西安盾構分體始發總體方案比選

翟春輝

摘 要：西安地鐵一號線二期盾構區間工程盾構始發由于受施工場地限制無法按正常整體始發施工，選擇合適的始發施工方案是盾構施工成敗的關鍵，因此分體始發必須根據施工現場實際情況選擇最佳的分體始發工藝最合理的始發布置，結合本工程特點對該項目工程始發方案進行綜合分析，并提出建議推薦。

關鍵詞：盾構區間；分體始發；方案比選

1 概述

西安市地鐵一號線二期工程（張家村～后衛寨段）施工總承包項目工程范圍內張家村站～后衛寨站區間隧道設計里程為：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）。區間最大縱坡28‰，最小縱坡2‰，洞頂覆土10～20.3m。區間在里程YCK5+031.708～YCK5+063.730段設置暗挖區間，長32.022m，在里程YCK5+073.503設置區間風井（兼盾構接受井），長19.6m，采用明挖法施工；區間里程在YCK5+093.330～YCK6+451.589段設置盾構區間，長1358.259m。在里程在YCK6+459.439與 ZCK6+441.675處，設置盾構始發井（同時兼盾構井～后衛寨站暗挖區間施工豎井），長15.7m，采用明挖法施工。

該段區間圍巖主要為密實狀態的中粗砂，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月份始發井實測水位埋深為26.3m），軌面埋深14.3～21.3m（始發井拱頂埋深為10.8m），圍巖分級按Ⅵ級考慮。本區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。本區段黏性土的滲透系數采用3～8m/d，砂類土的滲透系數采用25～35m/d，綜合滲透系數選用15～30m/d。

2 盾構始發方案比選

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

此方案優點：可以提前4個月進行始發。

此方案缺點：目前的地表場地很難布置后配套設備，且暗挖隧道與盾構同時施工產生干擾；暗挖隧道完成前采用11.5×7.5m的始發井出土及運輸管片、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；需延伸的盾構機的管路較長。

分體方案2：待暗挖隧道二襯結構完成后，將盾構主機放置在始發井內，連接橋及1～5臺車放置在暗挖隧道范圍內。始發負環按6環（1.5m寬）整環布置，后面放置反力架。

此方案優點：不需占用地表施工場地放置后配套臺車；負環整環拼裝可以控制好管片拼裝質量；需延伸的盾構機的管路相對方案1較短。

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

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

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，將盾構主機放置在始發井內；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（待盾構掘進至13環左右時，整環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號臺車間預留17m左右的直線長度外的富余長度；第3階段（待盾構掘進至46環左右時，整環的管片中可以包含整體盾構機）停機將1號臺車與2、3、4、5號臺車全部相連，完成始發掘進。

此方案優點：不需占用地表施工場地放置后配套臺車；80m始發階段基本都能用16m3的大斗出土，始發時間縮短；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及反力架，節省了工序轉換的時間；需延伸的盾構機的管路相對方案1較短，與方案2差不多。

此方案缺點：半環拼裝不易控制好管片拼裝質量，在安裝整環負環前需小推力掘進；同時還需增加1環負環。

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從始發開始至始發段80m完成均不需要中途停機續接管線。

此方案優點：同方案4的優點。

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；盾構僅有主機在洞內掘進，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。

分體方案5：

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

此方案優點：可以進行整體始發，加快盾構進度；減少管路連接的工作量及材料數量（原有的鋼性管路可以利用上，安裝在側面）。

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頂部構件全部拆除的問題需要設備專業方面的人員確定。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進行出土及材料上下倒運可能會出現意外情況對設備造成污染或損壞。

綜上4個分體方案及1個整體始發方案，經我項目部與我公司盾構事業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

本工程盾構隧道首先由盾構區間左線在后衛寨站盾構井分體始發，施工時采用一臺中鐵裝備制造，型號CTE6250盾構機。盾構從后衛寨站左線暗挖區間西面盾構井始發掘進，始發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機吊出，二次始發進行后衛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。

根據現場實際情況選擇方案3的施工流程。

3.1 半環分體始發工藝流程

半環分體始發分三個階段實現，工藝流程如圖1。

3.2 半環分體始發施工方法

本區間盾構始發通過-7至-3環（5*1.5=7.5m）半環安裝，-2環增加上半環反力架支撐來實現半環始發；通過盾構機與1#拖車分離、延長管線，1#拖車與后續拖車分離、延長管線來實現分體始發。盾構主機與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盾構分體方式。盾構機與連接橋及后續拖車分離，管線延長。盾構機單獨掘進，后續拖車在反向隧道內。盾構主機與1#拖車間管線總延長≥29m，盾構掘進24m，拼裝13環管片。

②洞內運輸。

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。盾構掘進每環出碴量：Q=πR2Lη=π×3.142×1.5×1.2=56m3。

管片運輸：待每環出土完畢后，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，并在隧道內設置滾筒，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機上。

3.2.2 第二階段施工

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

②洞內運輸。采用1節管片車+1節砂漿車+1節16m3渣土車。每環掘進須進行4次運輸。

3.2.3 第三階段施工

①盾構整體掘進。掘進至完成46環管片拼裝后，2#及后續拖車前移，與盾構機進行管路連接，完整安裝皮帶機，盾構整體掘進。

②洞內運輸：采用標準機車編組：1節管片車+1節砂漿車+4節16m3渣車。

4 總結

盾構分體始發在地鐵施工中案例較少，根據西安地鐵一號線二期工程施工實際情況，結合本施工方案，利用30天時間進行盾構下井吊裝、組裝調試、現場臨建布置，順利始發，此方案合理可行。