盾構法施工“側始發”方案研究及設計

張 瑩，符瑞安

（1. 天津三號線軌道交通運營有限公司，天津 300190； 2. 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

1 引言

盾構法施工由于機械化程度高、安全性高及對周邊環境影響小等優點，被越來越多的地鐵區間隧道采用。一般情況下，盾構法施工利用車站端頭盾構井進行始發或接收；但是隨著軌道交通建設技術的發展，車站施工方法已由單一的明挖法發展到現在明挖法、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，盾構始發或接收無法利用車站端頭盾構井，如何在這種情況下實現盾構的始發或接收是區間施工亟待解決的問題。

針對此情況，部分專家和學者提出了盾構“側始發”的施工理念，即在區間正線上方無開洞條件時，利用地鐵車站的風道或工作井從區間正線的一側進行盾構始發，在區間正線范圍內常采用淺埋暗挖法或蓋挖法來避免對城市主干道交通的影響。

沈陽地鐵1號線創新性地利用車站風道進行盾構始發施工，解決了由于車站蓋挖而無法設置盾構始發井的問題，取得了較好的經濟效益和社會效益[2]；長春地鐵2號線在區間上方是交通主干道的情況下，在區間兩端車站均采用暗挖法施工，采用“側向π型始發”的方案，有效節省施工工期、降低施工成本。周祖斌[4]結合此工程對“π型”雙橫通道盾構快速平移組裝技術進行研究，解決盾構曲線平移、轉體等問題。

目前，國內外在盾構“側始發”方面的研究較少，可借鑒的實際工程案例也較少。盾構“側始發”尚未形成較為成熟的體系和適用性較強的設計施工模式。因此，本文依托某地鐵區間對盾構“側始發”施工模式和設計方案進行研究，解決復雜環境下無法利用車站端頭井始發的難題，增加國內盾構“側始發”工程成功案例，以期為后續隧道施工工程提供借鑒和參考。

2 工程背景

2.1 區間概況

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

2.2 地質條件

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

（2）水文地質。本段區間隧道穿越段地層普遍分布層間潛水（四）。層間潛水（四）穩定水位標高為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層和粉細砂⑦2層，透水性較好。本段區間的層間潛水基本無承壓性，但區間大部分進入含水層。

2.3 區間建設難點

（1）本段區間隧道沿線穿越眾多風險源，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，且本段區間隧道一大部分進入地下水層。

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

3 側始發方案研究

3.1 方案 1：風道“側始發”方案

風道“側始發”方案即借鑒沈陽地鐵1號線案例，采用將盾構機主機與后配套臺車在車站風道預留孔下井并組裝，然后移至車站內連接、調試，始發掘進某區間的施工方式。

如圖1所示，方案1利用風道通風口兼做盾構始發及出土井，將風道暗挖段作為側始發橫通道，在車站的中心位置設置臨時道岔，作為盾構施工出渣及進料路線。

3.2 方案 2：“π 型側始發”方案

方案2即將盾構區間的一側空地作為盾構始發場地，設置側始發盾構井。為實現2臺盾構同時施工出土并及時輸送管片的目標，在豎井及橫通道內布置2條運輸線路，避免不同施工作業活動之間相互干擾，給工程的實施提供良好的條件。

如圖2所示，該方案可實現2臺盾構機同時施工，而且對周邊影響較小；盾構始發也不需要受車站提供盾構始發條件及工期的制約。

3.3 方案 3：后配套“側始發”方案

鑒于“π型側始發”方案存在暗挖工程量較大的缺陷，方案3提出新型“側始發”模式。如圖3所示，該區間側始發方案將區間一側空地作為盾構始發井施工場地，新建1處盾構始發井、1 處側始發橫通道、1處暗挖后配套區間，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型側始發”方案大幅減少，但始發效率較低，2臺盾構機先后始發后施工作業活動交叉較多，適用于對工期要求不高的工程。

3.4 方案 4：單區間“側始發”方案

方案4即是首先將一側盾構始發井設置在盾構區間正線范圍內，并在區間對側設置暗挖后配套區間為盾構施工服務。另一側盾構區間的始發利用此始發井施作側始發橫通道并設置道岔，實現本側盾構區間的吊裝及出土，如圖4所示。

該方案即是在方案3的基礎上調整區間平面，使區間正線一側位于地塊內，在正線上施做盾構井，在盾構井后面設置暗挖后配套區間；另一側區間盾構始發利用側始發橫通道內設置的道岔，以實現從盾構井吊裝及出土。

3.5 各方案對比分析

結合以上4種方案設計，對方案特點及適用條件進行了對比分析。由表1可知，各方案均有其優缺點及適用的特定工況；但綜合比較下，方案4具有橫通道較短、工程量較小、廢棄工程少等優點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方案；下文將根據方案4進行本工程盾構“側始發”詳細設計。

表1 各方案對比

4 “側始發”方案設計

4.1 盾構井設計

針對本地鐵區間盾構“側始發”，設置1座盾構井，如圖5所示。該盾構井結構長17.57 m，寬12.85 m，高32.1 m，為地下4層框架結構，覆土5 m，采用明挖法施工。基坑深約37.3 m，采用Φ1 000@1 400 mm鉆孔灌注樁圍護型式，內支撐均采用Φ609×16 mm鋼支撐，水平間距3 m。

4.2 暗挖通道設計

如圖6所示，本工程盾構“側始發”橫通道斷面采用圓拱頂直墻形式，底板為仰拱結構。采用雙側壁導坑法進行施工，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 暗挖后配套區間設計

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

5 結論

本文對比分析了多種盾構“側始發”方案，并結合實際工程應用效果對盾構“側始發”方式提出以下建議。

（1）盾構井的設置盡量結合車站風道或明挖出入口，以減少廢棄工程量。

（2）盡量縮短側始發橫通道的長度，以減少廢棄工程量。

（3）暗挖后配套區間建議施做完二襯后再盾構空推，以降低施工風險。

（4）合理設置出土孔，盾構洞內運輸通道設置是設計難點。

（5）盾構接收較為簡單，無需考慮盾構出土井的設置，只需考慮盾構平移吊出即可，建議直接從車站風道側平移吊出。