北京軌道交通大興機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)選型研究

夏瑞萌，鄭 杰，姜傳治，賀博陽(yáng)

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

1 研究背景

盾構(gòu)結(jié)構(gòu)在北京地鐵建設(shè)中已經(jīng)應(yīng)用多年，形成了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)[1]，以往均應(yīng)用在時(shí)速不大于100 km/h的地鐵線路中，以外徑6 m及6.4 m的單洞單線斷面為主。

北京軌道交通大興機(jī)場(chǎng)線作為國(guó)內(nèi)首條通車(chē)的設(shè)計(jì)時(shí)速為160 km/h的地鐵線路，在工程建設(shè)初期并無(wú)既有的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。而盾構(gòu)斷面型式的確定，需綜合考慮車(chē)輛及接觸網(wǎng)選型、道床結(jié)構(gòu)型式、線路曲線半徑、疏散平臺(tái)寬度、施工誤差、結(jié)構(gòu)后期加固空間需求、車(chē)-隧阻塞比、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、造價(jià)、工期、風(fēng)險(xiǎn)比選等諸多參數(shù)及要素。因此，要確保大興機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)段運(yùn)營(yíng)的舒適性，有效控制其施工難度及投資，同時(shí)做到安全快速建造，就必須對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行慎重選擇并進(jìn)行有效組合[2-5]，以確定大興機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)段的斷面型式，為北京大興機(jī)場(chǎng)線及后續(xù)160 km/h的地鐵線路奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 工程概況

北京軌道交通大興機(jī)場(chǎng)線是線網(wǎng)中連接北京中心城與北京新機(jī)場(chǎng)的地鐵線路，其定位為快速、直達(dá)、高品質(zhì)的軌道交通專(zhuān)線，旨在提高新機(jī)場(chǎng)外部綜合交通服務(wù)水平，同時(shí)帶動(dòng)北京南城發(fā)展(見(jiàn)圖1)。

圖1 軌道交通大興機(jī)場(chǎng)線工程示意圖Figure 1 Schematic of Daxing Airport Express

已經(jīng)通車(chē)運(yùn)營(yíng)的大興機(jī)場(chǎng)線一期工程線路全長(zhǎng)41.3 km，其中盾構(gòu)段長(zhǎng)15.4 km。穿越北京地區(qū)典型的富水砂卵石地層，工程建設(shè)難度大，同時(shí)沿線風(fēng)險(xiǎn)工程眾多。

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域典型地層從上到下主要為填土層、粉細(xì)砂②3層、圓礫②5層、粉細(xì)砂④3層、卵石⑤層、卵石⑦層及卵石⑨層。盾構(gòu)隧道主要從砂卵石地層中進(jìn)行穿越，其中穿越卵石地層的信息如表1所示。

表1 卵石地層信息Table 1 Pebble formation profile

工程的主要地下水類(lèi)型為上層滯水(一)、層間水(三)及層間水(四)，影響盾構(gòu)穿越段的主要為層間水(四)，含水層為卵石圓礫⑦層及其以下砂土、卵石⑨層，埋深在23.00～24.70 m之間。

2.2 盾構(gòu)段風(fēng)險(xiǎn)概況

大興機(jī)場(chǎng)線全線的風(fēng)險(xiǎn)源主要集中在盾構(gòu)段。主要風(fēng)險(xiǎn)工程包括盾構(gòu)下穿南環(huán)鐵路、軌道交通大興線、南水北調(diào)南干渠、高壓塔群等，其風(fēng)險(xiǎn)工程如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)工程統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical profile of risk engineering

2.3 盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)

大興機(jī)場(chǎng)線采用新型市域D型車(chē)、160 km/h的設(shè)計(jì)時(shí)速、25 kV的交流供電方式，以下問(wèn)題需要系統(tǒng)研究：

1) 盾構(gòu)隧道的合理阻塞比；

2) 盾構(gòu)段限界的控制因素及原因；

3) 國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)25 kV的交流供電方式，基本采用柔性接觸網(wǎng)，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)如何應(yīng)對(duì)其下錨點(diǎn)及錨段關(guān)節(jié)帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)斷面擴(kuò)大問(wèn)題；

4) 大興機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)結(jié)構(gòu)選型與接觸網(wǎng)選型存在相互聯(lián)系，如何處理好二者之間的關(guān)系；

5) 大興機(jī)場(chǎng)線可選斷面型式有幾種，不同斷面型式的內(nèi)徑和外徑是什么；

6) 在盾構(gòu)可選斷面尺寸確定后，如何通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定最終使用的斷面型式。

3 盾構(gòu)隧道

3.1 盾構(gòu)斷面型式

根據(jù)設(shè)備選型、速度目標(biāo)值、沿線工程特點(diǎn)及以往工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)各方研討，可選斷面型式最終聚焦為3種。

1) 不可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞單線斷面。盾構(gòu)隧道斷面可將單列列車(chē)、軌道、洞內(nèi)管線及接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)段容納下，以下簡(jiǎn)稱(chēng)斷面1。

2) 可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞雙線斷面。盾構(gòu)隧道斷面可將雙列列車(chē)、軌道、洞內(nèi)管線、接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)段及下錨段容納下，以下簡(jiǎn)稱(chēng)斷面2。

3) 可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞單線斷面。盾構(gòu)隧道斷面可將單列列車(chē)、軌道、洞內(nèi)管線、接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)段及下錨段容納下，以下簡(jiǎn)稱(chēng)斷面3。

3.2 建筑限界確定

3.2.1 車(chē)-隧阻塞比

為確定大興機(jī)場(chǎng)線壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)及車(chē)-隧阻塞比合理范圍，通過(guò)對(duì)科技文獻(xiàn)綜述、實(shí)際工程調(diào)研及總結(jié)與分析，提出在使用密閉車(chē)輛-密封指數(shù)不低于5 s時(shí)，車(chē)內(nèi)壓力變化率小于800 Pa/3 s的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在考慮能耗與舒適度的前提下，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，在列車(chē)最高運(yùn)行速度160 km/h的條件下，對(duì)列車(chē)進(jìn)出隧道洞口、在隧道內(nèi)勻速運(yùn)行、進(jìn)出站及加減速運(yùn)行、經(jīng)過(guò)中間風(fēng)井等多個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景的壓力波及壓力變化率進(jìn)行模擬分析，最終得出最高運(yùn)行速度160 km/h，本工程使用密閉車(chē)輛，阻塞比需小于0.289。

3.2.2 設(shè)備設(shè)置控制值

1) 沿垂直方向。市域D型車(chē)高3 880 mm，接觸網(wǎng)導(dǎo)高5 300 mm，接觸網(wǎng)安裝高度取1 400 mm，普通及特殊減振段軌道結(jié)構(gòu)高度均按900 mm控制。

2) 沿水平方向。疏散平臺(tái)最小寬度取1 100 mm，直線段疏散平臺(tái)邊緣至線路中心線距離按 1 900 mm控制，下錨點(diǎn)及錨段關(guān)節(jié)的尺寸按實(shí)際尺寸考慮。最終確定不同斷面建筑限界情況詳見(jiàn)表3、圖2～4。

圖2 不可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞單線斷面Figure 2 Single-hole and single-line of cross-section incapable of accommodating flexible lower anchor point

表3 各斷面建筑限界Table 3 Building limits for each section

3.3 盾構(gòu)內(nèi)徑確定

根據(jù)北京市盾構(gòu)隧道建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，以及有關(guān)文件對(duì)于盾構(gòu)隧道后期預(yù)留結(jié)構(gòu)加固空間的提法和要求，結(jié)合線路自身的工程特點(diǎn)及環(huán)境特點(diǎn)，本線預(yù)留后期結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)空間，對(duì)于結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的方式及預(yù)留空間考慮如下：

圖3 可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞雙線斷面Figure 3 Single-hole and double-line of cross-section incapable of accommodating flexible lower anchor point

圖4 可容納柔性下錨點(diǎn)的單洞單線斷面Figure 4 Single-hole and single-line of cross-section incapable of accommodating flexible lower anchor point

1) 沿線工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件不利于隧道開(kāi)挖掘進(jìn)，但其在永久運(yùn)營(yíng)階段水土穩(wěn)定好、沉降微小，所以隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)受地質(zhì)環(huán)境影響小、補(bǔ)強(qiáng)需求低。

2) 本線采用了較厚的管片，管片自身剛度、強(qiáng)度及耐久性相應(yīng)提高；同時(shí)推薦采用了斜直螺栓連接，有利于拼裝質(zhì)量提高，耐久性亦相應(yīng)提高，補(bǔ)強(qiáng)需求低。

3) 本線基本限界尺寸大，預(yù)留混凝土二襯結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)施作空間將進(jìn)一步加大盾構(gòu)隧道尺寸，造價(jià)增加明顯不經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，本線預(yù)留鋼環(huán)局部補(bǔ)強(qiáng)施作空間。同時(shí)，綜合北京地區(qū)盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)及盾構(gòu)平均掘進(jìn)水平，施工誤差確定為 100 mm。最終，確定不同斷面型式的盾構(gòu)內(nèi)徑詳見(jiàn)表4。

表4 盾構(gòu)隧道內(nèi)徑參數(shù)Table 4 Internal diameter parameters of shield tunnel

3.4 盾構(gòu)外徑的確定

內(nèi)徑7 900 mm的盾構(gòu)隧道管片厚度按如下原則考慮：

1) 根據(jù)《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的建議值，結(jié)合日本已實(shí)施盾構(gòu)隧道的調(diào)研結(jié)果，同時(shí)考慮北京地區(qū)已實(shí)施盾構(gòu)隧道的實(shí)際取值(見(jiàn)表5)，本隧道結(jié)構(gòu)管片厚度與外徑比推薦為0.05，其理論厚度為440 mm。

表5 北京隧道調(diào)研情況Table 5 Survey of Beijing tunnels

2) 根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)城際線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的調(diào)研結(jié)果(見(jiàn)表6)，本盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)管片厚度與外徑比推薦大于0.047，其理論厚度為410 mm。

表6 城際隧道調(diào)研情況Table 6 Survey of intercity tunnels

3) 在前兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮地處北京，未來(lái)本線將發(fā)生較多的穿越工程，為提高穿越的安全度，本盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)推薦采用450 mm的管片厚度?；谟米顬榻?jīng)濟(jì)的手段，提高本線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的耐久性、剛度及強(qiáng)度，推薦采用450 mm的管片厚度。大興機(jī)場(chǎng)線采用160 km/h的設(shè)計(jì)時(shí)速，從減小運(yùn)營(yíng)對(duì)兩側(cè)建構(gòu)筑物振動(dòng)影響的角度考慮，推薦采用450 mm厚的管片，以增加結(jié)構(gòu)剛度，提高結(jié)構(gòu)減振作用。

4) 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果如下：盾構(gòu)管片采用錯(cuò)縫拼裝，計(jì)算模型的選擇需考慮管片接頭對(duì)管片剛度的折減。采用修正慣用法進(jìn)行分析，把多塊管片構(gòu)成的圓形隧道襯砌結(jié)構(gòu)看作是剛度均一的勻質(zhì)圓環(huán)體，計(jì)算分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)隧道內(nèi)力分析Figure 5 Internal force analysis chart of shield tunnel

由圖可知，其結(jié)構(gòu)受力及變形滿足要求。最終確定其管片厚度為450 mm，從而確定其外徑為8 800 mm。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 盾構(gòu)斷面Figure 6 Tunnel shield cross-section

斷面2、斷面3基于與斷面1同等條件分析與計(jì)算后，外徑情況如表7所示。

表7 盾構(gòu)隧道外徑參數(shù)Table 7 External diameter parameters of shield tunnel mm

4 盾構(gòu)選型

本線盾構(gòu)段隧道埋深受控于既有的東西走向的南水北調(diào)南干渠，因南干渠隧道上面覆土較少，盾構(gòu)隧道僅具備下穿南水北調(diào)干渠的條件。盾構(gòu)隧道與南水北調(diào)南干渠剖面關(guān)系如圖7所示。

圖7 與南水北調(diào)南干渠的剖面關(guān)系Figure 7 Sectional relationship with South Main Channel of South-to-North Water Transfer Project

根據(jù)南水北調(diào)有關(guān)文件的要求，在對(duì)南干渠進(jìn)行穿越時(shí)，其豎向凈距要盡量拉開(kāi)一倍的隧道洞徑，因此當(dāng)隧道斷面尺寸增加時(shí)，隧道底埋深將呈雙倍關(guān)系增加。不同斷面形式的隧道結(jié)構(gòu)與地層及地下水的關(guān)系如表8所示。

表8 單洞單線與單洞雙線方案的對(duì)比Table 8 Comparison of single-hole and single-line and single-hole scheme and double-line schem

考慮單洞單線盾構(gòu)隧道僅局部穿越大粒徑卵石⑦、卵石⑨層，且進(jìn)入卵石深度及入水深度均較少，結(jié)合北京地區(qū)以往盾構(gòu)工程的施工經(jīng)驗(yàn)及習(xí)慣做法，推薦采用土壓平衡盾構(gòu)[6-10]。因單洞雙線盾構(gòu)隧道較長(zhǎng)范圍穿越大粒徑卵石⑦、卵石⑨層，局部進(jìn)入卵石層，同時(shí)最大入水深度達(dá)17 m，結(jié)合北京地區(qū)以往盾構(gòu)工程經(jīng)驗(yàn)，推薦采用泥水平衡盾構(gòu)。

5 方案對(duì)比

5.1 工期

大興機(jī)場(chǎng)線于2016年底完成PPP招標(biāo)工作，而2019年9月30日要完成通車(chē)建設(shè)。2017年初盾構(gòu)機(jī)還沒(méi)有開(kāi)始加工制作，沿盾構(gòu)工程建設(shè)時(shí)間軸，留給盾構(gòu)機(jī)采購(gòu)、盾構(gòu)機(jī)加工制作、盾構(gòu)用地協(xié)調(diào)、盾構(gòu)機(jī)到場(chǎng)及調(diào)試、盾構(gòu)始發(fā)及接收結(jié)構(gòu)施作、盾構(gòu)隧道正線結(jié)構(gòu)掘進(jìn)施工及附屬結(jié)構(gòu)施工的時(shí)間不足 20個(gè)月，各建設(shè)環(huán)節(jié)需緊密銜接，且必須保證高效高質(zhì)量完成，工程建設(shè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

5.1.1 盾構(gòu)機(jī)基本情況

項(xiàng)目調(diào)研了國(guó)內(nèi)外廠家盾構(gòu)加工及制作時(shí)間、到廠及調(diào)試時(shí)間，詳見(jiàn)表9、10。

表9 國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)基本情況信息Table 9 Basic information about domestic shield machines

由表可知，盾構(gòu)直徑越大，加工制作周期和到場(chǎng)調(diào)試時(shí)間越長(zhǎng)。

5.1.2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)間

考慮盾構(gòu)區(qū)間隧道上方的覆土需至少滿足1倍洞徑的要求，單洞雙線區(qū)間埋深原則均大于27.60 m，相對(duì)于單洞單線方案，對(duì)應(yīng)埋深為19.8 m及17.6 m。由表可知，直徑越大與富水砂卵石地層的矛盾越大。經(jīng)與多家施工單位研究確定，13.8 m盾構(gòu)隧道比9.9 m盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)1.5個(gè)月左右，比8.8 m盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)2個(gè)月左右。

5.1.3 配套結(jié)構(gòu)施作時(shí)間

8.8m單洞單線方案在盾構(gòu)結(jié)構(gòu)全部施工完畢后，需要施作聯(lián)絡(luò)通道及破除下錨段內(nèi)的盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖8)。上述作業(yè)部分可與鋪軌作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，占用絕對(duì)工期1個(gè)月。

圖8 單洞單線方案二次結(jié)構(gòu)情況Figure 8 Secondary-structure of single-hole and single-line scheme

9.9 m單洞單線方案在相比8.8 m可節(jié)約小錨段處理時(shí)間，但下錨點(diǎn)處理時(shí)間可并入聯(lián)絡(luò)通道處理時(shí)間。

單洞雙線方案在盾構(gòu)結(jié)構(gòu)完全施工完畢后施作(見(jiàn)圖9)，根據(jù)目前掌握情況，做法有兩種，分述如下：

圖9 單洞雙線方案二次結(jié)構(gòu)情況Figure 9 Secondary-structure of single-hole and double-line scheme

1) 軌道下二次結(jié)構(gòu)與中隔墻采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，考慮施工工作距離長(zhǎng)達(dá)3.2 km，需4～6個(gè)月。

2) 軌道下二次結(jié)構(gòu)采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，中隔墻采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，考慮施工工作距離長(zhǎng)達(dá)3.2 km，需約2個(gè)月。

3) 用地協(xié)調(diào)時(shí)間。在3種盾構(gòu)中，8.8 m盾構(gòu)相比其他盾構(gòu)增加下錨段處理用地 32處，每處用地約300 m2。用地協(xié)調(diào)量較大，協(xié)調(diào)工期存在不可控因素。

5.2 造價(jià)

在造價(jià)對(duì)比中，考慮了盾構(gòu)機(jī)加工制作成本、正線結(jié)構(gòu)造價(jià)、始發(fā)及接收結(jié)構(gòu)、過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)造價(jià)5個(gè)方面。

1) 盾構(gòu)機(jī)造價(jià)。根據(jù)項(xiàng)目對(duì)國(guó)內(nèi)外廠家的調(diào)研情況，詳見(jiàn)表10、11。

表10 進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)基本情況信息Table 10 Basic information about imported shield machines

2) 正線造價(jià)。結(jié)合北京市的相關(guān)指標(biāo)及已有盾構(gòu)工程施工經(jīng)驗(yàn)制定，詳見(jiàn)表11。

表11 盾構(gòu)造價(jià)指標(biāo)Table 11 The price index of tunneling shield

3) 始發(fā)及接收結(jié)構(gòu)造價(jià)。盾構(gòu)始發(fā)及接收結(jié)構(gòu)在同等技術(shù)條件下，采用單洞雙線結(jié)構(gòu)比單洞單線結(jié)構(gòu)層數(shù)增加1～2層，同時(shí)長(zhǎng)度略有增長(zhǎng)。全線盾構(gòu)始發(fā)井5處，接收井5處。全線梳理后，13.8 m盾構(gòu)相比8.8 m盾構(gòu)投資增加2.6億元，9.9 m盾構(gòu)相比8.8 m盾構(gòu)增加0.3億元。

4) 明挖與盾構(gòu)過(guò)渡區(qū)造價(jià)。以磁各莊站為例，比較13.8 m單洞雙線方案與8.8 m單洞單線方案在車(chē)站—區(qū)間過(guò)渡段、地下—高架過(guò)渡段的區(qū)別，兩方案在磁各莊站及前后區(qū)間的工法如圖10、11所示。

圖10 單洞單線方案Figure 10 Single-hole and single-line scheme

圖11 單洞雙線方案Figure 11 Price index of tunneling shield

磁各莊站北段區(qū)間，單洞雙線方案不滿足盾構(gòu)始發(fā)或接收覆土厚度的要求，向北敷設(shè)約270 m后采用盾構(gòu)施工，跨路口約80 m采用暗挖法施工，另190 m采用明挖法施工；單洞單線方案可由車(chē)站北端正常盾構(gòu)始發(fā)或接收。磁各莊站南段區(qū)間，單洞單線方案同樣能正常盾構(gòu)始發(fā)或接收，單洞雙線方案需先向南明挖約345 m后盾構(gòu)施工。

北航站樓站—磁各莊站區(qū)間包含高架段，高架段與盾構(gòu)段通過(guò)明挖段和U槽的過(guò)渡段銜接，盾構(gòu)段與明挖段按1倍盾構(gòu)外徑覆土作為分界點(diǎn)，兩方案縱斷面如圖12、13所示。

圖12 8.8 m單洞單線方案盾構(gòu)接高架過(guò)渡段Figure 12 Transition of shield tunneling and viaduct with 8.8 m single-hole and single-line scheme

圖13 13.8 m單洞雙線方案盾構(gòu)接高架過(guò)渡段Figure 13 Transition of shield tunneling and viaduct with 13.8 m single-hole and double-line scheme

盾構(gòu)接高架過(guò)渡段，單洞雙線方案明挖框架長(zhǎng)度約805 m，U槽段長(zhǎng)約380 m；單洞單線方案明挖框架長(zhǎng)度約430 m，U槽段長(zhǎng)約380 m。經(jīng)比較，過(guò)渡段單洞雙線結(jié)構(gòu)比單洞單線結(jié)構(gòu)投資增加3.3億元。

將9.9 m與8.8 m單洞單線隧道按同樣方法進(jìn)行對(duì)比，可見(jiàn)投資增加了0.5億元。

5) 配套結(jié)構(gòu)造價(jià)。8.8 m盾構(gòu)隧道的附屬工程為聯(lián)絡(luò)通道+下錨點(diǎn)處理，9.9 m盾構(gòu)隧道的附屬工程為聯(lián)絡(luò)通道，13.8 m盾構(gòu)隧道的附屬工程為軌道下二次結(jié)構(gòu)及中隔墻。

8.8 m盾構(gòu)相比13.8 m盾構(gòu)增加了0.8億元，相比9.9 m盾構(gòu)增加了2.5億元。

5.3 風(fēng)險(xiǎn)

大興機(jī)場(chǎng)線一期工程盾構(gòu)段沿線環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程共162處，通過(guò)適當(dāng)安全距離的控制，各種型式的盾構(gòu)均可保證穿越的安全，但盾構(gòu)直徑大風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)適當(dāng)增加。

不同直徑盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的差異主要體現(xiàn)在穿越地層上，受沿線既有風(fēng)險(xiǎn)源控制，直徑越大進(jìn)入富水砂卵石的深度及范圍越大，13.8 m盾構(gòu)大范圍進(jìn)入富水砂卵石，施工風(fēng)險(xiǎn)相比單線單洞顯著增加。

5.4 方案對(duì)比

方案整體對(duì)比詳見(jiàn)表12。由表可知，13.8 m的單洞雙線隧道難以滿足大興機(jī)場(chǎng)線的工期要求。同時(shí)，因其造價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)較大，在后續(xù)160 km/h的地鐵線路中也不具備應(yīng)用前景。

表12 方案整體對(duì)比Table 12 Comparison of overall schemes

9.9 m的盾構(gòu)工期存在一定的壓力，但前期工作相對(duì)可控，但考慮其工程費(fèi)用增加較多，建設(shè)各方?jīng)Q定用其增加費(fèi)用中的小部分投入到剛性接觸網(wǎng)的研究應(yīng)用中，以解決8.8 m盾構(gòu)下錨點(diǎn)用地協(xié)調(diào)不可控的問(wèn)題。大興機(jī)場(chǎng)線現(xiàn)已經(jīng)以剛性接觸網(wǎng)為基礎(chǔ)投入運(yùn)營(yíng)，目前運(yùn)營(yíng)狀況良好。經(jīng)綜合對(duì)比，最終推薦大興機(jī)場(chǎng)線采用8.8 m的單洞單線結(jié)構(gòu)，其參數(shù)配置如表13所示。

表13 盾構(gòu)參數(shù)Table 13 Tunneling shield parameters

因?yàn)槠?，?duì)于表中某些參數(shù)選取的原因不再做詳細(xì)論述。

6 結(jié)語(yǔ)

1) 對(duì)車(chē)-隧阻塞比、設(shè)備限界及盾構(gòu)選型的研究分析得出，在160 km/h速度目標(biāo)下，新型D型車(chē)盾構(gòu)隧道內(nèi)凈空尺寸不受車(chē)-隧阻塞比控制，而受高度方向的設(shè)備功能空間需求控制。

2) 目前該線運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)，人員體感舒適，證明對(duì)于車(chē)-隧阻塞比及設(shè)備的選擇是合理可行的。

3) 確定了盾構(gòu)隧道不同斷面形式的內(nèi)徑及外徑，并就其工期、造價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了比選研究，最終確定了大興機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)隧道為外徑8.8 m的單洞單線結(jié)構(gòu)。

4) 在城市軌道交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)下，160 km/h的地鐵線路采用單洞雙線結(jié)構(gòu)，工期、造價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)上均存在明顯劣勢(shì)。因此，除城市地下空間資源極其緊張外，在后續(xù)類(lèi)似工程選型中不推薦采用這種結(jié)構(gòu)。

5) 將25 kV柔性接觸網(wǎng)下錨點(diǎn)設(shè)置于盾構(gòu)內(nèi)，造價(jià)增加顯著。對(duì)比設(shè)備優(yōu)化投資，經(jīng)濟(jì)效益差，所以不予推薦。

6) 大興機(jī)場(chǎng)線的工程實(shí)踐證明，該線的盾構(gòu)選型實(shí)現(xiàn)了大興機(jī)場(chǎng)線地下段的安全快速建造，適應(yīng)了苛刻的工期，同時(shí)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7) 系統(tǒng)介紹了涉及盾構(gòu)選型的各要素，可供后續(xù)工程借鑒。