西安盾构分体始发总体方案比选

翟春辉

摘 要：西安地铁一号线二期盾构区间工程盾构始发由于受施工场地限制无法按正常整体始发施工，选择合适的始发施工方案是盾构施工成败的关键，因此分体始发必须根据施工现场实际情况选择最佳的分体始发工艺最合理的始发布置，结合本工程特点对该项目工程始发方案进行综合分析，并提出建议推荐。

关键词：盾构区间；分体始发；方案比选

1 概述

西安市地铁一号线二期工程（张家村～后卫寨段）施工总承包项目工程范围内张家村站～后卫寨站区间隧道设计里程为：右线：YDK5+0.88461～YDK6+447.161，长1358.700m；左线ZDK5+0.88461～ZDK6+430.986，长1346.319m（长链3.794m）。区间最大纵坡28‰，最小纵坡2‰，洞顶覆土10～20.3m。区间在里程YCK5+031.708～YCK5+063.730段设置暗挖区间，长32.022m，在里程YCK5+073.503设置区间风井（兼盾构接受井），长19.6m，采用明挖法施工；区间里程在YCK5+093.330～YCK6+451.589段设置盾构区间，长1358.259m。在里程在YCK6+459.439与 ZCK6+441.675处，设置盾构始发井（同时兼盾构井～后卫寨站暗挖区间施工竖井），长15.7m，采用明挖法施工。

该段区间围岩主要为密实状态的中粗砂，靠近车站局部为黄土状土和细砂，地下水潜水位埋深22.7～26.5m（11月份始发井实测水位埋深为26.3m），轨面埋深14.3～21.3m（始发井拱顶埋深为10.8m），围岩分级按Ⅵ级考虑。本区间地下水位总体流向自西向东。一般7～9月份水位埋深最大，为低水位期，12月到次年的2月份为高水位期，水位埋深最小。本区段黏性土的渗透系数采用3～8m/d，砂类土的渗透系数采用25～35m/d，综合渗透系数选用15～30m/d。

2 盾构始发方案比选

分体方案1：将盾构主机放置在始发井内，连接桥及1～5台车放置在地表，暗挖隧道与盾构掘进同时进行。

此方案优点：可以提前4个月进行始发。

此方案缺点：目前的地表场地很难布置后配套设备，且暗挖隧道与盾构同时施工产生干扰；暗挖隧道完成前采用11.5×7.5m的始发井出土及运输管片、材料，施工效率很低；同步注浆管路过长，会影响注浆压力并容易堵管；需延伸的盾构机的管路较长。

分体方案2：待暗挖隧道二衬结构完成后，将盾构主机放置在始发井内，连接桥及1～5台车放置在暗挖隧道范围内。始发负环按6环（1.5m宽）整环布置，后面放置反力架。

此方案优点：不需占用地表施工场地放置后配套台车；负环整环拼装可以控制好管片拼装质量；需延伸的盾构机的管路相对方案1较短。

此方案缺点：始发井内反力架尾部距盾构吊装孔边线只有1.6m的空间，上下管片困难，80m始发阶段只能用小斗出土，工效低。

分体方案3：待暗挖隧道二衬结构完成后，将盾构主机放置在始发井内，连接桥及1～5台车放置在暗挖隧道范围内。始发负环按7环（1.5m宽）半环布置，后面放置半环的反力架（或管片直接通过钢负环连接到墙体）。

管路连接方面，第1阶段（吊装准备）先将连接桥及1～5号台车放置在暗挖隧道的最尾部，将盾构主机放置在始发井内；主机与台车之间除直线连接管线长度外，另外通过弯曲及悬挂等手段配置21m左右长的富余管路长度；第2阶段（待盾构掘进至13环左右时，整环的管片中可以包含连接桥及1号台车时）停机将连接桥及1号台车与主机相连，2～5号台车放置在暗挖隧道的最尾部，1、2号台车间预留17m左右的直线长度外的富余长度；第3阶段（待盾构掘进至46环左右时，整环的管片中可以包含整体盾构机）停机将1号台车与2、3、4、5号台车全部相连，完成始发掘进。

此方案优点：不需占用地表施工场地放置后配套台车；80m始发阶段基本都能用16m3的大斗出土，始发时间缩短；通过充分利用后面75m长的暗挖隧道长度，减小弯曲管线的长度及难度；隧道全过程的掘进过程中不需要拆除负环及反力架，节省了工序转换的时间；需延伸的盾构机的管路相对方案1较短，与方案2差不多。

此方案缺点：半环拼装不易控制好管片拼装质量，在安装整环负环前需小推力掘进；同时还需增加1环负环。

分体方案4：

基本思路与方案3一致，只是管路连接方面，将连接的管路相对盾构主机往反向延长35m左右，即将台车与主机的富余管线长度拉大至70m，这样台车不动，只通过释放弯曲的管线即可实现从始发开始至始发段80m完成均不需要中途停机续接管线。

此方案优点：同方案4的优点。

此方案缺点：除有方案3的缺点外，最大的弊端是同步注浆管路过长，会影响注浆压力并容易堵管；盾构仅有主机在洞内掘进，无法利用连接桥进行管片的运输，操作司机在后方暗挖隧道也无法直接观察到前方的出土情况；同时管线的180度向后的“U”型弯可能很难实现。

分体方案5：

待暗挖隧道二衬结构完成后，将盾构机整机连接，负环及反力架仍按方案3的半环布置方式。盾构机的所有台车在通过半环上下材料的通道时，把后配套台车顶部的所有部件（管路及皮带等）全部拆除，以满足始发井出土及材料上下的要求；管路改移至台车两侧。碰到连接台车两侧的横向钢构件时，还需要临时拆除此构件并用其他的横向钢构件在其他部位进行临时连接以确保台车两侧的连接。

此方案优点：可以进行整体始发，加快盾构进度；减少管路连接的工作量及材料数量（原有的钢性管路可以利用上，安装在侧面）。

此方案缺点：除有方案3的缺点外，连接桥及后配套台车能否实现顶部构件全部拆除的问题需要设备专业方面的人员确定。即使能够做到这一点，对台车的整体拆卸及组装工作量都会较大。同时在后配套台车范围内进行出土及材料上下倒运可能会出现意外情况对设备造成污染或损坏。

综上4个分体方案及1个整体始发方案，经我项目部与我公司盾构事业部讨论倾向选择分体方案3，并征得我公司同意此方案施工。

3 工程实施方案

本工程盾构隧道首先由盾构区间左线在后卫寨站盾构井分体始发，施工时采用一台中铁装备制造，型号CTE6250盾构机。盾构从后卫寨站左线暗挖区间西面盾构井始发掘进，始发前需完成对洞门土体加固，洞门凿除，密封装置的安装等。掘进到达张家村站前，需完成对到达洞门的洞门土体加固，洞门凿除，密封装置的安装等。到达张家村站左线风井后进行盾构机吊出，二次始发进行后卫寨站至张家村站右线施工，最终到达张家村站右线风井后进吊出。

根据现场实际情况选择方案3的施工流程。

3.1 半环分体始发工艺流程

半环分体始发分三个阶段实现，工艺流程如图1。

3.2 半环分体始发施工方法

本区间盾构始发通过-7至-3环（5*1.5=7.5m）半环安装，-2环增加上半环反力架支撑来实现半环始发；通过盾构机与1#拖车分离、延长管线，1#拖车与后续拖车分离、延长管线来实现分体始发。盾构主机与1#拖车间管线总延长≥29m；1#拖车与2#拖车间管线总延长≥55.5m。

3.2.1 第一阶段施工

①盾构分体方式。盾构机与连接桥及后续拖车分离，管线延长。盾构机单独掘进，后续拖车在反向隧道内。盾构主机与1#拖车间管线总延长≥29m，盾构掘进24m，拼装13环管片。

②洞内运输。

列车编组：采用1组列车（电瓶车+管片车）。

渣土运输：土斗置于管片车上运土。采用自制土斗直接在螺旋机下接土，初始掘进采用5.2m3小土斗，掘进3m后改用8.4m3大土斗。盾构掘进每环出碴量：Q=πR2Lη=π×3.142×1.5×1.2=56m3。

管片运输：待每环出土完毕后，用管片车运输2次管片，通过卷扬机或葫芦将管片放至拼装机下方。

砂浆运输：砂浆泵通过软管泵送至暗挖隧道内1#台车上。

③延长管线保护。延长管线按类别捆绑，并在隧道内设置滚筒，以利于管线拖动。最前端管线捆绑并采用5T手拉葫芦固定于盾构机上。

3.2.2 第二阶段施工

①盾构分体方式。盾构机与连接桥及1#拖车连接，1#脱出上安装皮带机。1#脱出与后续拖车分离，延长管线，后续拖车在反向隧道内。1#与2#拖车间管线总延长≥55.5m，盾构掘进至完成46环管片拼装。

②洞内运输。采用1节管片车+1节砂浆车+1节16m3渣土车。每环掘进须进行4次运输。

3.2.3 第三阶段施工

①盾构整体掘进。掘进至完成46环管片拼装后，2#及后续拖车前移，与盾构机进行管路连接，完整安装皮带机，盾构整体掘进。

②洞内运输：采用标准机车编组：1节管片车+1节砂浆车+4节16m3渣车。

4 总结

盾构分体始发在地铁施工中案例较少，根据西安地铁一号线二期工程施工实际情况，结合本施工方案，利用30天时间进行盾构下井吊装、组装调试、现场临建布置，顺利始发，此方案合理可行。