盾構(gòu)法施工“側(cè)始發(fā)”方案研究及設(shè)計(jì)

張 瑩，符瑞安

（1. 天津三號(hào)線軌道交通運(yùn)營有限公司，天津 300190； 2. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

1 引言

盾構(gòu)法施工由于機(jī)械化程度高、安全性高及對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的地鐵區(qū)間隧道采用。一般情況下，盾構(gòu)法施工利用車站端頭盾構(gòu)井進(jìn)行始發(fā)或接收；但是隨著軌道交通建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，車站施工方法已由單一的明挖法發(fā)展到現(xiàn)在明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法等多種方法并存的局面[1-3]；特別是在交通壓力比較大的城市主干道下修建地鐵常常采用蓋挖法或者淺埋暗挖法，盾構(gòu)始發(fā)或接收無法利用車站端頭盾構(gòu)井，如何在這種情況下實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的始發(fā)或接收是區(qū)間施工亟待解決的問題。

針對(duì)此情況，部分專家和學(xué)者提出了盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”的施工理念，即在區(qū)間正線上方無開洞條件時(shí)，利用地鐵車站的風(fēng)道或工作井從區(qū)間正線的一側(cè)進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)，在區(qū)間正線范圍內(nèi)常采用淺埋暗挖法或蓋挖法來避免對(duì)城市主干道交通的影響。

沈陽地鐵1號(hào)線創(chuàng)新性地利用車站風(fēng)道進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)施工，解決了由于車站蓋挖而無法設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井的問題，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2]；長春地鐵2號(hào)線在區(qū)間上方是交通主干道的情況下，在區(qū)間兩端車站均采用暗挖法施工，采用“側(cè)向π型始發(fā)”的方案，有效節(jié)省施工工期、降低施工成本。周祖斌[4]結(jié)合此工程對(duì)“π型”雙橫通道盾構(gòu)快速平移組裝技術(shù)進(jìn)行研究，解決盾構(gòu)曲線平移、轉(zhuǎn)體等問題。

目前，國內(nèi)外在盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”方面的研究較少，可借鑒的實(shí)際工程案例也較少。盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”尚未形成較為成熟的體系和適用性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)施工模式。因此，本文依托某地鐵區(qū)間對(duì)盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”施工模式和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，解決復(fù)雜環(huán)境下無法利用車站端頭井始發(fā)的難題，增加國內(nèi)盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”工程成功案例，以期為后續(xù)隧道施工工程提供借鑒和參考。

2 工程背景

2.1 區(qū)間概況

某地鐵區(qū)間長度約為1 360 m，線間距17～55 m。區(qū)間線路縱斷采用單向坡，縱坡7‰，區(qū)間隧道埋深約25～34 m。本段區(qū)間位于市區(qū)繁華地段，沿線道路交通十分繁忙，道路兩側(cè)多為中高層的住宅小區(qū)、商務(wù)樓，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜。區(qū)間兩端車站均采用淺埋暗挖法施工。本段區(qū)間隧道穿越風(fēng)險(xiǎn)源主要在于對(duì)1座在建地鐵車站、1座已經(jīng)運(yùn)營的地鐵車站、2座大型立交橋及2座人行天橋的穿越。

2.2 地質(zhì)條件

（1）工程地質(zhì)。本段區(qū)間隧道主要穿越地層以密實(shí)的卵石-圓礫⑦層和粉細(xì)砂⑨1層為主，局部為可塑的粉質(zhì)黏土⑧層。

（2）水文地質(zhì)。本段區(qū)間隧道穿越段地層普遍分布層間潛水（四）。層間潛水（四）穩(wěn)定水位標(biāo)高為16.93 ～18.90 m，水位埋深為30.20～33.95 m。含水層巖性主要為卵石-圓礫⑦層和卵石-圓礫⑨層，局部為中粗砂⑦1層和粉細(xì)砂⑦2層，透水性較好。本段區(qū)間的層間潛水基本無承壓性，但區(qū)間大部分進(jìn)入含水層。

2.3 區(qū)間建設(shè)難點(diǎn)

（1）本段區(qū)間隧道沿線穿越眾多風(fēng)險(xiǎn)源，包括在建地鐵車站、既有地鐵車站、大型立交橋以及人行天橋等，且本段區(qū)間隧道一大部分進(jìn)入地下水層。

（2）區(qū)間兩端車站均采用淺埋暗挖法施工；盾構(gòu)區(qū)間隧道上方屬于繁忙交通主干道，無盾構(gòu)始發(fā)及接收條件。

3 側(cè)始發(fā)方案研究

3.1 方案 1：風(fēng)道“側(cè)始發(fā)”方案

風(fēng)道“側(cè)始發(fā)”方案即借鑒沈陽地鐵1號(hào)線案例，采用將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與后配套臺(tái)車在車站風(fēng)道預(yù)留孔下井并組裝，然后移至車站內(nèi)連接、調(diào)試，始發(fā)掘進(jìn)某區(qū)間的施工方式。

如圖1所示，方案1利用風(fēng)道通風(fēng)口兼做盾構(gòu)始發(fā)及出土井，將風(fēng)道暗挖段作為側(cè)始發(fā)橫通道，在車站的中心位置設(shè)置臨時(shí)道岔，作為盾構(gòu)施工出渣及進(jìn)料路線。

3.2 方案 2：“π 型側(cè)始發(fā)”方案

方案2即將盾構(gòu)區(qū)間的一側(cè)空地作為盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地，設(shè)置側(cè)始發(fā)盾構(gòu)井。為實(shí)現(xiàn)2臺(tái)盾構(gòu)同時(shí)施工出土并及時(shí)輸送管片的目標(biāo)，在豎井及橫通道內(nèi)布置2條運(yùn)輸線路，避免不同施工作業(yè)活動(dòng)之間相互干擾，給工程的實(shí)施提供良好的條件。

如圖2所示，該方案可實(shí)現(xiàn)2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)施工，而且對(duì)周邊影響較??；盾構(gòu)始發(fā)也不需要受車站提供盾構(gòu)始發(fā)條件及工期的制約。

3.3 方案 3：后配套“側(cè)始發(fā)”方案

鑒于“π型側(cè)始發(fā)”方案存在暗挖工程量較大的缺陷，方案3提出新型“側(cè)始發(fā)”模式。如圖3所示，該區(qū)間側(cè)始發(fā)方案將區(qū)間一側(cè)空地作為盾構(gòu)始發(fā)井施工場(chǎng)地，新建1處盾構(gòu)始發(fā)井、1 處側(cè)始發(fā)橫通道、1處暗挖后配套區(qū)間，為滿足施工出土的需要，新建1處出土井及后配套橫通道。

該方案廢棄工程較“π型側(cè)始發(fā)”方案大幅減少，但始發(fā)效率較低，2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)先后始發(fā)后施工作業(yè)活動(dòng)交叉較多，適用于對(duì)工期要求不高的工程。

3.4 方案 4：單區(qū)間“側(cè)始發(fā)”方案

方案4即是首先將一側(cè)盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)置在盾構(gòu)區(qū)間正線范圍內(nèi)，并在區(qū)間對(duì)側(cè)設(shè)置暗挖后配套區(qū)間為盾構(gòu)施工服務(wù)。另一側(cè)盾構(gòu)區(qū)間的始發(fā)利用此始發(fā)井施作側(cè)始發(fā)橫通道并設(shè)置道岔，實(shí)現(xiàn)本側(cè)盾構(gòu)區(qū)間的吊裝及出土，如圖4所示。

該方案即是在方案3的基礎(chǔ)上調(diào)整區(qū)間平面，使區(qū)間正線一側(cè)位于地塊內(nèi)，在正線上施做盾構(gòu)井，在盾構(gòu)井后面設(shè)置暗挖后配套區(qū)間；另一側(cè)區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)利用側(cè)始發(fā)橫通道內(nèi)設(shè)置的道岔，以實(shí)現(xiàn)從盾構(gòu)井吊裝及出土。

3.5 各方案對(duì)比分析

結(jié)合以上4種方案設(shè)計(jì)，對(duì)方案特點(diǎn)及適用條件進(jìn)行了對(duì)比分析。由表1可知，各方案均有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用的特定工況；但綜合比較下，方案4具有橫通道較短、工程量較小、廢棄工程少等優(yōu)點(diǎn)并且可適用于各類工程條件。因此，選取方案4作為解決本工程難題的最優(yōu)方案；下文將根據(jù)方案4進(jìn)行本工程盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”詳細(xì)設(shè)計(jì)。

表1 各方案對(duì)比

4 “側(cè)始發(fā)”方案設(shè)計(jì)

4.1 盾構(gòu)井設(shè)計(jì)

針對(duì)本地鐵區(qū)間盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”，設(shè)置1座盾構(gòu)井，如圖5所示。該盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)長17.57 m，寬12.85 m，高32.1 m，為地下4層框架結(jié)構(gòu)，覆土5 m，采用明挖法施工?；由罴s37.3 m，采用Φ1 000@1 400 mm鉆孔灌注樁圍護(hù)型式，內(nèi)支撐均采用Φ609×16 mm鋼支撐，水平間距3 m。

4.2 暗挖通道設(shè)計(jì)

如圖6所示，本工程盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”橫通道斷面采用圓拱頂直墻形式，底板為仰拱結(jié)構(gòu)。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，開挖寬度14.5 m，高度18.117 m，初支為350 mm厚的噴射混凝土。

4.3 暗挖后配套區(qū)間設(shè)計(jì)

盾構(gòu)后配套暗挖區(qū)間長45 m，開挖斷面寬10.2 m，高10.3 m，結(jié)構(gòu)斷面為馬蹄形，采用交叉中隔墻法（CRD法）施工如圖7所示。

5 結(jié)論

本文對(duì)比分析了多種盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”方案，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用效果對(duì)盾構(gòu)“側(cè)始發(fā)”方式提出以下建議。

（1）盾構(gòu)井的設(shè)置盡量結(jié)合車站風(fēng)道或明挖出入口，以減少廢棄工程量。

（2）盡量縮短側(cè)始發(fā)橫通道的長度，以減少廢棄工程量。

（3）暗挖后配套區(qū)間建議施做完二襯后再盾構(gòu)空推，以降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

（4）合理設(shè)置出土孔，盾構(gòu)洞內(nèi)運(yùn)輸通道設(shè)置是設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

（5）盾構(gòu)接收較為簡單，無需考慮盾構(gòu)出土井的設(shè)置，只需考慮盾構(gòu)平移吊出即可，建議直接從車站風(fēng)道側(cè)平移吊出。