地铁施工中盾构分体始发分析

刘欣

摘 要：随着城市的高速发展和盾构施工技术的不断进步，地铁隧道施工已普遍采用盾构法。湖南省长沙市轨道交通4号线二标段盾构区间的施工组织和管理受始发场地限制，需要在69.3 m车站主体结构内进行分体始发。本文结合工程实例，介绍了分体始发及施工过程中所遇到的技术问题及处理方法，为车站主体结构施工与盾构始发的矛盾提供良好的解决方案。

关键词：盾构分体始发;场地布置;地铁施工

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）32-0082-05

Analysis on the Origination of Shield Tunnel Split in Subway Construction

LIU Xin

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： With the rapid development of the city and the continuous progress of shield construction technology， the construction of subway tunnels has basically adopted the shield method. The construction organization and management of the shield tunnel section of the second bidding section of Changsha Rail Transit Line 4 is restricted by the starting site， and it needs to be launched separately within the main structure of the 69.3 m station. Based on engineering examples， this paper introduces the technical problems encountered during the split start and construction process and their treatment methods， and provides a good solution for the contradiction between the main structure construction of the station and the start of the shield.

Keywords： shield split launch;site layout;subway construction

河南省長沙市轨道交通4号线阜埠河站—碧沙湖站区间（以下简称“阜碧区间”）西起阜埠河站，沿阜埠河路展布，在里程YCK31+700～YCK32+850段横穿湘江，东至碧沙湖站。该段设计里程为YCK31+162.700～YCK32+905.200。该段左线长为174.236 m，短链为13.839 m，右线长为178.575 m。Φ6 250 mm土压平衡盾构机施工期间，区间最小弯曲半径为400 m，行距为13.0～18.5 m，最大纵向梯度为28‰。管片环外径为6 m，内径为5.4 m，宽度为1.5 m，厚度为0.3 m，采用C50混凝土，混凝土抗渗等级达到P12。阜碧区间线路示意图如图1所示。

1 工程概况

1.1 工程地质

阜碧区间主要位于湘江两侧Ⅰ级冲积阶地及湘江河床地貌单元，场地第四系覆盖层厚度为2.00～27.80 m，下伏基岩为白垩系砾岩、泥盆系砂岩，属较碎～较完整岩体。隧道始发段的地层主要为中风化砾岩（天然抗压强度为3.17～12.57 MPa），局部存在强风化砾岩（天然抗压强度为1.04～2.94 MPa），地层简单。在施工过程中，应防止基岩强风化、中风化带因遇水软化而导致强度降低。

1.2 施工环境

受拆迁影响，地铁站分阶段进行施工，已完工车站结构总长度为69.3 m，车站深度为34 m，而盾构机总长度为83 m，车站结构长度小于盾构机总长度。所以，阜碧区间盾构只能采用“一次始发，二次组装”的始发方式。本区间为长沙地铁首个盾构分体始发区间。

1.3 施工进度

阜碧区间右线2017年2月28日始发，2017年4月5日完成分体始发掘进。阜碧区间左线2017年5月4日始发，2017年6月6日完成分体始发掘进。

2 盾构分体始发施工分析

2.1 盾构分体始发场地布置

根据车站情况，盾构分体始发将盾体、设备桥、1#拖车、2#拖车、3#拖车下井（将出渣口改至3#拖车末端），其余后配套台车放置于地面车站旁边，利用软管进行管线的延长。延长管线从盾构井口处进入车站底板，与3#拖车连接。3#拖车主要设备有配电柜、循环水泵及泡沫系统等。盾构分体始发平面图如图2所示，盾构分体始发剖面图如图3所示，盾构分体始发的地面拖车布置如图4所示。

2.2 盾构分体始发的重难点与解决方案

2.2.1 主电力系统。由于变压器设置于3#拖车配电柜，4#拖车变压出线母排需要使用延长电缆与3#拖车配电柜接线。在3#拖车尾部右侧增加接线箱，原盾构机变压出线母排接线改接至接线箱，增加接线箱至变压器出线母排延长线[1]。盾构分体始发的电缆延长线如表1所示，盾构分体始发的地面电缆布置如图5所示，盾构分体始发的井下延长电缆布置如图6所示。

2.2.2 内、外循环水系统。盾构机内循环水泵设置于4#拖车。由于4#拖车放置于地面，车站内盾构机上的部分设备需要内循环水冷却，而4#～6#拖车上的设备不需要内循环水冷却。考虑经济效益，于3#拖车尾部左侧设放置平台，将内循环水泵改装到3#拖车尾部左侧，然后将内循环水泵与3#拖车内循环水系统管路连接。外循环水管卷筒位于6#拖车尾部右侧，循环水池位于车站底板，由于4#～6#拖车上的设备不需要用到外循环水[2]，将外循环水管直接从外循环水泵连接至3#拖车尾部左侧的外循环过滤器，经过滤器连接至内、外循环水的热交换器。盾构分体始发的内循环系统布置如图7所示。需要注意的是，右线靠近走道板侧，左线靠近隧道照明侧。

2.2.3 皮带输送系统。由于皮带主驱动电机位于5#拖车尾部，在盾构机出厂前对3#拖车进行改装，增设皮带输送机接口，并将皮带机驱动电机与挡泥板、刮渣板整体改装至3#拖车尾部。盾构分体始发的皮带输送系统布置如图8所示。

2.2.4 渣土运输与管片运输系统。盾构出土口设置于主体结构第二段处，受车站结构长度限制，盾构机与后备套3#拖车组装连接完成后，3#拖车尾部距车站隔墙只有13 m。同时，3#拖车尾部位于车站主体结构第7轴上翻梁起坡处，无法在管片车上直接使用叉车进行管片及渣土倒运，也无法使用出土口进行渣土吊运[3]。盾构-2环掘进完成后，方可直接使用叉车进行管片及渣土倒运。管片运输及盾构-3环掘进时，盾构机需要出渣。盾构分体始发的盾构机与车站结构关系如图9所示。

根据现场实际情况，关于盾构-2环前的管片及渣土吊运难题，经多次讨论，最终参考广东深圳地铁7号线沙尾站轨顶风道吊篮施工的可移动式悬吊支架模板系统，在管片小车上方用H型钢焊接一个门字架，门字架上放置可左右移动滑轮，滑轮上连接一个挂钩，挂钩上放置一个手拉葫芦[4-5]。在台车与车站站台结构间铺设轨道，放置一个管片小车。出渣时，将小渣斗挂在手拉葫芦上，人工拉动手拉葫芦将小渣斗提升，然后平移至另一个管片小车上，推至第6轴和第7轴之间，用叉车叉起小渣斗，运送至另一条隧道的车站预留出渣口，用龙门吊将小渣斗吊至地面出渣。转运管片时，与出渣过程相反。盾构分体始发-2环掘进完成前管片及渣土倒运如图10所示。

始发掘进20环后，出土口位置脱离拖车范围，电瓶车重新编组，采用电瓶车机头（8.70 m）+两节管片车（8.80 m）+1节砂浆车（5.50 m）+3节18 m渣车（21.84 m）进行编组（共44.84 m）。出渣、管片利用出土口进行吊运，砂浆从中板砂浆储存罐接输浆管道输送至砂浆车内。

2.2.5 盾构机二次组装。始发掘进67环后，整个盾成功发掘，负环管拆除。盾构机维修完成后，需要进行二次组装。盾构分体始发的地面拖车下井如图11所示，拖车下井后道岔铺设如图12所示。

2.3 盾构分体始发的工效统计

2.3.1 阜碧区间右线。阜碧区间右线于2017年2月28日始发，至3月24日掘进至68环，分体始发掘进共计25 d，平均工效为2.72环/d。盾构负环至13环掘进时采用电瓶车机头（8.70 m）+1节管片车（4.40 m，放1个3 m渣斗）进行编组，因小斗出渣（每环22斗左右），共计耗时13 d，平均工效为1环/d;盾构掘进14环至68环时采用电瓶车机头（8.70 m）+两节管片车（8.80 m）+1节砂浆车（5.50 m）+3节18 m渣车（21.84 m）进行编组，共计耗时12 d，平均工效为4.58环/d。2017年3月25日至4月5日进行负环管片反力架始发架拆除、盾构地面台车下井、道岔安装、轨道铺设、盾构地面台车连接调试等工作，共计耗时12 d。

2.3.2 阜碧区间左线。阜碧区间左线于2017年5月4日始发，至5月28日掘进至67环，分体始发掘进共计25 d，平均工效为2.68环/d。盾构负环至14环掘进时采用电瓶车机头（8.70 m）+1节管片车（4.40 m，放1个3 m渣斗）进行编组，因小斗出渣（每环22斗左右），共計耗时14 d，平均工效为1环/d;盾构掘进15环至67环时采用电瓶车机头（8.70 m）+2节管片车（8.80 m）+1节砂浆车（5.50 m）+3节18 m3渣车（21.84 m）进行编组，共计耗时11 d，平均工效为4.818环/d。2017年5月29日至6月5日进行负环管片反力架始发架拆除、盾构地面台车下井、道岔安装、轨道铺设、盾构地面台车连接调试等工作，共计耗时8 d。

3 结语

由于本次分体始发为长沙地铁第一次分体始发，前期结合阜碧区间始发场地环境，对车站结构和盾构设备进行优化，后续根据现场实际施工情况进行完善，严格控制各项施工工序，使得盾构分体始发掘进作业顺利完成，为后续类似盾构分体始发施工积累了丰富的经验，同时为相关设备改装和选型提供了依据，对盾构分体始发施工具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]王峥嵘.盾构分体始发技术浅析[J].建筑机械化，2018（8）：58-59.

[2]侯孝军，陈圆云，高小红，等.盾构渣土处理技术研究与应用[J].云南水力发电，2021（8）：57-60.

[3]廖云洋，陈叔.南通轨道交通特殊地质条件下盾构施工的风险及对策[J].建设机械技术与管理，2020（6）：50-53.

[4]李海亮，程斐.地铁施工盾构机选型及施工组织探讨[J].工程技术研究，2021（2）：114-115.

[5]郭陕云.论我国隧道和地下工程技术的研究和发展[J].隧道建设，2004（5）：1-5.