地鐵施工中盾構分體始發分析

劉欣

摘 要：隨著城市的高速發展和盾構施工技術的不斷進步，地鐵隧道施工已普遍采用盾構法。湖南省長沙市軌道交通4號線二標段盾構區間的施工組織和管理受始發場地限制，需要在69.3 m車站主體結構內進行分體始發。本文結合工程實例，介紹了分體始發及施工過程中所遇到的技術問題及處理方法，為車站主體結構施工與盾構始發的矛盾提供良好的解決方案。

關鍵詞：盾構分體始發;場地布置;地鐵施工

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0082-05

Analysis on the Origination of Shield Tunnel Split in Subway Construction

LIU Xin

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： With the rapid development of the city and the continuous progress of shield construction technology， the construction of subway tunnels has basically adopted the shield method. The construction organization and management of the shield tunnel section of the second bidding section of Changsha Rail Transit Line 4 is restricted by the starting site， and it needs to be launched separately within the main structure of the 69.3 m station. Based on engineering examples， this paper introduces the technical problems encountered during the split start and construction process and their treatment methods， and provides a good solution for the contradiction between the main structure construction of the station and the start of the shield.

Keywords： shield split launch;site layout;subway construction

河南省長沙市軌道交通4號線阜埠河站—碧沙湖站區間（以下簡稱“阜碧區間”）西起阜埠河站，沿阜埠河路展布，在里程YCK31+700～YCK32+850段橫穿湘江，東至碧沙湖站。該段設計里程為YCK31+162.700～YCK32+905.200。該段左線長為174.236 m，短鏈為13.839 m，右線長為178.575 m。Φ6 250 mm土壓平衡盾構機施工期間，區間最小彎曲半徑為400 m，行距為13.0～18.5 m，最大縱向梯度為28‰。管片環外徑為6 m，內徑為5.4 m，寬度為1.5 m，厚度為0.3 m，采用C50混凝土，混凝土抗滲等級達到P12。阜碧區間線路示意圖如圖1所示。

1 工程概況

1.1 工程地質

阜碧區間主要位于湘江兩側Ⅰ級沖積階地及湘江河床地貌單元，場地第四系覆蓋層厚度為2.00～27.80 m，下伏基巖為白堊系礫巖、泥盆系砂巖，屬較碎～較完整巖體。隧道始發段的地層主要為中風化礫巖（天然抗壓強度為3.17～12.57 MPa），局部存在強風化礫巖（天然抗壓強度為1.04～2.94 MPa），地層簡單。在施工過程中，應防止基巖強風化、中風化帶因遇水軟化而導致強度降低。

1.2 施工環境

受拆遷影響，地鐵站分階段進行施工，已完工車站結構總長度為69.3 m，車站深度為34 m，而盾構機總長度為83 m，車站結構長度小于盾構機總長度。所以，阜碧區間盾構只能采用“一次始發，二次組裝”的始發方式。本區間為長沙地鐵首個盾構分體始發區間。

1.3 施工進度

阜碧區間右線2017年2月28日始發，2017年4月5日完成分體始發掘進。阜碧區間左線2017年5月4日始發，2017年6月6日完成分體始發掘進。

2 盾構分體始發施工分析

2.1 盾構分體始發場地布置

根據車站情況，盾構分體始發將盾體、設備橋、1#拖車、2#拖車、3#拖車下井（將出渣口改至3#拖車末端），其余后配套臺車放置于地面車站旁邊，利用軟管進行管線的延長。延長管線從盾構井口處進入車站底板，與3#拖車連接。3#拖車主要設備有配電柜、循環水泵及泡沫系統等。盾構分體始發平面圖如圖2所示，盾構分體始發剖面圖如圖3所示，盾構分體始發的地面拖車布置如圖4所示。

2.2 盾構分體始發的重難點與解決方案

2.2.1 主電力系統。由于變壓器設置于3#拖車配電柜，4#拖車變壓出線母排需要使用延長電纜與3#拖車配電柜接線。在3#拖車尾部右側增加接線箱，原盾構機變壓出線母排接線改接至接線箱，增加接線箱至變壓器出線母排延長線[1]。盾構分體始發的電纜延長線如表1所示，盾構分體始發的地面電纜布置如圖5所示，盾構分體始發的井下延長電纜布置如圖6所示。

2.2.2 內、外循環水系統。盾構機內循環水泵設置于4#拖車。由于4#拖車放置于地面，車站內盾構機上的部分設備需要內循環水冷卻，而4#～6#拖車上的設備不需要內循環水冷卻。考慮經濟效益，于3#拖車尾部左側設放置平臺，將內循環水泵改裝到3#拖車尾部左側，然后將內循環水泵與3#拖車內循環水系統管路連接。外循環水管卷筒位于6#拖車尾部右側，循環水池位于車站底板，由于4#～6#拖車上的設備不需要用到外循環水[2]，將外循環水管直接從外循環水泵連接至3#拖車尾部左側的外循環過濾器，經過濾器連接至內、外循環水的熱交換器。盾構分體始發的內循環系統布置如圖7所示。需要注意的是，右線靠近走道板側，左線靠近隧道照明側。

2.2.3 皮帶輸送系統。由于皮帶主驅動電機位于5#拖車尾部，在盾構機出廠前對3#拖車進行改裝，增設皮帶輸送機接口，并將皮帶機驅動電機與擋泥板、刮渣板整體改裝至3#拖車尾部。盾構分體始發的皮帶輸送系統布置如圖8所示。

2.2.4 渣土運輸與管片運輸系統。盾構出土口設置于主體結構第二段處，受車站結構長度限制，盾構機與后備套3#拖車組裝連接完成后，3#拖車尾部距車站隔墻只有13 m。同時，3#拖車尾部位于車站主體結構第7軸上翻梁起坡處，無法在管片車上直接使用叉車進行管片及渣土倒運，也無法使用出土口進行渣土吊運[3]。盾構-2環掘進完成后，方可直接使用叉車進行管片及渣土倒運。管片運輸及盾構-3環掘進時，盾構機需要出渣。盾構分體始發的盾構機與車站結構關系如圖9所示。

根據現場實際情況，關于盾構-2環前的管片及渣土吊運難題，經多次討論，最終參考廣東深圳地鐵7號線沙尾站軌頂風道吊籃施工的可移動式懸吊支架模板系統，在管片小車上方用H型鋼焊接一個門字架，門字架上放置可左右移動滑輪，滑輪上連接一個掛鉤，掛鉤上放置一個手拉葫蘆[4-5]。在臺車與車站站臺結構間鋪設軌道，放置一個管片小車。出渣時，將小渣斗掛在手拉葫蘆上，人工拉動手拉葫蘆將小渣斗提升，然后平移至另一個管片小車上，推至第6軸和第7軸之間，用叉車叉起小渣斗，運送至另一條隧道的車站預留出渣口，用龍門吊將小渣斗吊至地面出渣。轉運管片時，與出渣過程相反。盾構分體始發-2環掘進完成前管片及渣土倒運如圖10所示。

始發掘進20環后，出土口位置脫離拖車范圍，電瓶車重新編組，采用電瓶車機頭（8.70 m）+兩節管片車（8.80 m）+1節砂漿車（5.50 m）+3節18 m渣車（21.84 m）進行編組（共44.84 m）。出渣、管片利用出土口進行吊運，砂漿從中板砂漿儲存罐接輸漿管道輸送至砂漿車內。

2.2.5 盾構機二次組裝。始發掘進67環后，整個盾成功發掘，負環管拆除。盾構機維修完成后，需要進行二次組裝。盾構分體始發的地面拖車下井如圖11所示，拖車下井后道岔鋪設如圖12所示。

2.3 盾構分體始發的工效統計

2.3.1 阜碧區間右線。阜碧區間右線于2017年2月28日始發，至3月24日掘進至68環，分體始發掘進共計25 d，平均工效為2.72環/d。盾構負環至13環掘進時采用電瓶車機頭（8.70 m）+1節管片車（4.40 m，放1個3 m渣斗）進行編組，因小斗出渣（每環22斗左右），共計耗時13 d，平均工效為1環/d;盾構掘進14環至68環時采用電瓶車機頭（8.70 m）+兩節管片車（8.80 m）+1節砂漿車（5.50 m）+3節18 m渣車（21.84 m）進行編組，共計耗時12 d，平均工效為4.58環/d。2017年3月25日至4月5日進行負環管片反力架始發架拆除、盾構地面臺車下井、道岔安裝、軌道鋪設、盾構地面臺車連接調試等工作，共計耗時12 d。

2.3.2 阜碧區間左線。阜碧區間左線于2017年5月4日始發，至5月28日掘進至67環，分體始發掘進共計25 d，平均工效為2.68環/d。盾構負環至14環掘進時采用電瓶車機頭（8.70 m）+1節管片車（4.40 m，放1個3 m渣斗）進行編組，因小斗出渣（每環22斗左右），共計耗時14 d，平均工效為1環/d;盾構掘進15環至67環時采用電瓶車機頭（8.70 m）+2節管片車（8.80 m）+1節砂漿車（5.50 m）+3節18 m3渣車（21.84 m）進行編組，共計耗時11 d，平均工效為4.818環/d。2017年5月29日至6月5日進行負環管片反力架始發架拆除、盾構地面臺車下井、道岔安裝、軌道鋪設、盾構地面臺車連接調試等工作，共計耗時8 d。

3 結語

由于本次分體始發為長沙地鐵第一次分體始發，前期結合阜碧區間始發場地環境，對車站結構和盾構設備進行優化，后續根據現場實際施工情況進行完善，嚴格控制各項施工工序，使得盾構分體始發掘進作業順利完成，為后續類似盾構分體始發施工積累了豐富的經驗，同時為相關設備改裝和選型提供了依據，對盾構分體始發施工具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]王崢嶸.盾構分體始發技術淺析[J].建筑機械化，2018（8）：58-59.

[2]侯孝軍，陳圓云，高小紅，等.盾構渣土處理技術研究與應用[J].云南水力發電，2021（8）：57-60.

[3]廖云洋，陳叔.南通軌道交通特殊地質條件下盾構施工的風險及對策[J].建設機械技術與管理，2020（6）：50-53.

[4]李海亮，程斐.地鐵施工盾構機選型及施工組織探討[J].工程技術研究，2021（2）：114-115.

[5]郭陜云.論我國隧道和地下工程技術的研究和發展[J].隧道建設，2004（5）：1-5.