特殊条件下盾构吊出方案研究及总结

王林 曹泉水

摘 要：正常工序下，地铁车站主体结构完成后方可进行盾构机接收和吊出工作，受车站施工进度及全线工筹安排制约，车站端部主体结构未封顶前须组织盾构接收和吊出，为此进行了盾构吊出前的围护结构验算，开展安全施工措施研究及基坑监测分析，保证盾构吊出工序的安全。

关键词：盾构吊出;主体结构;基坑支护;接收井

中图分类号：U231.3 文献标识码：A

1 工程概况

某地铁车站为1、3号线换乘站，采用平行换乘，车站为明挖两层岛式（双岛）车站。本站地下一层为站厅层及商业区，地下二层为站台层、汽车库及1、3号线区间，商业小里程端南侧设置1号线变电所一座。车站西端设置1号线盾构接收井，车站东端设置1、3号线盾构接收井，车站北侧设置3号线盾构接收井。车站总长265.800 m（商业总长643.600 m），顶板覆土约1.8 m～2.8 m，底板埋深约19.28 m～21.78 m。车站共设4个出入口和4组风亭（1、3号线各两组），商业共设10个出入口和7个汽车库出入口，东侧广场内设3个过街通道。

本工程采用明挖顺作法施工，地层由上至下依次为：杂填土、素填土、黄土状粉质黏土、粉质黏土、粉土、细沙、卵石、泥岩。主体围护结构采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑+锚索的支护形式，车站东端头采用D1000 mm@1 400 mm的钻孔灌注桩，竖向设置3道钢筋混凝土桁架撑+1道换撑。

车站东端头设盾构接收井，盾构接收端头加固方案为洞口采用两排D800 mm@1 200 mm素混凝土桩（C15素混凝土浇筑），排距700 mm。端部地层加固方案为纵向10 m范围，横向隧道轮廓线外3 m范围采用D48 mm袖阀管注浆加固。

根据目前的施工进度，车站已完成底板浇筑及东端负二层侧墙及端墙浇筑，目前正在进行中板脚手架搭设。本站为区间盾构接收场地，右线盾构机距离车站东端190 m，左线盾构机距离车站东端608 m。车站施工进度因受各方因素影响严重滞后，无法提供区间盾构机常规吊出的场地要求，且根据全线工筹安排，充分考虑安全及质量等因素，车站需提供场地将区间盾构机按原计划从车站东端接收并吊出。

2 吊出方案

2.1 区间施工进度

根据目前区间的施工进度，综合计算分析得出，盾构施工功效为15环/天，为此，预计右线盾构机11天到达车站东端，预计左线盾构机34天到达车站东端。

2.2 车站施工进度

根据目前车站施工进度，预估工期如下：中板施工需15天，顶板施工需20天，共计35天;两道支撑拆除每道需10天，共计20天;每层结构拆除砼支撑等强需7天，共计14天;模板支架拆除需3天;综上评估，车站最快还需72天才能提供盾构接收条件。

2.3 吊出方案

根据目前区间及车站施工进度，车站工期滞后较多，待车站施工完成后再接收盾构机已然不现实;若车站暂停施工，即主体仅完成底板和端墙就进行盾构机接收，风险较高;若考虑中板施工完成后开始进行盾构接收和吊出，预估工期如下：中板施工需15天，第二道支撑局部拆除及局部临时格构柱托换5天，即共计约15天即可进行盾构机接收，与区间施工进度基本吻合。为此，综合考虑施工进度、施工风险等因素，初步拟定待车站中板结构施工完成后先进行区间左右线盾构机接收及吊出，后再进行车站负一层侧墙、端墙及顶板结构施工。

盾构机接收及吊出时，车站东端中板及以下结构已施工完成并可正常受力工作，中板以上第一道桁架撑仍然存在，为了确保盾构吊出的空间，临时割除局部支撑在所难免，经反复模拟盾构机吊出的过程及与第一道桁架撑间的关系，拟定局部拆除第一道桁架撑保证预留出7.5 m宽×6.8 m长的空间，确保盾构机顺利吊出。

施工工序如下：车站东端中板施工完成后→将右线盾构井范围第一道钢筋混凝土桁架撑局部凿除满足约6.8 m×7.5 m盾构吊出空间→右线区间盾构吊出作业→将右线盾构井范围已凿除的第一道钢筋混凝土桁架撑采用钢支撑补齐并施加预加力确保受力连续→将左线盾构井范围第一道钢筋混凝土桁架撑局部凿除满足约6.8 m×7.5 m盾构吊出空间→左线区间盾构吊出作业→完成剩余主体结构施工。

2.4 安全性分析

2.4.1 荷载取值

围护结构根据详勘资料按实进行水土压力计算：

水压力：本站抗浮水位绝对标高139.000，中板顶标高146.100，因此，本次核算围护结构范围无水压力作用。

土压力：按详勘报告地层分布情况据实施加，土压力采用静止土压力进行计算。结构高度范围内静止侧压力系数加权平均值为0.4，土体容重加权平均值为18.65 kN/m3。

地面超载：基坑端部考虑盾构吊出作业施工荷载，按70 kPa计;基坑两侧考虑通行车辆等情况，按20 kPa计。

2.4.2 右線盾构吊出结构安全性验算

车站东端中板施工完成后，按照主体结构正常施工工序需拆除第二道钢筋混凝土桁架撑，因此，本次校核主要考虑中板施工完成后仅保留第一道钢筋混凝土桁架撑情况下的结构受力计算。经反复论证和试算，凿除局部现状混凝土桁架撑后需局部增设钢支撑方可满足构件受力要求。

围护桩采用等效薄墙替代，桩长考虑最不利状态于盾构区间顶部被截断，围护桩内支撑体系主要为主体结构中板与第一道钢筋混凝土桁架撑。采用荷载结构模型对围护结构体系进行三维空间受力分析。

经计算，各构件内力标准值统计如下：

（1）围护桩等效薄墙每延米弯矩903 kN*m;（2）结构中板端墙处盾构孔边梁：支座弯矩1 796 kN*m，跨中弯矩1 464 kN*m，剪力1 671 kN;（3）冠梁：支座弯矩1 142 kN*m，跨中弯矩516 kN*m，剪力756 kN;（4）第一道混凝土支撑：平面内弯矩325 kN*m，剪力424 kN，轴力3 181 kN。

经验算，局部增设钢支撑后，围护桩、第一道混凝土支撑、冠梁及中板结构均满足受力要求，结构安全。

2.4.3 左线盾构吊出结构安全性验算

左线盾构吊出井范围第一道桁架撑拆除前，需对右线盾构吊出井范围的斜撑进行恢复，支撑恢复采用型钢结构。

围护桩采用等效薄墙替代，桩长考虑最不利状态于盾构区间顶部被截断，围护桩内支撑体系主要为主体结构中板与第一道钢筋混凝土桁架撑。采用荷载结构模型对围护结构体系进行三维空间受力分析。

经计算，各构件内力标准值统计如下：

（1）围护桩等效薄墙每延米弯矩972 kN*m;（2）结构中板端墙处盾构孔边梁：支座弯矩1 816 kN*m，跨中弯矩1 455 kN*m，剪力1 673 kN;（3）冠梁：支座弯矩1 410 kN*m，跨中弯矩653 kN*m，剪力843 kN;（4）第一道混凝土支撑：平面内弯矩504 kN*m，剪力129 kN，轴力3 342 kN;（5）右线盾构井内补充型钢支撑轴力：1 254 kN;1 535 kN;1 911 kN;

（6）左线盾构井内增设型钢支撑轴力：2 768 kN。

经验算，局部增设钢支撑后，围护桩、第一道混凝土支撑、冠梁、增设支撑及中板结构均满足受力要求，结构安全。

2.5 盾构机吊出实施方案

车站中板施工完成后，便进行盾构机接收工作，第一道混凝土桁架撑按上述方案进行拆除、局部增设支撑后并开展盾构吊出工作。吊机就位前将吊机工作范围进行20 cm厚混凝土硬化，待硬化达到强度后铺设20 mm厚钢板，准备工作完毕后，吊机就位，盾构机拆解并逐一起吊，起吊工作过程中加强监测，确保安全。

3 经验总结

根据分析，在主体结构中板完成后，开展区间盾构接收和起吊工作是可行的。施工过程中按预先设计的方案进行围护结构加固，并提前做好施工安全措施，盾构吊出工作可确保安全，同时，吊出时加强相关监测是确保安全的重要手段。

参考文献：

[1]郝鹏飞.浅谈在不同条件下地铁车站盾构接收应对方案[J].安徽建筑，2016，23（03）：211-213.

[2]黃爱军，张向霞.盾构先就位后在车站围护结构条件下吊出施工技术[J].现代隧道技术，2015，52（06）：203-207.