淺談喇叭型地鐵車站盾構后配套設備選型與場地布置

何家成

（廣州自來水專業建安有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

在我國地鐵隧道施工中，盾構機使用的越來越多[1]。盾構機作為一種專業的隧道掘進施工機械，在施工過程中有著較高的可靠性、穩定性和安全性。在盾構施工中，由于盾構機本身的價值大，刀盤掘進、土壓平衡等工藝復雜而受到高度重視。反觀后配套的情況，由于其成本相對較低、工藝較為簡單而往往被人忽視[2]。但對于不規則始發端頭（比如喇叭型始發端頭）的施工，如果后配套設備選型與場地布置不合理，將會嚴重影響盾構施工的效率[3]。基于此，本文以廈門地鐵2號線馬鑾北站工程為例，針對喇叭型地鐵車站盾構施工的后配套設備選型與場地布置進行探討。

1 工程概況

廈門市軌道交通2號線二期工程項目部負責施工的馬鑾北站至東孚站盾構區間、東孚車輛段出入段線盾構區間均從馬鑾北車站小里程進行始發掘進，馬鑾北站主體結構平面布置如圖1所示。車站始發端頭最不利工況為4線同時始發掘進，后配套需考慮4線同時施工的管片供應及渣土外棄，且始發端頭為不規則的喇叭型，這對盾構后配套設備選型及場地布置是極大的挑戰。

圖1 馬鑾北站主體結構平面布置

2 后配套設備選型與場地布置

2.1 管片龍門吊選型及布置

由于馬鑾北站小里程盾構井位置的場地為不規則的喇叭型，對整個場地布置需要進行嚴格的把控。端頭位置寬度為39.5m，管片龍門吊的選型及布置變得更加困難。針對管片龍門吊的選型及布置提出了3種不同的方案以供比選。

方案1：16T管片龍門吊采用一臺跨度為41m和另一臺跨度為24m 的龍門吊作為管片吊裝及軌排吊裝的設備，如圖2所示。

圖2 方案1龍門吊布置平面圖

方案2：將兩臺16T龍門吊分開布置，一臺位于左線盾構井小里程位置，另一臺布置于右線盾構井大里程位置，兩臺龍門吊跨度均為20.5m。由于在東孚車輛段出入段線兩個盾構井之間的距離僅為1m，無法擺放雙軌，龍門吊沒辦法共軌使用，需在車站右線位置增加2個管片出土口，如圖3所示。

圖3 方案2管片龍門吊布置圖

方案3：兩臺龍門吊布置與車站垂直，共軌使用，龍門吊跨度均為26.5m，具體布置方式如圖4所示。

圖4 方案3龍門吊布置平面圖

通過方案比選（見表1所示），可知方案1實際上僅有一臺龍門吊進行管片下井，難以避免作業等待時間。方案3優勢較明顯，在管片周轉較快的前提下效率最高，任意一臺龍門吊停機過程中也可以由另一臺龍門吊頂替對方的作業，但實際操作過程中由于管片無法較快周轉，往往會導致等待管片周轉時間過長，反而降低工作效率；且由于侵占了原規劃的施工便道，對于二期的主體結構施工、盾構出土等工作亦有較大的影響。

表1 方案比選

由于東孚車輛段出入段線區間是1臺盾構機從右線掘進完成后再調回馬鑾北站，再進行左線掘進；方案2雖然會出現1臺龍門吊同時提供2臺盾構機的管片吊裝，但是每條掘進路線都會有2個列車組輪流運輸物資，盾構掘進時間+管片拼裝時間約45～60min，而管片吊裝時間約10～15min，對盾構掘進效率無影響。綜合考慮采用方案2進行管片龍門吊布置。

2.2 出土龍門吊選型及布置

2.2.1 初始選型及布置方案

出土龍門吊布置不僅需要考慮工程為不規則的喇叭型，還要考慮4條線路同時出土的情況，初始方案如下：龍門吊軌道與線路方向平行，龍門吊跨度25m，兩臺龍門吊共軌使用，2個渣土池尺寸相同，寬9m，長24m，深1.5m具體布置方式如圖5所示。

圖5 初始方案出土龍門吊布置平面圖

初始方案優點：兩臺龍門吊可提供滿足四線始發出土量，龍門吊間可以互相頂替對方作業。

初始方案缺點：

（1）渣土池深度受主體結構影響，該位置主體結構頂標高為3.0m，場地回填標高+5.0m，渣土池深度僅1.5m，渣土池可堆渣至地面以上1m，共堆土2.5m。2個渣土池共可堆土1080m3，僅可滿足15環管片存放量。

（2）由于東孚車輛段出入段線的出土孔與軌排井位置共用，若馬鑾北站至馬鑾西站區間（由中交一公局進行施工）先掘進完成，則必須拆除軌排井位置的龍門吊，提供鋪軌條件，放置軌排井與出土進行了交叉作業，施工十分不便利。

（3）出入段線區間盾構井與軌排井之間的距離為90m，管片車與渣土車在盾構井分節后仍需行駛90m才能到達軌排井位置，行駛時間較長。

2.2.2 選型布置方案優化

第一步優化：由于渣土池的深度直接限制了渣土池的整體容量，若直接加高渣土池四邊擋墻，一方面需加高出土挖掘機的施工平臺，另一方面需加高出土龍門吊出土過程中的提升高度，出土龍門吊的凈高尺寸亦隨之增加，龍門吊的提升過程將較大的影響出土效率。因此考慮將渣土池位置移至主體結構外圍，此舉可不受主體結構限制直接加深渣土池深度，2臺龍門吊的擺放位置與車站長度方向垂直。

第二步優化：由于每條線僅有一個出土口，但是每個列車編組有4臺出土車，一個出土口出4次渣土工效較低，通過多次會議討論，每條線在靠近盾構井位置均多加設一個出土口，出土龍門吊每排放置一個；此舉可減少渣土車的行駛時間，且可將4臺出土車分開同時出土，提高工效。垂直擺放的龍門吊軌道梁位于框架柱的正上方，避免龍門吊行駛過程中因較大的輪壓壓力而導致主體結構開裂，該龍門吊的平面布置方式亦經設計審核并認可。優化后的龍門吊平面布置圖見圖6所示。

圖6 優化后出土龍門吊布置圖

2.3 管片口和出土口布置優化

2.3.1 原設計預留洞口方案

馬鑾北站一期工程結構形式為喇叭型，寬度由21.047m逐漸加寬到39.4m，不規則的主體結構形式增加了場地布置的難度。盾構井位置從左側至右側分別為東馬區間左線、東孚車輛段出入段線右線、東孚車輛段出入段線左線、東馬區間右線。馬鑾北站盾構預留洞口如圖7所示。

圖7 原設計盾構預留孔洞圖

2.3.2 管片口布置優化

龍門吊的選型確定，需要在右線端頭井大里程位置加設2個管片口，由于運輸列車軌道為曲線，管片口布置時要求與軌道平行，且可以滿足一節列車軌道（6m長）的水平吊裝。最終確定管片口尺寸為4.00m×7.50m～4.683m×7.50m。

2.3.3 出土口布置優化

原出土口布置為：位于車站左右側邊緣的東馬區間雙線各有1個出土口，出土口尺寸為4.0m×6.0m；位于車站中間位置的出入段線左右線不設置出土口，由軌排井進行出土。考慮車站時不規則的喇叭型，需要在軌排井小里程位置的每條線路各加設1個出土孔（見圖8所示），出土孔并排布置，減少龍門吊橫向移動時間。同時調整東馬區間的出土孔尺寸，由4.0m×6.0m 調整至4.0m×7.5m，方便渣土車的吊裝。

圖8 出土口變更大樣圖

3 結束語

綜上所述，喇叭型地鐵車站的盾構施工，后配套設備選型與場地布置是材料運輸效率與施工進度的重要保障。本文通過對喇叭型地鐵車站盾構后配套設備選型與場地布置的分析可知：

（1）車站始發端頭為不規則的喇叭型，且需考慮4線同時始發掘進，設備選型與場地布置難度極大；

（2）針對喇叭型始發端頭盾構施工，優化主體結構盾構預留孔洞，可有效降低工人的操作難度，提高施工的安全性及吊裝效率；

（3）盾構后配設備選型與場地布置應保證盾構施工不停機，場地布置過程中需多留意不同機械設備之間標高與平面位置，避免出現布置圖上與實際位置不符的情況發生；

（4）龍門吊的跨度由于配置了定型跨度，對于施工企業而言，后續施工項目的應用可能會有一定的場地條件限制。