盾構(gòu)始發(fā)輔助豎井及橫通道設(shè)計(jì)探討

賀善寧

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

在城市軌道交通隧道施工中，由于受地表?xiàng)l件限制，通常在線路兩側(cè)有條件的地方設(shè)置施工豎井，以聯(lián)絡(luò)通道連接豎井和正線隧道，豎井和聯(lián)絡(luò)通道作為臨時(shí)輔助通道在施工后通常予以回填或作為區(qū)間風(fēng)道予以保留。如何進(jìn)行井位選擇，充分發(fā)揮豎井的工效是設(shè)置豎井首先應(yīng)考慮的因素。如果考慮作為盾構(gòu)始發(fā)輔助豎井使用，就必須考慮有軌運(yùn)輸情況下，橫通道與正線隧道的相交方式及橫通道、豎井的空間要求;本文就滿足有軌運(yùn)輸條件下的盾構(gòu)始發(fā)輔助井及橫通道的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 工程地理位置及工程范圍

北京站至北京西站地下直徑線工程為連接北京市2大鐵路樞紐站北京站、北京西站的地下連接線，為單洞雙線鐵路隧道，除在線路的進(jìn)出口附近采用明挖和淺埋暗挖法施工外，其余采用盾構(gòu)法施工;其中，在天寧寺設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)豎井，盾構(gòu)由西向東掘進(jìn)，工程平面圖見(jiàn)圖1。

盾構(gòu)始發(fā)豎井位于天寧寺立交橋2號(hào)匝道橋下北側(cè)綠地，豎井中心里程為DK6+795.6，豎井向東為盾構(gòu)法施工區(qū)間隧道，DK6+787.1～+804.1為盾構(gòu)始發(fā)井，豎井向西為淺埋暗挖法施工區(qū)間隧道，豎井工程平面見(jiàn)圖2。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本區(qū)域地質(zhì)主要以砂層、砂卵石地層為主，自地表以下地層條件分布為:0～－4.8 m為素填土及雜填土;－4.8～ －9.2 m 為細(xì)砂;－9.2～－15.8 m為圓礫、卵石及圓礫;－15.8 ～ －27.5 m為 卵 石、圓 礫;－27.5～ －31.4 m 為 粗 砂;－31.4～ －34.0 m 為卵石;－34.0 ～ －36.0 m 粉質(zhì)黏土;－36.0～－43 m為卵石。

地下水為層間潛水，水位相對(duì)標(biāo)高為－25.02 m。含水層主要為卵石、圓礫層及其所夾砂層，該層地下水主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給及越流補(bǔ)給，地下水流向?yàn)樽晕飨驏|。

圖1 工程平面示意圖Fig.1 Plan layout of the project

圖2 盾構(gòu)始發(fā)豎井工程平面圖Fig.2 Plan layout of shield launching vertical shaft

圖3 豎井施工平面圖Fig.3 Plan of vertical construction

2 豎井設(shè)置的必要性及井位選擇

原設(shè)計(jì)考慮利用盾構(gòu)始發(fā)井作為淺埋暗挖段的一個(gè)施工工作面，施工盾構(gòu)整體始發(fā)所需的后盲洞隧道，但受交通及管線改移的影響，盾構(gòu)始發(fā)井施工周期較長(zhǎng)，在工期方面已經(jīng)不能滿足盾構(gòu)始發(fā)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，必須增設(shè)豎井。

盾構(gòu)始發(fā)輔助豎井設(shè)置的主要作用:

1)由于盾構(gòu)始發(fā)輔助井施工周期較短，可利用盾構(gòu)始發(fā)輔助井作為淺埋暗挖隧道作業(yè)面施工盾構(gòu)整體始發(fā)所需后配套盲洞，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的整體始發(fā);

2)作為盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中的運(yùn)輸通道(運(yùn)輸管片和砂漿);

3)在盾構(gòu)始發(fā)完成后作為淺埋暗挖隧道的施工作業(yè)面。

由于在隧道正線東西向均有重要密集市政管線，不具備在隧道正線上設(shè)豎井的條件，而正線的南側(cè)緊靠天寧寺立交橋;所以，僅能在正線北側(cè)的綠地內(nèi)設(shè)置豎井，豎井通過(guò)橫通道與隧道正線連接。豎井施工平面圖見(jiàn)圖3。

3 豎井設(shè)計(jì)

根據(jù)盾構(gòu)始發(fā)吊裝和豎井提升系統(tǒng)所需作業(yè)空間，確定豎井結(jié)構(gòu)尺寸為6 m×4.6 m，考慮豎井緊鄰建筑物，為了保證建筑物及豎井的結(jié)構(gòu)安全，采用φ 1 000@1 300圍護(hù)樁作為豎井開(kāi)挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了保證豎井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，沿井筒豎向每5 m設(shè)置1道鋼筋混凝土環(huán)梁，并在豎井底至馬頭門(mén)上1 m范圍內(nèi)設(shè)置豎井襯砌，根據(jù)隧道線路高度確定豎井深度為30.8 m。豎井結(jié)構(gòu)平面見(jiàn)圖4。

4 橫通道設(shè)計(jì)

4.1 橫通道設(shè)計(jì)的邊界條件

考慮盾構(gòu)始發(fā)輔助豎井的2個(gè)功能:1)作為淺埋暗挖段的作業(yè)面;2)作為盾構(gòu)始發(fā)的輔助井。豎井設(shè)計(jì)需滿足以下幾個(gè)方面的要求。

1)作為盾構(gòu)始發(fā)輔助井的運(yùn)輸要求。①橫通道內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑不得小于40 m。②管片車(chē)堆放高度要求:橫通道最下層臨時(shí)仰拱的設(shè)置高度不得小于4.0 m。③盾構(gòu)始發(fā)井至橫通道間的隧道長(zhǎng)度不得小于45 m，以滿足盾構(gòu)整體始發(fā)后配套的存放空間要求。

圖4 豎井結(jié)構(gòu)平面圖Fig.4 Plan of structure of vertical shaft

2)作為淺埋暗挖段的作業(yè)面。①?gòu)墓て诮嵌瓤紤]，為早日打通盾構(gòu)始發(fā)輔助井橫通道處的淺埋暗挖作業(yè)面，以便在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提供盾構(gòu)所需的后配套長(zhǎng)度。②考慮橫通道與正線交叉口的施工安全。③豎井橫通道施工的可操作性及工期。

4.2 橫通道平面設(shè)置方案

橫通道受北側(cè)建筑物影響及井位限制，在進(jìn)入正線之前橫通道的中線方位角是已知的，主要確定橫通道與正線隧道的交叉方式，常規(guī)的橫通道與正線隧道的交叉主要有以下幾種方案。

4.2.1 方案 1

可在橫通道進(jìn)入隧道正線之前將橫通道中線調(diào)整至與隧道中線正交，采用正交方式進(jìn)入正線隧道施工，方案1見(jiàn)圖5。

圖5 方案1示意圖Fig.5 Option 1

4.2.2 方案 2

可在橫通道進(jìn)入隧道正線之前將橫通道斷面縮小，設(shè)置堵頭墻，再與正線隧道正交，采用正交方式進(jìn)入正線隧道施工，方案2見(jiàn)圖6。

圖6 方案2示意圖Fig.6 Option 2

4.2.3 方案 3

橫通道直接與正線隧道正交，在橫通道交叉口斷面采用CRD工法施工，并在襯砌施工完成后，進(jìn)行正線隧道施工，方案3見(jiàn)圖7。

圖7 方案3示意圖Fig.7 Option 3

4.2.4 方案比選。

見(jiàn)表1。

表1 橫通道平面設(shè)置方案對(duì)比表Table 1 Designing selection of passway

經(jīng)過(guò)以上方案比選，綜合考慮設(shè)置橫通道主要是為盾構(gòu)始發(fā)服務(wù)的功能要求，選擇方案3作為首選方案，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要進(jìn)一步優(yōu)化;如橫通道交叉口斷面采用CRD工法施工，在交叉口斷面正線開(kāi)洞處周邊設(shè)置加強(qiáng)環(huán)梁，同時(shí)，按要求在交叉口斷面襯砌結(jié)束后進(jìn)行隧道正線開(kāi)挖施工等措施保證隧道施工安全。

4.3 橫通道縱向設(shè)計(jì)

橫通道縱向設(shè)計(jì)采用在豎井井壁上開(kāi)小馬頭門(mén)，再爬高，然后采用CRD工法施工交叉口大斷面的方式。

采用此方式的橫通道縱斷面設(shè)計(jì)，爬高段施工存在較大的困難，因?yàn)楣安刻幱谒缮⒌纳奥咽貙樱谔Ц呤┕さ那闆r下，超前支護(hù)施作困難，拱部易出現(xiàn)局部坍塌。橫通道縱斷面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖8。

圖8 橫通道縱斷面設(shè)計(jì)Fig.8 Cross-section of passway

由于橫通道本身的長(zhǎng)度較短，僅30 m，可對(duì)以上縱斷面方案進(jìn)行優(yōu)化，采用在豎井井壁上開(kāi)大斷面直接進(jìn)洞的方式(見(jiàn)圖9)。此方案使工程量適當(dāng)增加，但施工更為方便，橫通道結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

圖9 優(yōu)化后的橫通道縱斷面設(shè)計(jì)Fig.9 Optimized cross-section of passway

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)始發(fā)輔助井及橫通道的方案比選、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從施工的角度反饋信息給設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案更適合現(xiàn)場(chǎng)施工操作。

盾構(gòu)始發(fā)輔助井及橫通道于2006年8月開(kāi)工，2006年12月完成豎井施工，2007年3月完成橫通道開(kāi)挖及襯砌，開(kāi)始進(jìn)入正線施工，施工過(guò)程中未發(fā)生任何安全質(zhì)量事故，地表沉降控制在30 mm以?xún)?nèi)，在工期上滿足盾構(gòu)始發(fā)的節(jié)點(diǎn)時(shí)間要求，順利實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)一次整體始發(fā)。

［1］ 施仲衡，張彌，王新杰，等.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工［M］.陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.(SHI Zhongheng，ZHANG Mi，WANG Xinjie， et al.The design and construction of underground railway［M］.Shaanxi Science and Technology Press，1997.(in Chinese))

［2］ GB 50157—2003.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范.(GB 50157—2003.Code for Metro Design.(in Chinese))

［3］ 李靜.豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞施工方案比選［J］.隧道建設(shè)，2008，28(4):83 － 85.(LI Jing.Comparison of construction schemes for conversion from horizontal adit driving to main tunnel driving［J］.Tunnel Construction，2008，28(4):83 －85.(in Chinese))

［4］ 尚秀云.地鐵區(qū)間暗挖段豎井和馬頭門(mén)進(jìn)洞施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.國(guó)防交通工程與技術(shù)，2007(3):57 －60.(SHANG Xiuyun.Key techniques for the construction of shafts in the tunneled sections of the tube and the Horse＇s Head Gate Inlet［J］.Traffic Engineering and Technology forNational Defence，2007(3):57 －60.(in Chinese))