重慶地鐵巖石隧道掘進機過站施工方案摘 要 重慶軌道交通擬采用TBM ( tunnel boring machine,巖石隧道掘進機)施工。從時間、空間上全面分析重慶市存在的問題,包括地處山嶺重丘區、地勢高差起伏較大、地鐵線路暗挖車站較多等,說明解決TBM與車站施工相互干擾是關鍵性的問題,針對不同情況提出相應的解決方案。關鍵詞 巖石隧道掘進機 過站 施工 重慶地鐵 車站 重慶軌道交通擬采用巖石隧道掘進機( tunnelboringmachine,TBM)施工。由于重慶地勢高差大,線路規劃中暗挖車站較多,且埋深較大,通常無法施作盾構井,因此過站問題成為決定重慶軌道交通區間隧道采用TBM是否可行的一個關鍵性的問題。TBM過站的難點在于施工后,開挖形成的隧道需作為其出碴、管片運輸、電力、通風、供水的通道,不能中斷,直到TBM施工完成全部區間隧道。而地鐵線路每隔1~2 km需設車站,當TBM通過車站后,由于車站采用鉆爆法施工,在車站施工的時候,可能破壞TBM在車站這段的出碴、管片運輸等通道,且車站施工是總工期的控制性工程,如何解決TBM和車站施工的相互干擾問題是解決TBM過站的關鍵。本文從時間、空間方面對該問題的各種情況進行了全面分析,提出了相應的解決方案。1 以時間順序分析 從時間順序上分析,主要是通過開工時間和順序的調整,人為調整車站和TBM的施工時間,主要有兩種情況。 (1)先施工區間隧道,后施工車站。TBM提前開工,在區間完成后進行車站施工,錯開TBM與車站施工的時間。如果TBM提前車站1年開工,由于TBM的施工速度遠快于車站的施工速度,按保守的掘進速度計算,兩臺TBM單頭掘進可以完成4.8 km的隧道。采用這種方案,后期車站施工可以將區間隧道作為出碴通道,減少地表出碴量,從而減少對地表環境的影響。 (2)先施工車站,后施工區間。提前開工車站,特別是對TBM施工存在影響的車站提前開工,錯開TBM與車站施工的時間,TBM以步進和牽引方式過站。從北京、廣州、上海等城市盾構施工的經驗來看,其過站方式也多采用先施工車站、盾構牽引過站的施工方法。 從重慶軌道交通6號線分析, 6號線的TBM施工需要16個月的設備采購周期。在TBM施工前,車站可以先期開工,在16個月的時間內,車站的土建部分已基本完成,因此,6號線的過站方式以TBM步進或牽引過站為主。在一期完成后,可提前開工二期的區間隧道,待區間完成后再施工車站。從總工期上來說,不會因車站和區間工期重疊而延長總工期,也可以充分發揮TBM快速、優質、環保、安全的優勢。2 以空間順序分析 從時間順序方面分析,采用人為調整的方式,避免出現TBM和車站同時施工的情況,如果TBM和車站需要同時開工,從空間順序上分析可能出現兩種情況:一是先站后洞(即車站在TBM到達車站前,車站已經開始施工),二是先洞后站(即TBM到達車站前,車站尚未進行施工)。2.1 先站后洞 在TBM到達車站前,按照車站施工時間不同,可能出現以下幾種情況。2.1.1 TBM到達車站前車站已全部完成土建開挖 TBM到達以前,車站土建施工已經完成,在TBM通過車站時,只需采用步進或牽引的方式通過車站(見圖1)。車站的施工和TBM的工期不存在交叉,TBM通過后,其出碴通道不受車站施工影響。待TBM通過車站到達下一區間時,需提前采用鉆爆法為TBM施工10~30m的導洞,或采用反力支架(見圖2)。
由于這種情況TBM和隧道施工不存在交叉作業,各自施工不受相互影響,故盾構施工大多采用這種過站方式。因此,建議重慶如果采用TBM施工,車站盡量提前開工,多采用步進或牽引過站方式,最大限度地發揮TBM的優勢。2.1.2 TBM到達車站前車站只剩下臺階未施工如果在TBM到達車站前,車站不能開挖完成,則施工時先開挖上、中臺階,然后進行初期支護,保留下臺階(下臺階高度H由TBM高度確定)土體,待TBM通過后再開挖(見圖3)。下臺階施工可讓TBM依靠水平支撐反力進行掘進施工,待TBM通過車站,再開挖中間部分土體。美國紐約地鐵就是采用這種方法施工(見圖4)。2. 1. 3 TBM到達車站前車站完成部分施工 車站在TBM到達前完成部分施工(存在交叉施工干擾的情況),盡量先開挖左右兩側導坑的上、中臺階,下臺階保留(下臺階高度H由TBM高度確定,見圖5)。TBM到達車站時,車站停止施工,待TBM通過車站再施工。由于TBM出碴和車站施工相互影響,所以應盡量避免這種情況出現,主要有以下幾種備選方法。(1) 利用暗挖車站區間隧道聯絡線或開挖聯絡通道,變雙通道單線出碴為單通道雙線出碴,具體方案見圖6~圖7。 由于圍巖條件較好,車站范圍內可不安設管片,只根據圍巖條件采用錨、噴、網聯合支護。待TBM完全通過后,利用一側導洞作為TBM運輸通道,采用半斷面分部開挖法,分部開挖車站一側斷面,并及時施作初期支護,待一側導洞擴挖完成后,再將運輸軌道改到另一側,擴挖對側的導洞,兩側交替進行開挖及支護,并及時施作二次襯砌。兩種方法在車站內均設置岔線,當一側的TBM通道擴挖時,碴車通過岔線轉入另一TBM通道,從而連續出碴。如果聯絡通道可以設置在車站,則后期車站施工對聯絡通道有一定的干擾,亦可將聯絡通道設置在區間隧道,利用線路本身的聯絡通道或人行通道進行轉換。 采用該方法施工,在其中一條TBM出碴通道廢棄進行車站施工的時候,可以利用該條通道作為車站的出碴通道。同時,由于該通道不受TBM出碴影響,也可以對該通道進行二次襯砌施工。 (2)TBM首先掘進通過車站,再利用車站主體的豎井或增設豎井,作為TBM的出碴、管片運輸、通風通道。TBM遇到與車站同時施工的情況,最有可能出現在前3個車站,這種方法可以在TBM施工完前3個車站后,將第3個車站的通風豎井用于出碴或增加出碴豎井,將TBM的管片場和出碴場改到第3個車站,前3個車站可利用TBM開挖的區間隧道出碴(見圖8)。 (3)借鑒國外盾構綜合法修建地鐵車站。國外已經采用了配合盾構法修建地鐵車站的施工方法,這種施工方法可一次采用盾構法將區間隧道和過站隧道貫通,然后在盾構隧道的基礎上擴挖而形成地鐵車站(見圖9)。這種方法的優點是能充分利用TBM設備,進一步提高地鐵工程的建設質量、縮短建設周期、從總體上較大幅度地降低工程造價,從而使得TBM在城市地鐵工程中得到了大規模的采用。國內廣州地鐵3號線林和西路站在設計上曾作了嘗試性的研究。2.2 先洞后站 先洞后站是指在TBM施工到車站時,車站完全未施工。這種情況可能出現在TBM施工通過的第一個車站或前幾個車站及車站擴挖出工作面以后,其工況和“TBM到達車站前車站完成部分施工”的情況相同(見圖10~圖11)。3 小結 (1)從時間方面分析,可以通過人為調整開工時間,錯開TBM與車站的施工時間,達到TBM施工區間和車站施工相互不影響的目的。 (2)從空間上分析,如果TBM和車站同時開工,其最不利的情況是車站和TBM出碴同時進行,作業相互影響,這種情況共有3種方法可以解決。因此,采用TBM施工過站問題從技術上是可行的。 (3)直接采用配合盾構法修建地鐵車站等特殊斷面結構,已成為國外地下鐵道施工的最新技術前沿之一,在日本和俄羅斯都有應用的先例。因此,在重慶軌道交通中借鑒施工盾構綜合法修建地鐵車站,也是解決TBM和車站施工相互干擾的有效方法之一。參考文獻[1]王夢恕.巖石隧道掘進機(TBM)施工及工程實例[M].中國鐵道出版社,2004.[2]李圍,何川.地鐵車站施工方法綜述[J].西部探礦工程,2004(7):110 111.[3]何川,丁建隆,季圍.配合盾構法修建地鐵車站的施工技術方案[J].西南交通大學學報,2005,40(3):293 297.[4]張慶賀,朱合華.地鐵與輕軌[M].北京:人民交通出版社,2006.
由于這種情況TBM和隧道施工不存在交叉作業,各自施工不受相互影響,故盾構施工大多采用這種過站方式。因此,建議重慶如果采用TBM施工,車站盡量提前開工,多采用步進或牽引過站方式,最大限度地發揮TBM的優勢。2.1.2 TBM到達車站前車站只剩下臺階未施工如果在TBM到達車站前,車站不能開挖完成,則施工時先開挖上、中臺階,然后進行初期支護,保留下臺階(下臺階高度H由TBM高度確定)土體,待TBM通過后再開挖(見圖3)。下臺階施工可讓TBM依靠水平支撐反力進行掘進施工,待TBM通過車站,再開挖中間部分土體。美國紐約地鐵就是采用這種方法施工(見圖4)。2. 1. 3 TBM到達車站前車站完成部分施工 車站在TBM到達前完成部分施工(存在交叉施工干擾的情況),盡量先開挖左右兩側導坑的上、中臺階,下臺階保留(下臺階高度H由TBM高度確定,見圖5)。TBM到達車站時,車站停止施工,待TBM通過車站再施工。由于TBM出碴和車站施工相互影響,所以應盡量避免這種情況出現,主要有以下幾種備選方法。(1) 利用暗挖車站區間隧道聯絡線或開挖聯絡通道,變雙通道單線出碴為單通道雙線出碴,具體方案見圖6~圖7。 由于圍巖條件較好,車站范圍內可不安設管片,只根據圍巖條件采用錨、噴、網聯合支護。待TBM完全通過后,利用一側導洞作為TBM運輸通道,采用半斷面分部開挖法,分部開挖車站一側斷面,并及時施作初期支護,待一側導洞擴挖完成后,再將運輸軌道改到另一側,擴挖對側的導洞,兩側交替進行開挖及支護,并及時施作二次襯砌。兩種方法在車站內均設置岔線,當一側的TBM通道擴挖時,碴車通過岔線轉入另一TBM通道,從而連續出碴。如果聯絡通道可以設置在車站,則后期車站施工對聯絡通道有一定的干擾,亦可將聯絡通道設置在區間隧道,利用線路本身的聯絡通道或人行通道進行轉換。 采用該方法施工,在其中一條TBM出碴通道廢棄進行車站施工的時候,可以利用該條通道作為車站的出碴通道。同時,由于該通道不受TBM出碴影響,也可以對該通道進行二次襯砌施工。 (2)TBM首先掘進通過車站,再利用車站主體的豎井或增設豎井,作為TBM的出碴、管片運輸、通風通道。TBM遇到與車站同時施工的情況,最有可能出現在前3個車站,這種方法可以在TBM施工完前3個車站后,將第3個車站的通風豎井用于出碴或增加出碴豎井,將TBM的管片場和出碴場改到第3個車站,前3個車站可利用TBM開挖的區間隧道出碴(見圖8)。 (3)借鑒國外盾構綜合法修建地鐵車站。國外已經采用了配合盾構法修建地鐵車站的施工方法,這種施工方法可一次采用盾構法將區間隧道和過站隧道貫通,然后在盾構隧道的基礎上擴挖而形成地鐵車站(見圖9)。這種方法的優點是能充分利用TBM設備,進一步提高地鐵工程的建設質量、縮短建設周期、從總體上較大幅度地降低工程造價,從而使得TBM在城市地鐵工程中得到了大規模的采用。國內廣州地鐵3號線林和西路站在設計上曾作了嘗試性的研究。2.2 先洞后站 先洞后站是指在TBM施工到車站時,車站完全未施工。這種情況可能出現在TBM施工通過的第一個車站或前幾個車站及車站擴挖出工作面以后,其工況和“TBM到達車站前車站完成部分施工”的情況相同(見圖10~圖11)。3 小結 (1)從時間方面分析,可以通過人為調整開工時間,錯開TBM與車站的施工時間,達到TBM施工區間和車站施工相互不影響的目的。 (2)從空間上分析,如果TBM和車站同時開工,其最不利的情況是車站和TBM出碴同時進行,作業相互影響,這種情況共有3種方法可以解決。因此,采用TBM施工過站問題從技術上是可行的。 (3)直接采用配合盾構法修建地鐵車站等特殊斷面結構,已成為國外地下鐵道施工的最新技術前沿之一,在日本和俄羅斯都有應用的先例。因此,在重慶軌道交通中借鑒施工盾構綜合法修建地鐵車站,也是解決TBM和車站施工相互干擾的有效方法之一。參考文獻[1]王夢恕.巖石隧道掘進機(TBM)施工及工程實例[M].中國鐵道出版社,2004.[2]李圍,何川.地鐵車站施工方法綜述[J].西部探礦工程,2004(7):110 111.[3]何川,丁建隆,季圍.配合盾構法修建地鐵車站的施工技術方案[J].西南交通大學學報,2005,40(3):293 297.[4]張慶賀,朱合華.地鐵與輕軌[M].北京:人民交通出版社,2006.
