盾构法施工在西安地铁建设中的应用

王鸣晓 杨晓强 温克兵

(西安市地下铁道有限责任公司 西安 710018)

1 西安地铁盾构施工概况

盾构法施工具有对周围环境影响小、自动化程度高、施工速度快、优质高效以及安全环保等优点，在充分考虑盾构施工技术优势以及综合考量工程地质与水文地质、城市环境、地面交通状况和建设工期等影响的条件下，盾构法施工在城市地铁发展及其他地下空间利用方面，越来越受到重视和青睐。

西安地铁2号线一期工程(北客站—会展中心段)已经建成通车运营，2号线南段工程(会展中心—韦曲南站段)正在建设，计划于2014年6月通车试运营;1号线主体工程基本完成，计划于2013年9月通车试运营。在这纵贯城市南北、横穿东西方向的两条线路施工过程中，充分采用了盾构施工技术(见表1)。在正在开工建设的3号线以及以后陆续开工建设的各条线路中，盾构法在区间隧道的施工应用仍然会占到很大的比例。

2 盾构隧道所穿越的地层情况

西安市位于渭河冲积平原—关中平原的中部，其(Q3)和中更新统(Q2)地层，以湖积、洪积、冲积、冲洪积、风积为主，岩性多为砂层、卵石、砂砾石层、粉质黏土、粉土及黄土。西安地铁2号线、1号线先后穿越了西安市内几乎所有地层及部分特殊地层，为控制地表沉降，其施工过程的出土量、同步注浆等情况也各不相同(见表2)。

表1 西安地铁2号线、1号线区间隧道盾构工法统计

3 西安地铁建设投入情况

西安地铁2号线、1号线工程建设共投入16台盾构机，均为土压平衡盾构机，其中2号线一期工程建设投入的8台盾构机为日本小松盾构机，在2号线一期工程盾构隧道施工完成后，这8台盾构机继续转入1号线及2号线南段的工程建设，并引入了美国罗宾斯、中铁中隧、中铁轨道和日本川崎等8台盾构机，投入使用的盾构机数量、类型及掘进里程等具体情况见表3。

4 西安地铁盾构主要技术参数

盾构机是根据工程地质、水文地质、地面建筑物及地下管线等具体特征“量身定做”的产物，盾构机的选型决定着盾构施工的成败，因此，盾构机选型应以工程地质、水文地质为主要依据，综合考虑周围环境条件、隧道断面尺寸、施工长度、线路曲率半径、地貌、地面建筑物等环境条件，参考国内外工程实例及相关技术规范、施工规范、标准等，对盾构机类型、驱动方式、功能要求以及主要技术参数等进行研究确定。

表2 西安地铁2号线、1号线盾构隧道所穿越主要地层情况及地表沉降控制

西安地铁2号线一期工程，尤其是行政中心—会展中心段，工程地质为复合黄土地层或全断面砂层，盾构主要穿越老黄土、古土壤及粉质黏土层，部分地段含砂层透镜体，因此盾构机选型及主要技术参数基本相同。随着2号线南段工程的展开和1号线工程建设的推进，地铁隧道穿越地层的地质情况也愈加复杂，特别是全断面沉积砂层和全断面砂卵石等地层(具体穿越地层情况参考表2)，对盾构机的功能提出新的要求。为适应地质条件的变化，在总结2号线一期工程盾构施工的基础上，原来在2号线一期工程中掘进的8台盾构机，重新进行了维修和改造，1号线新引进的8台盾构机在盾构机选型和设计联络阶段，对设备性能进行了深入的研究和论证，技术参数也进行了适当调整。西安地铁盾构主要技术参数见表4。

5 西安地铁盾构施工进度

5.1 西安地铁盾构施工平均进度

城市轨道交通地下隧道在施工阶段划分标段大部分采用盾构法施工，是充分利用了盾构法施工的诸多优点，而在盾构施工工期安排方面，计划进度是影响工期安排的关键因素，计划编制的依据来源多样。因此，在本文中通过总结西安地铁的施工进度，拟采用平均掘进速度，即以盾构始发至该盾构完成其全部区间掘进任务全过程的平均日进度作为其平均进度(见表5)，反映西安地区施工进度情况。

在表5中，有两点需要作出说明的是:

1)西安地铁使用的每环管片宽度为1.5 m，在日常的现场作业中，以环作为进度单位，因此，在表5中仍以环/d作为平均进度单位。

2)行政中心—凤城五路站区间和玉祥门—洒金桥站区间均为单区间，左右线由一台盾构完成，即一条隧道贯通后，盾构机解体吊出转场至始发井进行二次始发，进行另一条隧道的掘进。行政中心—凤城五路站区间先进行右线施工，平均进度5.3环/d，而进行左线施工时则达到 11.4环/d，曾创下日掘进 27环(40.5 m)和月掘进485环(727.5 m)的盾构掘进全国最高纪录;玉祥门—洒金桥站区间先进行左线施工，平均进度5.3环/d，在右线则是7.9环/d。在几乎相同的地质条件下进行二次掘进，第二条隧道的进度远远高于第一条隧道。由于左右线均由一台设备完成，若考虑盾构机转场和二次始发的因素，这两台盾构机的平均掘进速度分别为6.3环/d和5.7环/d。

表4 西安地铁盾构主要技术参数

表5 西安地铁盾构施工平均进度

5.2 影响盾构施工平均进度的因素分析

影响盾构施工进度的因素很多，与盾构机选型、工程地质水文地质条件、盾构施工管理水平、盾构过站(推拉)或转场等因素密切相关。

盾构机选型的正确与否决定着盾构施工的成败。从西安地铁2号线一期工程和1号线工程建设来看，在西安地区选用土压平衡盾构机是合适的选择。尽管从理论上说，盾构机是主要依据工程地质水文地质“量身定做”的设备，但工程地质水文地质条件的复杂程度直接影响盾构施工的进度、质量和安全;盾构施工管理水平的高低是影响盾构掘进的重要因素，盾构机是一种集机、电、液、传感与信息技术于一体的隧道掘进专用工程机械，在施工过程中对盾构机的维护、维修和保养是实现顺利施工的保障，而保证盾构施工顺利进行的各种物资储备和辅助材料的供应与周转等体现着施工单位的管理水平;盾构施工过程中的过站或者转场所利用的时间也影响着盾构掘进平均进度。

另外，施工过程中事故的处理时间也是影响进度的非正常因素之一，在西安地铁盾构施工过程中，未发生过较大事故，因此，西安地铁盾构施工的平均进度未考虑事故的因素。

6 盾构法在西安地铁1、2号线应用分析

盾构法施工在2号线一期工程的基础上，积累了宝贵的经验，对于1号线及2号线南段盾构施工起到了积极的指导作用。但相比于2号线一期工程，1号线的地质情况更加复杂，尤其是全断面砂卵石地层的掘进施工对设备的性能要求更高;另外，盾构吊出转场等过站方式也在1号线得到了进一步的应用。

6.1 土压平衡盾构机在全断面砂卵石地层的掘进

全断面砂层在2号线一期工程北客站—运动公园区间出现过，但当时受制于设备的性能等因素，在施工过程中留下了较为深刻的教训，根据详细的地质勘察资料，1号线的地质情况更加复杂，尤其在后围寨—三桥区间以及万寿路—长乐坡区间等，对盾构机的选型及推力、扭矩、刀盘开口率、刀具配置、刀盘驱动功率等提出更高的要求。

在1号线盾构施工过程中，在康复路—通化门—万寿路—长乐坡区间施工的罗宾斯盾构机可以作为成功选型的代表(具体参数见表4)，其较大的驱动功率和推力，配备较大开口率的刀盘，在合适的辅助工法配合下，顺利完成了全断面砂卵石地层中的掘进任务。

通过2号线和1号线全断面砂层掘进的经验总结说明，盾构机在该地层情况下的选型趋于成熟，从设备方面来说，选用动力参数较强的设备应配备适应性较强的刀盘。动力参数不仅包括刀盘的驱动功率和盾构机推力，还应包括螺旋机的驱动功率;根据1号线的施工经验，开口率大一点的刀盘更能适应西安地区砂卵石地层掘进。

从辅助工法来看，通过充分的渣土改良能够保证盾构施工的顺利进行;在施工工艺方面，在土压平衡模式下快速掘进，同时加强同步注浆和多次补浆，能够满足盾构施工的质量和安全。

6.2 盾构吊出转场的过站方式在1号线的应用

与2号线盾构施工站内过站方式不同，在1号线的万寿路站、枣园站，根据地面建(构)筑物等边界条件及交通状况，采用盾构吊出转场的过站方式，即在车站两端分别预留盾构吊出井和始发井，待盾构出洞后吊出，转场至车站另一端的始发井，吊入后重新组装二次始发。

根据1号线的施工经验，无论采用弧形导台或钢轨导引等站内过站还是吊出转场过站，其所利用的时间相差不多，一般都在20～30 d。但是，这两种过站方式对车站施工和道路交通疏导的影响程度差异较大，采用站内过站，车站的净空、净高必须满足盾构过站的要求，并且车站的站台板、轨顶风道等内部结构施工必须待盾构过站，甚至盾构隧道施工完成后才能进行，延长了车站的施工时间，增加了车站施工成本，然而对道路的恢复非常有利，在城市地面交通日渐拥堵的情况下，提早恢复道路对缓解交通拥堵难能可贵。采用盾构吊出转场的过站方式，对车站结构的施工影响相对较小，但由于预留洞口的存在，对恢复道路交通极为不利，并且在盾构机吊出—转场—吊入的过程中，仍然要占用大量的道路资源。

因此，在盾构过站方式的选择上，应在充分研究该车站站点地理环境位置、交通状况等因素的基础上，结合车站结构设计情况，选用合适的过站方式。

7 结语

随着盾构施工技术的发展与成熟，盾构法的优越性更加明显，根据2号线一期工程及1号线的施工经验，认真研究地质条件，合理的盾构机选型及主要技术参数的确定是保证盾构顺利施工的关键。鉴于西安地质条件的复杂性，选用动力参数较强的设备并配备适应性较强的刀盘，通过试验选用合适的辅助工法，是盾构施工顺利进行的基础保障。

盾构施工的基本原则是计划生产，均衡掘进，从大局角度选用合适的进度参数进行计划安排，才能做出合理的建设工期安排。

盾构施工应综合车站施工、城市环境、交通状况等因素，充分研究，多方论证，减小盾构施工对社会环境的影响，真正发挥盾构法施工的优越性。

［1］陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］［日］地盘工学会.盾构法的调查·设计·施工［M］.牛青山，译.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］西安市地下铁道有限责任公司.西安市轨道交通二号线施工图设计文件［G］.西安，2007.

［4］西安市地下铁道有限责任公司.西安市轨道交通一号线施工图设计文件［G］.西安，2009.

［5］杨晓强，温克兵.土压平衡盾构机在全断面砂砾石地层中的应用［J］.工程机械与维修，2011:132-135.