DSUC型雙護(hù)盾式TBM明挖車站始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析

何旭蘇

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

目前我國城市軌道交通暗挖隧道多采用盾構(gòu)法和礦山法施工，盾構(gòu)法一般不適用于巖質(zhì)地層，尤其是硬巖巖質(zhì)地層，雖然礦山法施工具有良好的地層適應(yīng)性，但存在爆破振動擾民、施工速度慢、施工安全及施工質(zhì)量較難保障等一系列問題。適用于巖質(zhì)地層的TBM工法(Tunnel Boring Machine)在國外鐵路、公路隧道得到了廣泛應(yīng)用，但我國TBM工法應(yīng)用起步較晚，且前期多用于山嶺鐵路和引水隧道，城市軌道交通領(lǐng)域僅在重慶地鐵6號線一期工程采用了2臺單護(hù)盾式TBM。

青島地鐵2號線在國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域首次采用DSUC(Double Shield Universal Compact TBM)型雙護(hù)盾式TBM，取得了較好的效果。其施工速度快，刀盤磨損低，對環(huán)境影響小，對于軟弱破碎圍巖又具有一定的適應(yīng)性，比較適合于巖質(zhì)城市軌道交通隧道的建設(shè)。

本文以青島地鐵2號線實(shí)際工程為例，對DSCU型雙護(hù)盾式TBM明挖車站始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 工程概況

青島地鐵2號線海安路站—海川路站—海游路站—麥島站—高雄路站區(qū)間段位于香港東路、香港中路下方，區(qū)間隧道主要位于強(qiáng)風(fēng)化至微風(fēng)化花崗巖(兼有煌斑巖、花崗斑巖等巖漿巖)地層中。區(qū)間采用兩臺DSCU型雙護(hù)盾式TBM施工。兩臺TBM均由海安路站始發(fā)，先后依次通過海川路站、海游路站、麥島站，最終到達(dá)高雄路站大里程端吊出。

海安路站位于海安路與香港東路路口南側(cè)，車站沿香港東路路中設(shè)置，為地下兩層、局部地下三層島式車站，采用明挖法施工，車站小里程端接TBM區(qū)間，且需提供TBM始發(fā)場地，車站小里程段平面布置如圖1所示。

圖1 海安路站TBM始發(fā)平面布置

2 明挖車站始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析

DSCU型雙護(hù)盾式TBM由明挖車站始發(fā)，需結(jié)合車站施工進(jìn)度、機(jī)械參數(shù)等綜合分析始發(fā)條件。

根據(jù)海安路站的施工進(jìn)度安排，當(dāng)提供DSUC型雙護(hù)盾式TBM始發(fā)條件時(shí)，主體結(jié)構(gòu)僅能完成端頭頂板，底板施工長約98 m，故出土孔設(shè)置始發(fā)端后方約98 m處，結(jié)合DSUC型雙護(hù)盾式TBM長度135 m，反推計(jì)算出還需在小里程方向采用礦山法施工約40 m的始發(fā)洞。當(dāng)然，如果明挖車站工期不受限，提供DSUC型雙護(hù)盾式TBM始發(fā)條件時(shí)能全部施工完成(或至少施工完成135 m以上主體結(jié)構(gòu))，那么始發(fā)洞即可減少為15 m，滿足DSCU型雙護(hù)盾式TBM通過撐靴始發(fā)掘進(jìn)要求即可。

因?yàn)镈SCU型雙護(hù)盾式TBM由明挖車站始發(fā)在國內(nèi)屬于首次，經(jīng)過與施工、設(shè)備等各個(gè)專業(yè)的溝通，確定了以下原則：

(1)TBM始發(fā)的車站沿車站縱向長度不應(yīng)小于15 000 mm(困難條件下不小于12 000 mm)為TBM始發(fā)井段。始發(fā)井處車站側(cè)墻與線路中心線間的凈距離應(yīng)不小于4 000 mm，始發(fā)井處中柱與線路中心線間的凈距離應(yīng)不小于3 800 mm。TBM始發(fā)井處車站頂板及各層樓板應(yīng)預(yù)留TBM吊裝孔，孔口尺寸為：14 500 mm(長)×7 500 mm(寬)(對稱線路中線)(圖2)。

圖2 明挖車站始發(fā)要求平面(單位:mm)

(2)始發(fā)井段車站底板設(shè)工作槽，尺寸為6 300 mm(長)×800 mm(寬)×1 000 mm(深)(圖3)。

圖3 明挖車站始發(fā)要求縱斷面(單位:mm)

(3)TBM始發(fā)端端頭墻后不小于135 m處，車站頂板及各層樓板應(yīng)預(yù)留至少9 000 mm×5 500 mm(寬)的出土口。

(4)TBM始發(fā)前，需采用礦山法提前施做TBM始發(fā)洞，并施做TBM導(dǎo)臺。始發(fā)洞長度宜為15 m，始發(fā)洞內(nèi)凈空半徑尺寸宜為3 200 mm(圖4)。

圖4 TBM始發(fā)洞

(5)對于始發(fā)洞及與始發(fā)洞相接處的區(qū)間隧道，針對不同的軌道減振要求(普通減振和特殊減振)，始發(fā)洞斷面形式及位置有所區(qū)別。

(6)始發(fā)井段車站底板面應(yīng)低于線路軌面線2 000 mm，車站標(biāo)準(zhǔn)段車站底板面應(yīng)低于線路軌面線730 mm(圖3)。

(7)TBM始發(fā)需要施工場地面積約4 000～5 000 m2。

(8)TBM始發(fā)端端頭墻由于TBM拼裝引起的臨時(shí)地面荷載按70 kN/m2考慮。

(9)對于車站頂板，由于設(shè)置龍門吊及堆放管片引起的臨時(shí)地面荷載按35 kN/m2考慮。

3 存在的問題

DSUC型雙護(hù)盾式TBM在明挖車站始發(fā)，很大程度上取決于車站的工期和施工進(jìn)度。根據(jù)車站施工完成情況，大致可以分以下幾種情況：

(1) 車站主體全部完成。此種情況下，根據(jù)上文所述的明挖車站TBM始發(fā)要求進(jìn)行預(yù)留吊裝孔、出土孔等即可。

(2) 車站主體部分完成。此種情況下，要滿足TBM始發(fā)對車站影響較小，避免交叉作業(yè)，至少需要完成135 m以上的頂板施工。

(3) 車站僅端頭部分主體結(jié)構(gòu)封頂，距端墻至少135 m范圍站臺層側(cè)墻和底板施工完成。本次海安路站始發(fā)的工程實(shí)例即屬于此種情況。為避免后期TBM施工與車站主體施工相互干擾，需在車站范圍設(shè)置門型鋼架，在門型鋼架的保護(hù)下進(jìn)行TBM后配套組織調(diào)試、后期出渣小車通行、區(qū)間施工人員進(jìn)出等；同時(shí)，車站腳手架搭設(shè)在門型鋼架上，保證車站主體結(jié)構(gòu)與TBM區(qū)間同時(shí)施工。

海安路站提供始發(fā)條件時(shí)的車站施工進(jìn)度如下圖5所示，端頭范圍主體結(jié)構(gòu)頂板施工完成，其它范圍施工車站中板、頂板。門型鋼架設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工實(shí)景如圖6所示。

圖5 海安路站主體施工與區(qū)間TBM施工交叉作業(yè)

圖6 海安路站門型鋼架

當(dāng)DSUC型雙護(hù)盾式TBM在明挖車站始發(fā)時(shí)，需要根據(jù)DSUC型雙護(hù)盾式TBM的機(jī)械參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，制定相應(yīng)適合的在明挖車站始發(fā)的技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

對于DSUC型雙護(hù)盾式TBM的始發(fā)場地，在工期、場地等條件允許的情況下，應(yīng)首選明挖車站始發(fā)，因?yàn)榻Y(jié)合車站占地和施工，利用車站端頭始發(fā)，不需要單獨(dú)設(shè)置DSUC型雙護(hù)盾式TBM工作井，既減小了工程實(shí)施難度，又節(jié)約了投資。

[1] GB 50157-2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 鐵建設(shè)[2007]106號 鐵路隧道全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)法技術(shù)指南[S] .北京：中國鐵道出版社，2007.