盾构法施工“侧始发”方案研究及设计

张 莹，符瑞安

（1. 天津三号线轨道交通运营有限公司，天津 300190； 2. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

1 引言

盾构法施工由于机械化程度高、安全性高及对周边环境影响小等优点，被越来越多的地铁区间隧道采用。一般情况下，盾构法施工利用车站端头盾构井进行始发或接收；但是随着轨道交通建设技术的发展，车站施工方法已由单一的明挖法发展到现在明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等多种方法并存的局面[1-3]；特别是在交通压力比较大的城市主干道下修建地铁常常采用盖挖法或者浅埋暗挖法，盾构始发或接收无法利用车站端头盾构井，如何在这种情况下实现盾构的始发或接收是区间施工亟待解决的问题。

针对此情况，部分专家和学者提出了盾构“侧始发”的施工理念，即在区间正线上方无开洞条件时，利用地铁车站的风道或工作井从区间正线的一侧进行盾构始发，在区间正线范围内常采用浅埋暗挖法或盖挖法来避免对城市主干道交通的影响。

沈阳地铁1号线创新性地利用车站风道进行盾构始发施工，解决了由于车站盖挖而无法设置盾构始发井的问题，取得了较好的经济效益和社会效益[2]；长春地铁2号线在区间上方是交通主干道的情况下，在区间两端车站均采用暗挖法施工，采用“侧向π型始发”的方案，有效节省施工工期、降低施工成本。周祖斌[4]结合此工程对“π型”双横通道盾构快速平移组装技术进行研究，解决盾构曲线平移、转体等问题。

目前，国内外在盾构“侧始发”方面的研究较少，可借鉴的实际工程案例也较少。盾构“侧始发”尚未形成较为成熟的体系和适用性较强的设计施工模式。因此，本文依托某地铁区间对盾构“侧始发”施工模式和设计方案进行研究，解决复杂环境下无法利用车站端头井始发的难题，增加国内盾构“侧始发”工程成功案例，以期为后续隧道施工工程提供借鉴和参考。

2 工程背景

2.1 区间概况

某地铁区间长度约为1 360 m，线间距17～55 m。区间线路纵断采用单向坡，纵坡7‰，区间隧道埋深约25～34 m。本段区间位于市区繁华地段，沿线道路交通十分繁忙，道路两侧多为中高层的住宅小区、商务楼，地下管线错综复杂。区间两端车站均采用浅埋暗挖法施工。本段区间隧道穿越风险源主要在于对1座在建地铁车站、1座已经运营的地铁车站、2座大型立交桥及2座人行天桥的穿越。

2.2 地质条件

（1）工程地质。本段区间隧道主要穿越地层以密实的卵石-圆砾⑦层和粉细砂⑨1层为主，局部为可塑的粉质黏土⑧层。

（2）水文地质。本段区间隧道穿越段地层普遍分布层间潜水（四）。层间潜水（四）稳定水位标高为16.93 ～18.90 m，水位埋深为30.20～33.95 m。含水层岩性主要为卵石-圆砾⑦层和卵石-圆砾⑨层，局部为中粗砂⑦1层和粉细砂⑦2层，透水性较好。本段区间的层间潜水基本无承压性，但区间大部分进入含水层。

2.3 区间建设难点

（1）本段区间隧道沿线穿越众多风险源，包括在建地铁车站、既有地铁车站、大型立交桥以及人行天桥等，且本段区间隧道一大部分进入地下水层。

（2）区间两端车站均采用浅埋暗挖法施工；盾构区间隧道上方属于繁忙交通主干道，无盾构始发及接收条件。

3 侧始发方案研究

3.1 方案 1：风道“侧始发”方案

风道“侧始发”方案即借鉴沈阳地铁1号线案例，采用将盾构机主机与后配套台车在车站风道预留孔下井并组装，然后移至车站内连接、调试，始发掘进某区间的施工方式。

如图1所示，方案1利用风道通风口兼做盾构始发及出土井，将风道暗挖段作为侧始发横通道，在车站的中心位置设置临时道岔，作为盾构施工出渣及进料路线。

3.2 方案 2：“π 型侧始发”方案

方案2即将盾构区间的一侧空地作为盾构始发场地，设置侧始发盾构井。为实现2台盾构同时施工出土并及时输送管片的目标，在竖井及横通道内布置2条运输线路，避免不同施工作业活动之间相互干扰，给工程的实施提供良好的条件。

如图2所示，该方案可实现2台盾构机同时施工，而且对周边影响较小；盾构始发也不需要受车站提供盾构始发条件及工期的制约。

3.3 方案 3：后配套“侧始发”方案

鉴于“π型侧始发”方案存在暗挖工程量较大的缺陷，方案3提出新型“侧始发”模式。如图3所示，该区间侧始发方案将区间一侧空地作为盾构始发井施工场地，新建1处盾构始发井、1 处侧始发横通道、1处暗挖后配套区间，为满足施工出土的需要，新建1处出土井及后配套横通道。

该方案废弃工程较“π型侧始发”方案大幅减少，但始发效率较低，2台盾构机先后始发后施工作业活动交叉较多，适用于对工期要求不高的工程。

3.4 方案 4：单区间“侧始发”方案

方案4即是首先将一侧盾构始发井设置在盾构区间正线范围内，并在区间对侧设置暗挖后配套区间为盾构施工服务。另一侧盾构区间的始发利用此始发井施作侧始发横通道并设置道岔，实现本侧盾构区间的吊装及出土，如图4所示。

该方案即是在方案3的基础上调整区间平面，使区间正线一侧位于地块内，在正线上施做盾构井，在盾构井后面设置暗挖后配套区间；另一侧区间盾构始发利用侧始发横通道内设置的道岔，以实现从盾构井吊装及出土。

3.5 各方案对比分析

结合以上4种方案设计，对方案特点及适用条件进行了对比分析。由表1可知，各方案均有其优缺点及适用的特定工况；但综合比较下，方案4具有横通道较短、工程量较小、废弃工程少等优点并且可适用于各类工程条件。因此，选取方案4作为解决本工程难题的最优方案；下文将根据方案4进行本工程盾构“侧始发”详细设计。

表1 各方案对比

4 “侧始发”方案设计

4.1 盾构井设计

针对本地铁区间盾构“侧始发”，设置1座盾构井，如图5所示。该盾构井结构长17.57 m，宽12.85 m，高32.1 m，为地下4层框架结构，覆土5 m，采用明挖法施工。基坑深约37.3 m，采用Φ1 000@1 400 mm钻孔灌注桩围护型式，内支撑均采用Φ609×16 mm钢支撑，水平间距3 m。

4.2 暗挖通道设计

如图6所示，本工程盾构“侧始发”横通道断面采用圆拱顶直墙形式，底板为仰拱结构。采用双侧壁导坑法进行施工，开挖宽度14.5 m，高度18.117 m，初支为350 mm厚的喷射混凝土。

4.3 暗挖后配套区间设计

盾构后配套暗挖区间长45 m，开挖断面宽10.2 m，高10.3 m，结构断面为马蹄形，采用交叉中隔墙法（CRD法）施工如图7所示。

5 结论

本文对比分析了多种盾构“侧始发”方案，并结合实际工程应用效果对盾构“侧始发”方式提出以下建议。

（1）盾构井的设置尽量结合车站风道或明挖出入口，以减少废弃工程量。

（2）尽量缩短侧始发横通道的长度，以减少废弃工程量。

（3）暗挖后配套区间建议施做完二衬后再盾构空推，以降低施工风险。

（4）合理设置出土孔，盾构洞内运输通道设置是设计难点。

（5）盾构接收较为简单，无需考虑盾构出土井的设置，只需考虑盾构平移吊出即可，建议直接从车站风道侧平移吊出。