城市轨道交通双护盾TBM区间始发方案优化技术研究

张恒臻

关键词 城市轨道交通;地铁隧道;双护盾TBM;区间始发;整体始发

中图分类号 U455.43;U231.3 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0050-03

0 引言

双护盾TBM以其在隧道施工中（如开挖、出渣、衬砌灌浆等平行作业）可实现一次成洞的优势，逐步在城市轨道交通隧道建设中应用、推广开来[1-2]。尤其是以青岛市为代表的双护盾TBM在青岛地铁1、2、4、8号线得到了广泛的应用，积累了丰富的设计及施工经验。双护盾TBM具有两种始发方式，一种是明挖车站端头井的车站始发方式，一种是“中间始发井+矿山法始发导洞”的区间始发方式[3]。车站的始发条件相对明确，而采用“中间始发井+矿山法始发导洞”的区间始发方式可适用于多种工况，如：区间两端为暗挖车站，无法提供始发条件或邻近车站端头段落地质条件不良，不适用于TBM施工以及因工期、场地限制等无法从车站端头始发的情况。

一般来说，为发挥TBM长距离掘进优势，始发中间井一般设置于靠近车站端头一侧，距离约200 m左右，方便始发井施工场地围挡及交通调流。自始发井至车站端头段落因长度较短，通常采用矿山法施工。常规区间始发方案需向掘进方向设置不小于整机长度的矿山法始发导洞，机械法段落的缩短不利于TBM施工效率的发挥。因此，该文以青岛地铁6号线创智谷站～石山路站区间为例，探讨TBM区间始发优化设计方案。

1 工程概况

青岛地铁6号线创智谷站～石山路站区间（以下简称创～石区间）从创智谷站出发后沿珠山路向东北方向敷设，再沿开城路向东敷设，依次下穿柏果樹河、蔡家庄水库，最终到达石山路站。区间于大里程端头靠近石山路站位置设TBM始发井（后期兼做轨排井），始发井向小里程侧采用TBM法施工，向大里程侧采用矿山法施工。区间总长约1 917 m（TBM法1 681 m+明挖始发井29 m+矿山法207 m）。总平面图如图1。

2 设备（TBM）始发要求

创～石区间采用的设备为铁建重工制造的双护盾TBM，开挖直径6.3 m，主机长约12 m，总长约168 m，TBM采用整体始发，整机长度约168 m，其后设置电机车编组，始发导洞长度不小于TBM整机长度加电机车编组长度。电机车编组通长有如下两种形式：

（1）小编组始发（图2）：含电机车头+1节渣土车+1节豆砾石车+1节管片车，总长度约27 m，该编组形式常用于始发初期阶段，能够缩短导洞长度从而快速提供始发条件，其缺点在于TBM始发初期掘进工效极低，需频繁停机倒运出渣4～5次。

3 常规始发导洞布置方案

自始发井侧壁向掘进方向设置始发导洞，电机车采用小编组形式，始发导洞长度为166 m（=整机长度168 m+电机车小编组27 m-始发井长度29 m），始发导洞采用矿山法开挖，导洞开挖并初支完成后，将TBM设备分节下井组装，TBM刀盘贴近掌子面，主机后方设置反力架用以始发定位顶紧管片。常规方案（图4）的缺点在于：

（1）未能利用始发井后方矿山法段落，导致需额外施工长距离的矿山法导洞。

（2）导洞二衬需待TBM区间施工完成方可采用模筑方式施做，需要额外增加工期约1.5个月。

4 优化方案1

利用始发井后方矿山法段落作为始发导洞，则由始发井侧壁向掘进方向需要的导洞长度则可相应减小，若后方区间长度足够，则始发井前方仅保留15 m长的定位导洞即可，始发反力架设置于进洞洞口。导洞后置存在的问题是导洞后方无法进行渣土、管片等材料转运。常规解决思路为于导洞末端上方设置临时施工竖井，此方法造价高、工期长且地面条件容易受限。为此该区间创新性地提出采用横向运输方式，即于始发洞末端设置后置式电机车斜通道，有效解决了导洞后置所带来的物料转运问题。

方案优化后（图5），始发井前方施做15 m始发定位导洞，其余后置始发导洞利用矿山法段落长度为151 m（=整机长度168 m+电机车小编组27 m-始发井长度29 m-前方始发导洞长度15 m）。电机车斜通道设置于导洞末端，宽度4.5 m，与正线夹角约20°。方案优化后，始发井前方需额外采用矿山法开挖的导洞长度大幅减少，工程造价及项目工期也相应得以优化。

5 优化方案2

优化方案1相对于常规方案已实现较大程度的优化，但由于电机车采用小编组形式，上述两种方案在始发初期都面临工效过低的问题。一般来说，若始发井后方矿山法长度较长，可通过继续向后延长始发导洞来解决这一问题，但相应的，TBM的始发时间也将滞后。并且，若始发井离车站长度较近则无法实现这一方案。因此，考虑适当向前方延伸始发导洞，延伸长度为39 m（电机车满编组与小编组长度之差），该布置形式（图6）优点如下：

（1）其开挖与后方长导洞不相干扰，且由于长度较短可先行开挖完成，不影响始发工期。

（2）导洞已开挖完成，故可直接采用TBM空推拼装管片即可，不增加额外模筑二衬工期。

6 方案优化分析

通过常规方案与优化方案的始发导洞布置形式可以看出：优化方案1较常规方案相比，通过设置后置式电机车斜通道，有效利用了始发井后方矿山法段落，大幅优化了常规方案的矿山法导洞长度;优化方案2与优化方案1相比，虽然导洞长度有所增加，但保证了始发阶段的掘进效率，进一步缩短了隧道的总工期。因此，创～石区间最终采用优化方案2作为始发方案，各方案的效益对比分析见表1。

7 结语

（1）后置式电机车斜通道的设置为利用始发井至车站端头的矿山法段落提供了解决方案，缩短了额外的矿山法导洞长度，项目工期及造价均得以大幅优化。

（2）始发条件允许的情况下可适当向掘进方向延伸部分导洞，以保障TBM在始发阶段的掘进效率从而进一步缩短隧道工期。延伸的矿山法导洞二衬采用同步拼装管片形式，无需额外增加模筑时间。

（3）TBM始发方案影响因素较多，应针对项目实际情况，灵活、合理地选择始发方案，尽可能地发挥机械法施工优势，节约项目工期及造价。

参考文献

[1]王小强， 郭志， 王以栋， 等. 双护盾TBM分体始发技术研究与在青岛地铁1号线的实施[J]. 隧道建设（中英文）， 2018（9）： 1573-1578

[2]郭志， 王小强， 王以栋， 等. 青岛地铁隧道双护盾TBM适应性设计及应用[J]. 隧道建设（中英文）， 2018（1）： 135-141.

[3]林刚， 史宣陶， 陈军. 双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践[J]. 隧道建设（中英文）， 2019（12）： 2020-2029.

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