管線的長度及難度；隧道全過程的掘進過程中不需要拆除負環(huán)及反力架，節(jié)省了工序轉(zhuǎn)換的時間；需延伸的盾構(gòu)機的管路相對方案1較短，與方案2差不多。

此方案缺點：半環(huán)拼裝不易控制好管片拼裝質(zhì)量，在安裝整環(huán)負環(huán)前需小推力掘進；同時還需增加1環(huán)負環(huán)。

分體方案4：

基本思路與方案3一致，只是管路連接方面，將連接的管路相對盾構(gòu)主機往反向延長35m左右，即將臺車與主機的富余管線長度拉大至70m，這樣臺車不動，只通過釋放彎曲的管線即可實現(xiàn)從始發(fā)開始至始發(fā)段80m完成均不需要中途停機續(xù)接管線。

此方案優(yōu)點：同方案4的優(yōu)點。

此方案缺點：除有方案3的缺點外，最大的弊端是同步注漿管路過長，會影響注漿壓力并容易堵管；盾構(gòu)僅有主機在洞內(nèi)掘進，無法利用連接橋進行管片的運輸，操作司機在后方暗挖隧道也無法直接觀察到前方的出土情況；同時管線的180度向后的“U”型彎可能很難實現(xiàn)。

分體方案5：

待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后，將盾構(gòu)機整機連接，負環(huán)及反力架仍按方案3的半環(huán)布置方式。盾構(gòu)機的所有臺車在通過半環(huán)上下材料的通道時，把后配套臺車頂部的所有部件（管路及皮帶等）全部拆除，以滿足始發(fā)井出土及材料上下的要求；管路改移至臺車兩側(cè)。碰到連接臺車兩側(cè)的橫向鋼構(gòu)件時，還需要臨時拆除此構(gòu)件并用其他的橫向鋼構(gòu)件在其他部位進行臨時連接以確保臺車兩側(cè)的連接。

此方案優(yōu)點：可以進行整體始發(fā)，加快盾構(gòu)進度；減少管路連接的工作量及材料數(shù)量（原有的鋼性管路可以利用上，安裝在側(cè)面）。

此方案缺點：除有方案3的缺點外，連接橋及后配套臺車能否實現(xiàn)頂部構(gòu)件全部拆除的問題需要設(shè)備專業(yè)方面的人員確定。即使能夠做到這一點，對臺車的整體拆卸及組裝工作量都會較大。同時在后配套臺車范圍內(nèi)進行出土及材料上下倒運可能會出現(xiàn)意外情況對設(shè)備造成污染或損壞。

綜上4個分體方案及1個整體始發(fā)方案，經(jīng)我項目部與我公司盾構(gòu)事業(yè)部討論傾向選擇分體方案3，并征得我公司同意此方案施工。

3 工程實施方案

本工程盾構(gòu)隧道首先由盾構(gòu)區(qū)間左線在后衛(wèi)寨站盾構(gòu)井分體始發(fā)，施工時采用一臺中鐵裝備制造，型號CTE6250盾構(gòu)機。盾構(gòu)從后衛(wèi)寨站左線暗挖區(qū)間西面盾構(gòu)井始發(fā)掘進，始發(fā)前需完成對洞門土體加固，洞門鑿除，密封裝置的安裝等。掘進到達張家村站前，需完成對到達洞門的洞門土體加固，洞門鑿除，密封裝置的安裝等。到達張家村站左線風井后進行盾構(gòu)機吊出，二次始發(fā)進行后衛(wèi)寨站至張家村站右線施工，最終到達張家村站右線風井后進吊出。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇方案3的施工流程。

3.1 半環(huán)分體始發(fā)工藝流程

半環(huán)分體始發(fā)分三個階段實現(xiàn)，工藝流程如圖1。

3.2 半環(huán)分體始發(fā)施工方法

本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)通過-7至-3環(huán)（5*1.5=7.5m）半環(huán)安裝，-2環(huán)增加上半環(huán)反力架支撐來實現(xiàn)半環(huán)始發(fā)；通過盾構(gòu)機與1#拖車分離、延長管線，1#拖車與后續(xù)拖車分離、延長管線來實現(xiàn)分體始發(fā)。盾構(gòu)主機與1#拖車間管線總延長≥29m；1#拖車與2#拖車間管線總延長≥55.5m。

3.2.1 第一階段施工

①盾構(gòu)分體方式。盾構(gòu)機與連接橋及后續(xù)拖車分離，管線延長。盾構(gòu)機單獨掘進，后續(xù)拖車在反向隧道內(nèi)。盾構(gòu)主機與1#拖車間管線總延長≥29m，盾構(gòu)掘進24m，拼裝13環(huán)管片。

②洞內(nèi)運輸。

列車編組：采用1組列車（電瓶車+管片車）。

渣土運輸：土斗置于管片車上運土。采用自制土斗直接在螺旋機下接土，初始掘進采用5.2m3小土斗，掘進3m后改用8.4m3大土斗。盾構(gòu)掘進每環(huán)出碴量：Q=πR2Lη=π×3.142×1.5×1.2=56m3。

管片運輸：待每環(huán)出土完畢后，用管片車運輸2次管片，通過卷揚機或葫蘆將管片放至拼裝機下方。

砂漿運輸：砂漿泵通過軟管泵送至暗挖隧道內(nèi)1#臺車上。

③延長管線保護。延長管線按類別捆綁，并在隧道內(nèi)設(shè)置滾筒，以利于管線拖動。最前端管線捆綁并采用5T手拉葫蘆固定于盾構(gòu)機上。

3.2.2 第二階段施工

①盾構(gòu)分體方式。盾構(gòu)機與連接橋及1#拖車連接，1#脫出上安裝皮帶機。1#脫出與后續(xù)拖車分離，延長管線，后續(xù)拖車在反向隧道內(nèi)。1#與2#拖車間管線總延長≥55.5m，盾構(gòu)掘進至完成46環(huán)管片拼裝。

②洞內(nèi)運輸。采用1節(jié)管片車+1節(jié)砂漿車+1節(jié)16m3渣土車。每環(huán)掘進須進行4次運輸。

3.2.3 第三階段施工

①盾構(gòu)整體掘進。掘進至完成46環(huán)管片拼裝后，2#及后續(xù)拖車前移，與盾構(gòu)機進行管路連接，完整安裝皮帶機，盾構(gòu)整體掘進。

②洞內(nèi)運輸：采用標準機車編組：1節(jié)管片車+1節(jié)砂漿車+4節(jié)16m3渣車。

4 總結(jié)

盾構(gòu)分體始發(fā)在地鐵施工中案例較少，根據(jù)西安地鐵一號線二期工程施工實際情況，結(jié)合本施工方案，利用30天時間進行盾構(gòu)下井吊裝、組裝調(diào)試、現(xiàn)場臨建布置，順利始發(fā)，此方案合理可行。