重庆地铁岩石隧道掘进机过站施工方案摘 要 重庆轨道交通拟采用TBM ( tunnel boring machine,岩石隧道掘进机)施工。从时间、空间上全面分析重庆市存在的问题,包括地处山岭重丘区、地势高差起伏较大、地铁线路暗挖车站较多等,说明解决TBM与车站施工相互干扰是关键性的问题,针对不同情况提出相应的解决方案。关键词 岩石隧道掘进机 过站 施工 重庆地铁 车站 重庆轨道交通拟采用岩石隧道掘进机( tunnelboringmachine,TBM)施工。由于重庆地势高差大,线路规划中暗挖车站较多,且埋深较大,通常无法施作盾构井,因此过站问题成为决定重庆轨道交通区间隧道采用TBM是否可行的一个关键性的问题。TBM过站的难点在于施工后,开挖形成的隧道需作为其出碴、管片运输、电力、通风、供水的通道,不能中断,直到TBM施工完成全部区间隧道。而地铁线路每隔1~2 km需设车站,当TBM通过车站后,由于车站采用钻爆法施工,在车站施工的时候,可能破坏TBM在车站这段的出碴、管片运输等通道,且车站施工是总工期的控制性工程,如何解决TBM和车站施工的相互干扰问题是解决TBM过站的关键。本文从时间、空间方面对该问题的各种情况进行了全面分析,提出了相应的解决方案。1 以时间顺序分析 从时间顺序上分析,主要是通过开工时间和顺序的调整,人为调整车站和TBM的施工时间,主要有两种情况。 (1)先施工区间隧道,后施工车站。TBM提前开工,在区间完成后进行车站施工,错开TBM与车站施工的时间。如果TBM提前车站1年开工,由于TBM的施工速度远快于车站的施工速度,按保守的掘进速度计算,两台TBM单头掘进可以完成4.8 km的隧道。采用这种方案,后期车站施工可以将区间隧道作为出碴通道,减少地表出碴量,从而减少对地表环境的影响。 (2)先施工车站,后施工区间。提前开工车站,特别是对TBM施工存在影响的车站提前开工,错开TBM与车站施工的时间,TBM以步进和牵引方式过站。从北京、广州、上海等城市盾构施工的经验来看,其过站方式也多采用先施工车站、盾构牵引过站的施工方法。 从重庆轨道交通6号线分析, 6号线的TBM施工需要16个月的设备采购周期。在TBM施工前,车站可以先期开工,在16个月的时间内,车站的土建部分已基本完成,因此,6号线的过站方式以TBM步进或牵引过站为主。在一期完成后,可提前开工二期的区间隧道,待区间完成后再施工车站。从总工期上来说,不会因车站和区间工期重叠而延长总工期,也可以充分发挥TBM快速、优质、环保、安全的优势。2 以空间顺序分析 从时间顺序方面分析,采用人为调整的方式,避免出现TBM和车站同时施工的情况,如果TBM和车站需要同时开工,从空间顺序上分析可能出现两种情况:一是先站后洞(即车站在TBM到达车站前,车站已经开始施工),二是先洞后站(即TBM到达车站前,车站尚未进行施工)。2.1 先站后洞 在TBM到达车站前,按照车站施工时间不同,可能出现以下几种情况。2.1.1 TBM到达车站前车站已全部完成土建开挖 TBM到达以前,车站土建施工已经完成,在TBM通过车站时,只需采用步进或牵引的方式通过车站(见图1)。车站的施工和TBM的工期不存在交叉,TBM通过后,其出碴通道不受车站施工影响。待TBM通过车站到达下一区间时,需提前采用钻爆法为TBM施工10~30m的导洞,或采用反力支架(见图2)。
由于这种情况TBM和隧道施工不存在交叉作业,各自施工不受相互影响,故盾构施工大多采用这种过站方式。因此,建议重庆如果采用TBM施工,车站尽量提前开工,多采用步进或牵引过站方式,最大限度地发挥TBM的优势。2.1.2 TBM到达车站前车站只剩下台阶未施工如果在TBM到达车站前,车站不能开挖完成,则施工时先开挖上、中台阶,然后进行初期支护,保留下台阶(下台阶高度H由TBM高度确定)土体,待TBM通过后再开挖(见图3)。下台阶施工可让TBM依靠水平支撑反力进行掘进施工,待TBM通过车站,再开挖中间部分土体。美国纽约地铁就是采用这种方法施工(见图4)。2. 1. 3 TBM到达车站前车站完成部分施工 车站在TBM到达前完成部分施工(存在交叉施工干扰的情况),尽量先开挖左右两侧导坑的上、中台阶,下台阶保留(下台阶高度H由TBM高度确定,见图5)。TBM到达车站时,车站停止施工,待TBM通过车站再施工。由于TBM出碴和车站施工相互影响,所以应尽量避免这种情况出现,主要有以下几种备选方法。(1) 利用暗挖车站区间隧道联络线或开挖联络通道,变双通道单线出碴为单通道双线出碴,具体方案见图6~图7。 由于围岩条件较好,车站范围内可不安设管片,只根据围岩条件采用锚、喷、网联合支护。待TBM完全通过后,利用一侧导洞作为TBM运输通道,采用半断面分部开挖法,分部开挖车站一侧断面,并及时施作初期支护,待一侧导洞扩挖完成后,再将运输轨道改到另一侧,扩挖对侧的导洞,两侧交替进行开挖及支护,并及时施作二次衬砌。两种方法在车站内均设置岔线,当一侧的TBM通道扩挖时,碴车通过岔线转入另一TBM通道,从而连续出碴。如果联络通道可以设置在车站,则后期车站施工对联络通道有一定的干扰,亦可将联络通道设置在区间隧道,利用线路本身的联络通道或人行通道进行转换。 采用该方法施工,在其中一条TBM出碴通道废弃进行车站施工的时候,可以利用该条通道作为车站的出碴通道。同时,由于该通道不受TBM出碴影响,也可以对该通道进行二次衬砌施工。 (2)TBM首先掘进通过车站,再利用车站主体的竖井或增设竖井,作为TBM的出碴、管片运输、通风通道。TBM遇到与车站同时施工的情况,最有可能出现在前3个车站,这种方法可以在TBM施工完前3个车站后,将第3个车站的通风竖井用于出碴或增加出碴竖井,将TBM的管片场和出碴场改到第3个车站,前3个车站可利用TBM开挖的区间隧道出碴(见图8)。 (3)借鉴国外盾构综合法修建地铁车站。国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法,这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通,然后在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站(见图9)。这种方法的优点是能充分利用TBM设备,进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期、从总体上较大幅度地降低工程造价,从而使得TBM在城市地铁工程中得到了大规模的采用。国内广州地铁3号线林和西路站在设计上曾作了尝试性的研究。2.2 先洞后站 先洞后站是指在TBM施工到车站时,车站完全未施工。这种情况可能出现在TBM施工通过的第一个车站或前几个车站及车站扩挖出工作面以后,其工况和“TBM到达车站前车站完成部分施工”的情况相同(见图10~图11)。3 小结 (1)从时间方面分析,可以通过人为调整开工时间,错开TBM与车站的施工时间,达到TBM施工区间和车站施工相互不影响的目的。 (2)从空间上分析,如果TBM和车站同时开工,其最不利的情况是车站和TBM出碴同时进行,作业相互影响,这种情况共有3种方法可以解决。因此,采用TBM施工过站问题从技术上是可行的。 (3)直接采用配合盾构法修建地铁车站等特殊断面结构,已成为国外地下铁道施工的最新技术前沿之一,在日本和俄罗斯都有应用的先例。因此,在重庆轨道交通中借鉴施工盾构综合法修建地铁车站,也是解决TBM和车站施工相互干扰的有效方法之一。参考文献[1]王梦恕.岩石隧道掘进机(TBM)施工及工程实例[M].中国铁道出版社,2004.[2]李围,何川.地铁车站施工方法综述[J].西部探矿工程,2004(7):110 111.[3]何川,丁建隆,季围.配合盾构法修建地铁车站的施工技术方案[J].西南交通大学学报,2005,40(3):293 297.[4]张庆贺,朱合华.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社,2006.
由于这种情况TBM和隧道施工不存在交叉作业,各自施工不受相互影响,故盾构施工大多采用这种过站方式。因此,建议重庆如果采用TBM施工,车站尽量提前开工,多采用步进或牵引过站方式,最大限度地发挥TBM的优势。2.1.2 TBM到达车站前车站只剩下台阶未施工如果在TBM到达车站前,车站不能开挖完成,则施工时先开挖上、中台阶,然后进行初期支护,保留下台阶(下台阶高度H由TBM高度确定)土体,待TBM通过后再开挖(见图3)。下台阶施工可让TBM依靠水平支撑反力进行掘进施工,待TBM通过车站,再开挖中间部分土体。美国纽约地铁就是采用这种方法施工(见图4)。2. 1. 3 TBM到达车站前车站完成部分施工 车站在TBM到达前完成部分施工(存在交叉施工干扰的情况),尽量先开挖左右两侧导坑的上、中台阶,下台阶保留(下台阶高度H由TBM高度确定,见图5)。TBM到达车站时,车站停止施工,待TBM通过车站再施工。由于TBM出碴和车站施工相互影响,所以应尽量避免这种情况出现,主要有以下几种备选方法。(1) 利用暗挖车站区间隧道联络线或开挖联络通道,变双通道单线出碴为单通道双线出碴,具体方案见图6~图7。 由于围岩条件较好,车站范围内可不安设管片,只根据围岩条件采用锚、喷、网联合支护。待TBM完全通过后,利用一侧导洞作为TBM运输通道,采用半断面分部开挖法,分部开挖车站一侧断面,并及时施作初期支护,待一侧导洞扩挖完成后,再将运输轨道改到另一侧,扩挖对侧的导洞,两侧交替进行开挖及支护,并及时施作二次衬砌。两种方法在车站内均设置岔线,当一侧的TBM通道扩挖时,碴车通过岔线转入另一TBM通道,从而连续出碴。如果联络通道可以设置在车站,则后期车站施工对联络通道有一定的干扰,亦可将联络通道设置在区间隧道,利用线路本身的联络通道或人行通道进行转换。 采用该方法施工,在其中一条TBM出碴通道废弃进行车站施工的时候,可以利用该条通道作为车站的出碴通道。同时,由于该通道不受TBM出碴影响,也可以对该通道进行二次衬砌施工。 (2)TBM首先掘进通过车站,再利用车站主体的竖井或增设竖井,作为TBM的出碴、管片运输、通风通道。TBM遇到与车站同时施工的情况,最有可能出现在前3个车站,这种方法可以在TBM施工完前3个车站后,将第3个车站的通风竖井用于出碴或增加出碴竖井,将TBM的管片场和出碴场改到第3个车站,前3个车站可利用TBM开挖的区间隧道出碴(见图8)。 (3)借鉴国外盾构综合法修建地铁车站。国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法,这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通,然后在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站(见图9)。这种方法的优点是能充分利用TBM设备,进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期、从总体上较大幅度地降低工程造价,从而使得TBM在城市地铁工程中得到了大规模的采用。国内广州地铁3号线林和西路站在设计上曾作了尝试性的研究。2.2 先洞后站 先洞后站是指在TBM施工到车站时,车站完全未施工。这种情况可能出现在TBM施工通过的第一个车站或前几个车站及车站扩挖出工作面以后,其工况和“TBM到达车站前车站完成部分施工”的情况相同(见图10~图11)。3 小结 (1)从时间方面分析,可以通过人为调整开工时间,错开TBM与车站的施工时间,达到TBM施工区间和车站施工相互不影响的目的。 (2)从空间上分析,如果TBM和车站同时开工,其最不利的情况是车站和TBM出碴同时进行,作业相互影响,这种情况共有3种方法可以解决。因此,采用TBM施工过站问题从技术上是可行的。 (3)直接采用配合盾构法修建地铁车站等特殊断面结构,已成为国外地下铁道施工的最新技术前沿之一,在日本和俄罗斯都有应用的先例。因此,在重庆轨道交通中借鉴施工盾构综合法修建地铁车站,也是解决TBM和车站施工相互干扰的有效方法之一。参考文献[1]王梦恕.岩石隧道掘进机(TBM)施工及工程实例[M].中国铁道出版社,2004.[2]李围,何川.地铁车站施工方法综述[J].西部探矿工程,2004(7):110 111.[3]何川,丁建隆,季围.配合盾构法修建地铁车站的施工技术方案[J].西南交通大学学报,2005,40(3):293 297.[4]张庆贺,朱合华.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社,2006.
