翟春輝
摘 要:西安地鐵一號線二期盾構(gòu)區(qū)間工程盾構(gòu)始發(fā)由于受施工場地限制無法按正常整體始發(fā)施工,選擇合適的始發(fā)施工方案是盾構(gòu)施工成敗的關(guān)鍵,因此分體始發(fā)必須根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況選擇最佳的分體始發(fā)工藝最合理的始發(fā)布置,結(jié)合本工程特點對該項目工程始發(fā)方案進行綜合分析,并提出建議推薦。
關(guān)鍵詞:盾構(gòu)區(qū)間;分體始發(fā);方案比選
1 概述
西安市地鐵一號線二期工程(張家村~后衛(wèi)寨段)施工總承包項目工程范圍內(nèi)張家村站~后衛(wèi)寨站區(qū)間隧道設(shè)計里程為:右線:YDK5+0.88461~YDK6+447.161,長1358.700m;左線ZDK5+0.88461~ZDK6+430.986,長1346.319m(長鏈3.794m)。區(qū)間最大縱坡28‰,最小縱坡2‰,洞頂覆土10~20.3m。區(qū)間在里程YCK5+031.708~YCK5+063.730段設(shè)置暗挖區(qū)間,長32.022m,在里程YCK5+073.503設(shè)置區(qū)間風井(兼盾構(gòu)接受井),長19.6m,采用明挖法施工;區(qū)間里程在YCK5+093.330~YCK6+451.589段設(shè)置盾構(gòu)區(qū)間,長1358.259m。在里程在YCK6+459.439與 ZCK6+441.675處,設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井(同時兼盾構(gòu)井~后衛(wèi)寨站暗挖區(qū)間施工豎井),長15.7m,采用明挖法施工。
該段區(qū)間圍巖主要為密實狀態(tài)的中粗砂,靠近車站局部為黃土狀土和細砂,地下水潛水位埋深22.7~26.5m(11月份始發(fā)井實測水位埋深為26.3m),軌面埋深14.3~21.3m(始發(fā)井拱頂埋深為10.8m),圍巖分級按Ⅵ級考慮。本區(qū)間地下水位總體流向自西向東。一般7~9月份水位埋深最大,為低水位期,12月到次年的2月份為高水位期,水位埋深最小。本區(qū)段黏性土的滲透系數(shù)采用3~8m/d,砂類土的滲透系數(shù)采用25~35m/d,綜合滲透系數(shù)選用15~30m/d。
2 盾構(gòu)始發(fā)方案比選
分體方案1:將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi),連接橋及1~5臺車放置在地表,暗挖隧道與盾構(gòu)掘進同時進行。
此方案優(yōu)點:可以提前4個月進行始發(fā)。
此方案缺點:目前的地表場地很難布置后配套設(shè)備,且暗挖隧道與盾構(gòu)同時施工產(chǎn)生干擾;暗挖隧道完成前采用11.5×7.5m的始發(fā)井出土及運輸管片、材料,施工效率很低;同步注漿管路過長,會影響注漿壓力并容易堵管;需延伸的盾構(gòu)機的管路較長。
分體方案2:待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后,將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi),連接橋及1~5臺車放置在暗挖隧道范圍內(nèi)。始發(fā)負環(huán)按6環(huán)(1.5m寬)整環(huán)布置,后面放置反力架。
此方案優(yōu)點:不需占用地表施工場地放置后配套臺車;負環(huán)整環(huán)拼裝可以控制好管片拼裝質(zhì)量;需延伸的盾構(gòu)機的管路相對方案1較短。
此方案缺點:始發(fā)井內(nèi)反力架尾部距盾構(gòu)吊裝孔邊線只有1.6m的空間,上下管片困難,80m始發(fā)階段只能用小斗出土,工效低。
分體方案3:待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后,將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi),連接橋及1~5臺車放置在暗挖隧道范圍內(nèi)。始發(fā)負環(huán)按7環(huán)(1.5m寬)半環(huán)布置,后面放置半環(huán)的反力架(或管片直接通過鋼負環(huán)連接到墻體)。
管路連接方面,第1階段(吊裝準備)先將連接橋及1~5號臺車放置在暗挖隧道的最尾部,將盾構(gòu)主機放置在始發(fā)井內(nèi);主機與臺車之間除直線連接管線長度外,另外通過彎曲及懸掛等手段配置21m左右長的富余管路長度;第2階段(待盾構(gòu)掘進至13環(huán)左右時,整環(huán)的管片中可以包含連接橋及1號臺車時)停機將連接橋及1號臺車與主機相連,2~5號臺車放置在暗挖隧道的最尾部,1、2號臺車間預(yù)留17m左右的直線長度外的富余長度;第3階段(待盾構(gòu)掘進至46環(huán)左右時,整環(huán)的管片中可以包含整體盾構(gòu)機)停機將1號臺車與2、3、4、5號臺車全部相連,完成始發(fā)掘進。
此方案優(yōu)點:不需占用地表施工場地放置后配套臺車;80m始發(fā)階段基本都能用16m3的大斗出土,始發(fā)時間縮短;通過充分利用后面75m長的暗挖隧道長度,減小彎曲管線的長度及難度;隧道全過程的掘進過程中不需要拆除負環(huán)及反力架,節(jié)省了工序轉(zhuǎn)換的時間;需延伸的盾構(gòu)機的管路相對方案1較短,與方案2差不多。
此方案缺點:半環(huán)拼裝不易控制好管片拼裝質(zhì)量,在安裝整環(huán)負環(huán)前需小推力掘進;同時還需增加1環(huán)負環(huán)。
分體方案4:
基本思路與方案3一致,只是管路連接方面,將連接的管路相對盾構(gòu)主機往反向延長35m左右,即將臺車與主機的富余管線長度拉大至70m,這樣臺車不動,只通過釋放彎曲的管線即可實現(xiàn)從始發(fā)開始至始發(fā)段80m完成均不需要中途停機續(xù)接管線。
此方案優(yōu)點:同方案4的優(yōu)點。
此方案缺點:除有方案3的缺點外,最大的弊端是同步注漿管路過長,會影響注漿壓力并容易堵管;盾構(gòu)僅有主機在洞內(nèi)掘進,無法利用連接橋進行管片的運輸,操作司機在后方暗挖隧道也無法直接觀察到前方的出土情況;同時管線的180度向后的“U”型彎可能很難實現(xiàn)。
分體方案5:
待暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)完成后,將盾構(gòu)機整機連接,負環(huán)及反力架仍按方案3的半環(huán)布置方式。盾構(gòu)機的所有臺車在通過半環(huán)上下材料的通道時,把后配套臺車頂部的所有部件(管路及皮帶等)全部拆除,以滿足始發(fā)井出土及材料上下的要求;管路改移至臺車兩側(cè)。碰到連接臺車兩側(cè)的橫向鋼構(gòu)件時,還需要臨時拆除此構(gòu)件并用其他的橫向鋼構(gòu)件在其他部位進行臨時連接以確保臺車兩側(cè)的連接。
此方案優(yōu)點:可以進行整體始發(fā),加快盾構(gòu)進度;減少管路連接的工作量及材料數(shù)量(原有的鋼性管路可以利用上,安裝在側(cè)面)。
此方案缺點:除有方案3的缺點外,連接橋及后配套臺車能否實現(xiàn)頂部構(gòu)件全部拆除的問題需要設(shè)備專業(yè)方面的人員確定。即使能夠做到這一點,對臺車的整體拆卸及組裝工作量都會較大。同時在后配套臺車范圍內(nèi)進行出土及材料上下倒運可能會出現(xiàn)意外情況對設(shè)備造成污染或損壞。
綜上4個分體方案及1個整體始發(fā)方案,經(jīng)我項目部與我公司盾構(gòu)事業(yè)部討論傾向選擇分體方案3,并征得我公司同意此方案施工。
3 工程實施方案
本工程盾構(gòu)隧道首先由盾構(gòu)區(qū)間左線在后衛(wèi)寨站盾構(gòu)井分體始發(fā),施工時采用一臺中鐵裝備制造,型號CTE6250盾構(gòu)機。盾構(gòu)從后衛(wèi)寨站左線暗挖區(qū)間西面盾構(gòu)井始發(fā)掘進,始發(fā)前需完成對洞門土體加固,洞門鑿除,密封裝置的安裝等。掘進到達張家村站前,需完成對到達洞門的洞門土體加固,洞門鑿除,密封裝置的安裝等。到達張家村站左線風井后進行盾構(gòu)機吊出,二次始發(fā)進行后衛(wèi)寨站至張家村站右線施工,最終到達張家村站右線風井后進吊出。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇方案3的施工流程。
3.1 半環(huán)分體始發(fā)工藝流程
半環(huán)分體始發(fā)分三個階段實現(xiàn),工藝流程如圖1。
3.2 半環(huán)分體始發(fā)施工方法
本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)通過-7至-3環(huán)(5*1.5=7.5m)半環(huán)安裝,-2環(huán)增加上半環(huán)反力架支撐來實現(xiàn)半環(huán)始發(fā);通過盾構(gòu)機與1#拖車分離、延長管線,1#拖車與后續(xù)拖車分離、延長管線來實現(xiàn)分體始發(fā)。盾構(gòu)主機與1#拖車間管線總延長≥29m;1#拖車與2#拖車間管線總延長≥55.5m。
3.2.1 第一階段施工
①盾構(gòu)分體方式。盾構(gòu)機與連接橋及后續(xù)拖車分離,管線延長。盾構(gòu)機單獨掘進,后續(xù)拖車在反向隧道內(nèi)。盾構(gòu)主機與1#拖車間管線總延長≥29m,盾構(gòu)掘進24m,拼裝13環(huán)管片。
②洞內(nèi)運輸。
列車編組:采用1組列車(電瓶車+管片車)。
渣土運輸:土斗置于管片車上運土。采用自制土斗直接在螺旋機下接土,初始掘進采用5.2m3小土斗,掘進3m后改用8.4m3大土斗。盾構(gòu)掘進每環(huán)出碴量:Q=πR2Lη=π×3.142×1.5×1.2=56m3。
管片運輸:待每環(huán)出土完畢后,用管片車運輸2次管片,通過卷揚機或葫蘆將管片放至拼裝機下方。
砂漿運輸:砂漿泵通過軟管泵送至暗挖隧道內(nèi)1#臺車上。
③延長管線保護。延長管線按類別捆綁,并在隧道內(nèi)設(shè)置滾筒,以利于管線拖動。最前端管線捆綁并采用5T手拉葫蘆固定于盾構(gòu)機上。
3.2.2 第二階段施工
①盾構(gòu)分體方式。盾構(gòu)機與連接橋及1#拖車連接,1#脫出上安裝皮帶機。1#脫出與后續(xù)拖車分離,延長管線,后續(xù)拖車在反向隧道內(nèi)。1#與2#拖車間管線總延長≥55.5m,盾構(gòu)掘進至完成46環(huán)管片拼裝。
②洞內(nèi)運輸。采用1節(jié)管片車+1節(jié)砂漿車+1節(jié)16m3渣土車。每環(huán)掘進須進行4次運輸。
3.2.3 第三階段施工
①盾構(gòu)整體掘進。掘進至完成46環(huán)管片拼裝后,2#及后續(xù)拖車前移,與盾構(gòu)機進行管路連接,完整安裝皮帶機,盾構(gòu)整體掘進。
②洞內(nèi)運輸:采用標準機車編組:1節(jié)管片車+1節(jié)砂漿車+4節(jié)16m3渣車。
4 總結(jié)
盾構(gòu)分體始發(fā)在地鐵施工中案例較少,根據(jù)西安地鐵一號線二期工程施工實際情況,結(jié)合本施工方案,利用30天時間進行盾構(gòu)下井吊裝、組裝調(diào)試、現(xiàn)場臨建布置,順利始發(fā),此方案合理可行。