城市軌道交通雙護盾TBM區(qū)間始發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)研究

張恒臻

關(guān)鍵詞 城市軌道交通;地鐵隧道;雙護盾TBM;區(qū)間始發(fā);整體始發(fā)

中圖分類號 U455.43;U231.3 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0050-03

0 引言

雙護盾TBM以其在隧道施工中（如開挖、出渣、襯砌灌漿等平行作業(yè)）可實現(xiàn)一次成洞的優(yōu)勢，逐步在城市軌道交通隧道建設(shè)中應(yīng)用、推廣開來[1-2]。尤其是以青島市為代表的雙護盾TBM在青島地鐵1、2、4、8號線得到了廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的設(shè)計及施工經(jīng)驗。雙護盾TBM具有兩種始發(fā)方式，一種是明挖車站端頭井的車站始發(fā)方式，一種是“中間始發(fā)井+礦山法始發(fā)導(dǎo)洞”的區(qū)間始發(fā)方式[3]。車站的始發(fā)條件相對明確，而采用“中間始發(fā)井+礦山法始發(fā)導(dǎo)洞”的區(qū)間始發(fā)方式可適用于多種工況，如：區(qū)間兩端為暗挖車站，無法提供始發(fā)條件或鄰近車站端頭段落地質(zhì)條件不良，不適用于TBM施工以及因工期、場地限制等無法從車站端頭始發(fā)的情況。

一般來說，為發(fā)揮TBM長距離掘進優(yōu)勢，始發(fā)中間井一般設(shè)置于靠近車站端頭一側(cè)，距離約200 m左右，方便始發(fā)井施工場地圍擋及交通調(diào)流。自始發(fā)井至車站端頭段落因長度較短，通常采用礦山法施工。常規(guī)區(qū)間始發(fā)方案需向掘進方向設(shè)置不小于整機長度的礦山法始發(fā)導(dǎo)洞，機械法段落的縮短不利于TBM施工效率的發(fā)揮。因此，該文以青島地鐵6號線創(chuàng)智谷站～石山路站區(qū)間為例，探討TBM區(qū)間始發(fā)優(yōu)化設(shè)計方案。

1 工程概況

青島地鐵6號線創(chuàng)智谷站～石山路站區(qū)間（以下簡稱創(chuàng)～石區(qū)間）從創(chuàng)智谷站出發(fā)后沿珠山路向東北方向敷設(shè)，再沿開城路向東敷設(shè)，依次下穿柏果樹河、蔡家莊水庫，最終到達石山路站。區(qū)間于大里程端頭靠近石山路站位置設(shè)TBM始發(fā)井（后期兼做軌排井），始發(fā)井向小里程側(cè)采用TBM法施工，向大里程側(cè)采用礦山法施工。區(qū)間總長約1 917 m（TBM法1 681 m+明挖始發(fā)井29 m+礦山法207 m）。總平面圖如圖1。

2 設(shè)備（TBM）始發(fā)要求

創(chuàng)～石區(qū)間采用的設(shè)備為鐵建重工制造的雙護盾TBM，開挖直徑6.3 m，主機長約12 m，總長約168 m，TBM采用整體始發(fā)，整機長度約168 m，其后設(shè)置電機車編組，始發(fā)導(dǎo)洞長度不小于TBM整機長度加電機車編組長度。電機車編組通長有如下兩種形式：

（1）小編組始發(fā)（圖2）：含電機車頭+1節(jié)渣土車+1節(jié)豆礫石車+1節(jié)管片車，總長度約27 m，該編組形式常用于始發(fā)初期階段，能夠縮短導(dǎo)洞長度從而快速提供始發(fā)條件，其缺點在于TBM始發(fā)初期掘進工效極低，需頻繁停機倒運出渣4～5次。

3 常規(guī)始發(fā)導(dǎo)洞布置方案

自始發(fā)井側(cè)壁向掘進方向設(shè)置始發(fā)導(dǎo)洞，電機車采用小編組形式，始發(fā)導(dǎo)洞長度為166 m（=整機長度168 m+電機車小編組27 m-始發(fā)井長度29 m），始發(fā)導(dǎo)洞采用礦山法開挖，導(dǎo)洞開挖并初支完成后，將TBM設(shè)備分節(jié)下井組裝，TBM刀盤貼近掌子面，主機后方設(shè)置反力架用以始發(fā)定位頂緊管片。常規(guī)方案（圖4）的缺點在于：

（1）未能利用始發(fā)井后方礦山法段落，導(dǎo)致需額外施工長距離的礦山法導(dǎo)洞。

（2）導(dǎo)洞二襯需待TBM區(qū)間施工完成方可采用模筑方式施做，需要額外增加工期約1.5個月。

4 優(yōu)化方案1

利用始發(fā)井后方礦山法段落作為始發(fā)導(dǎo)洞，則由始發(fā)井側(cè)壁向掘進方向需要的導(dǎo)洞長度則可相應(yīng)減小，若后方區(qū)間長度足夠，則始發(fā)井前方僅保留15 m長的定位導(dǎo)洞即可，始發(fā)反力架設(shè)置于進洞洞口。導(dǎo)洞后置存在的問題是導(dǎo)洞后方無法進行渣土、管片等材料轉(zhuǎn)運。常規(guī)解決思路為于導(dǎo)洞末端上方設(shè)置臨時施工豎井，此方法造價高、工期長且地面條件容易受限。為此該區(qū)間創(chuàng)新性地提出采用橫向運輸方式，即于始發(fā)洞末端設(shè)置后置式電機車斜通道，有效解決了導(dǎo)洞后置所帶來的物料轉(zhuǎn)運問題。

方案優(yōu)化后（圖5），始發(fā)井前方施做15 m始發(fā)定位導(dǎo)洞，其余后置始發(fā)導(dǎo)洞利用礦山法段落長度為151 m（=整機長度168 m+電機車小編組27 m-始發(fā)井長度29 m-前方始發(fā)導(dǎo)洞長度15 m）。電機車斜通道設(shè)置于導(dǎo)洞末端，寬度4.5 m，與正線夾角約20°。方案優(yōu)化后，始發(fā)井前方需額外采用礦山法開挖的導(dǎo)洞長度大幅減少，工程造價及項目工期也相應(yīng)得以優(yōu)化。

5 優(yōu)化方案2

優(yōu)化方案1相對于常規(guī)方案已實現(xiàn)較大程度的優(yōu)化，但由于電機車采用小編組形式，上述兩種方案在始發(fā)初期都面臨工效過低的問題。一般來說，若始發(fā)井后方礦山法長度較長，可通過繼續(xù)向后延長始發(fā)導(dǎo)洞來解決這一問題，但相應(yīng)的，TBM的始發(fā)時間也將滯后。并且，若始發(fā)井離車站長度較近則無法實現(xiàn)這一方案。因此，考慮適當(dāng)向前方延伸始發(fā)導(dǎo)洞，延伸長度為39 m（電機車滿編組與小編組長度之差），該布置形式（圖6）優(yōu)點如下：

（1）其開挖與后方長導(dǎo)洞不相干擾，且由于長度較短可先行開挖完成，不影響始發(fā)工期。

（2）導(dǎo)洞已開挖完成，故可直接采用TBM空推拼裝管片即可，不增加額外模筑二襯工期。

6 方案優(yōu)化分析

通過常規(guī)方案與優(yōu)化方案的始發(fā)導(dǎo)洞布置形式可以看出：優(yōu)化方案1較常規(guī)方案相比，通過設(shè)置后置式電機車斜通道，有效利用了始發(fā)井后方礦山法段落，大幅優(yōu)化了常規(guī)方案的礦山法導(dǎo)洞長度;優(yōu)化方案2與優(yōu)化方案1相比，雖然導(dǎo)洞長度有所增加，但保證了始發(fā)階段的掘進效率，進一步縮短了隧道的總工期。因此，創(chuàng)～石區(qū)間最終采用優(yōu)化方案2作為始發(fā)方案，各方案的效益對比分析見表1。

7 結(jié)語

（1）后置式電機車斜通道的設(shè)置為利用始發(fā)井至車站端頭的礦山法段落提供了解決方案，縮短了額外的礦山法導(dǎo)洞長度，項目工期及造價均得以大幅優(yōu)化。

（2）始發(fā)條件允許的情況下可適當(dāng)向掘進方向延伸部分導(dǎo)洞，以保障TBM在始發(fā)階段的掘進效率從而進一步縮短隧道工期。延伸的礦山法導(dǎo)洞二襯采用同步拼裝管片形式，無需額外增加模筑時間。

（3）TBM始發(fā)方案影響因素較多，應(yīng)針對項目實際情況，靈活、合理地選擇始發(fā)方案，盡可能地發(fā)揮機械法施工優(yōu)勢，節(jié)約項目工期及造價。

參考文獻

[1]王小強， 郭志， 王以棟， 等. 雙護盾TBM分體始發(fā)技術(shù)研究與在青島地鐵1號線的實施[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2018（9）： 1573-1578

[2]郭志， 王小強， 王以棟， 等. 青島地鐵隧道雙護盾TBM適應(yīng)性設(shè)計及應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2018（1）： 135-141.

[3]林剛， 史宣陶， 陳軍. 雙護盾TBM在青島城市軌道交通工程中的應(yīng)用與實踐[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2019（12）： 2020-2029.

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