地铁盾构隧道施工组织影响因素分析
摘 要:
文章结合上海、广州、北京等城市地铁盾构隧道的设计、施工经验，总结提出了影响盾构隧道施工组织编制的主要因素，并对其进行了具体分析和比较。
关键词:地铁隧道盾构法施工组织影响因素
中图分类号：U23l+．3；15455．2 文献标识码：A
1概沭
盾构法隧道在城市地下工程中的应用越来越广泛，在管线隧道、地铁隧道等长距离采用盾构工法施工的工程中，受检查井或车站等中间节点的影响和土建工期的控制以及盾构机连续掘进能力的制约，往往难以实现长距离连续掘进。本文主要讨论地铁盾构隧道施工组织的影响因素。
近年来，国内地铁区问隧道大量采用盾构法施工{一条地铁线区问隧道主要采用盾构法的情形很多，在满足地铁建设总T期和土建工期的前提下，如何结合车站、配线、盾构井及施工场地、交通疏解等节点控制条件，合理安排盾构机数量和施工工期，避免盾构施工与车站施工、铺轨、设备安装的相互干扰，充分发挥盾构施工速度快、质量好、安全可靠的优势，是盾构施工组织编制需要考虑的主要问题。
合理的盾构施工组织可以帮助确定合理的盾构机数量，进一步比较盾构过站与折返起吊的技术经-济合理性，保证地铁建设工程筹划的可实施性，找到建设过程中的控制因素和工作重点，合理安排各项目开、竣工日期，有利于节省投资和进度的均衡。
2盾构隧道施工组织编制的主要影响因素
2．1建设总工期与土建工期
地铁建设总工期一般约需要5年，主要包括设计周期、土建施工、铺轨、机电设备安装及调试、建筑装修、全线联调及试运营等，其中土建工期约3～3．5年。盾构施工组织应在满足土建工期的条件下，尽量避免或减少区间与车站施工的干扰，一些相当于延长土建工期、减少盾构机数量而增加盾构施工长度的可行的做法是：(1)先行提供盾构井或车站端头井设计资料，盾构提前开工；(2)工期长的重点车站、控制工期的车站提前开工；(3)盾构施工朝向重点车站，铺轨及设备安装在此结束；(4)盾构过站可节省工期，为减少施工干扰重点车站采用不过站方案；(5)全线盾构施工方向一致，即左线或右线先行施工完成并轨通，以利于机电设备安装，另一条线适当滞后；(6)盾构施工背离轨排井，铺轨与盾构工期合理重叠；(7)机电设备安装、建筑装修与土建施工工期的合理重叠；(8)采用既有盾构机。
在一定的条件下，部分项目的工期是可以压缩的。必须说明的是，地铁建设协调工作量大、施工条件差，合理的工期有利于保证质量、节省投资，以上做法是在保证车站和区间合理工期情况下的常用做法，但不是能够同时采用的。
2．2过站与不过站
地铁盾构隧道施工组织编制过程中可能遇到的情形主要有：
(1)一台盾构机在一个区间折返施工；
(2)一台盾构机在一个区间折返施工，起吊后再在第二个区问甚至更多区间折返施工；
(3)两台盾构机各在一个区间折返施工，起吊后再在同一个区间共同施工
(4)一台盾构机过站后折返再在两个区间过站施工；
(5)两台盾构机在一个长区间施工；
(6)两台盾构机在两个区间过站施工或在三个及以上区间连续过站施工；两台盾构机在一个长区间施工的情形一般出现在市域线，一台盾构机折返在一个较长区间施工的情形是常有的。由于市区内地铁区间长度多数在1．0～1．5
km左右，盾构与车站工期相互制约，一台盾构机在三个及以上区间过站或折返施工的情形很少，经常遇到的情形是一台盾构机在一个区问折返施工，不能充分发挥盾构机的施工能力，或两台盾构机在三二～四个区间施：[，施工组织不可避免地会遇到盾构过站或不过站的问题。
盾构过站仪需一个月，对工期有利。缺点是：与车站施工有干扰，造成车站工期压力很大；车站站台层需加宽加深，不经济。盾构不过站是在其折返施工后盾构解体起吊再二次始发，站台层不需加宽加深，与过站相比经济上一般是有利的，局部方案调整对全线盾构施工组织的影响很小，施工招标灵活性大，但盾构解体起吊并二次始发需时约2个月，工期较长，而盾构解体起吊运输对交通疏解有一定影响，也需要一定费用。盾构始发时后配套一次下井引起的车站加宽足相同的。
从国内目前的情况看，上海采用不过站方案，其它城市多采用过站方案，至于哪一种方案更好，这与车站设置、站台形式、区间长度、施工场地、交通疏解等因素有关，以后将专门分析比较。一般说来，侧式站、暗挖站、受：[期控制的车站、双柱景观站、有配线的车站等不宜采用过站方案。
2．3施工场地与交通疏解
按一般情况考虑，一台盾构始发场地面积为2 500～3 000 m。，两台盾构始发场地面积为4 000～5
000
m。，接收场地为800～l000m2。左右，看似合理的施工组织方案，有时因没有合适的施工场地而改变。盾构井一般是沿线路中线设置的，在城市中心区因交通疏解要求往往导致场地较小，过小时影响施工场地的合理布置，如弃土场、注桨材料储存、管片堆放场、施工人员的生产生活安排等，会降低劳动生产率。因交通疏解、管线等条件限制，盾构井设置在线路中线一侧时，盾构机始发周期延长，弃土、管片等洞内运输作业效率下降。
2．4盾构掘进速度与施工长度
进管理水平、地面建(构)筑物保护要求等因素密切相关。地铁区间隧道多采用(加泥)土压平衡盾构机，在目前的施工技术水平条件下，正常的平均掘进速度已达到每天7～9环，按1．2
m或1．5 m管片环宽计可达每天8～10
m以上，综合考虑始发和到达掘进、通过建筑物保护段的沉降控制、地层性质与均质性、弃土与材料运输时间限制等因素的影响，施工组织的平均指标一般按6～8
m控制，当地层适于盾构施工且均质性好、环境限制条什少、一次掘进距离长时，掘进指标可按8～10
m。以下情形应采用实际的指标或偏低的掘进指标：
(1)穿越江河段选用泥水平衡式盾构机时；
(2)穿越硬岩段选用复合式盾构机时；
(3)连续穿过建(构)筑物保护区段时；
(4)长距离曲线地段，特别是小半径曲线地段；
(5)盾构在多个短区间施工；
(6)盾构机有超前钻探或超前注浆作业时；
(7)长距离砂层地段；
(8)盾构井不在线路正上方；
(9)与车站、铺轨施工工期再叠时问较长。
盾构隧道土建费用主要由盾构机、掘进、衬砌三部分组成，有效降低造价的于段之一足枉满足工期的条件下尽龄加大盾构机的掘进长度，降低盾构机摊销费用。考虑土建期的限制，盾构施工经济长度一般控制在3～4
km。
2．5 配线、配线井与车站端头井
根据《地铁设计规范》要求，终点站或Ⅸ段折返站设置有专用折返线或折返波线，沿线每隔3～5个
站加设停车线或渡线，配线段施工化地质情况较好且明挖施工受环境条件限制难以实施时呵采用暗挖方案，一般与车站一起采用明挖方案。盾构施工组织要考虑配线段的合理利用如果配线段由车站统一设计施工，配线井实际也是车站端头井，车站可能很长，可一定程度减少与车站施工内干扰。还可将此段(60～80
m)范围加宽约70 cm，将盾构机后配套一次放入井下始发，实现快速施工。
即使是简单的单渡线或交叉波线，有配线的车站都较长，盾构过站(过配线段)足很不经济的。
车站端头井提供盾构始发的时问一般控制在8
个月左右，如果配线段上部空间车站未加利用或配线段由区间统一设计施工，配线井实际可理解为独立的盾构始发井，一般6个月即可提供给盾构始发，且由于协
调工作简单，可以提前设计提前开工。
盾构机制造时间约需9个月，下井安装始发1个l月，而盾构隧道·股会先行招标以方便设备采购，与始发井的提供时间是匹配的，必要时要求始发井提前开工。
3盾构隧道施工组织编制的其他影响因素
3．1与车站施工的干扰
盾构外一般设罱于线路下上方，不仅影响交通疏解方案，与车站施工场地也有干扰。盾构机采用起吊方案时影响乍站封顶时问，采用过站方案时正值车站施T期，站台需过站后施工。不论过站还是起吊，管片、材料和弃土运输均与车站施工有干扰，特别是盾构后配套系统需在车站站台层折返作业时。对于规模较大的乍站(包括换乘站)，要对盾构与车站的施工干扰做专门分析。
施工招标时乍站与Ⅸ问合标，即几站、几区间一个标，规模过大时，也可区问与始发站或第一个过站站合标，这足减少施工干扰、方便施工协调、有利人员安排的办法之。
3．2管片供应
盾构隧道施工组织应综合考虑管片厂的位置和沿线交通运输条件，全线盾构机同时开始掘进，管片供应过于集中意味蓿盾构机数量增加，需要增加模板套数或管片堆放场面积，直接或问接增加盾构隧道工程造价，也会引起年度工程投资的不均衡。而盾构施工长度增加，盾构机台数减少，模板套数自然减少，但工期相应延长。
因此需根据施工组织确定的盾构机数量，对模板套数和管片厂提出具体要求。
3．3通过特殊地段
盾构通过曲线，特别是小半径曲线地段时，盾构机推进易损伤管片，纠偏会导致盾尾空隙加大和注浆量增加，即使使用中问铰接带弯曲构件的盾构机，其姿态的不断测整也会使掘进速度放慢；盾构通过需控制地面沉降的建筑物地段时，需要调整盾构机的推力、掘进速度、出土量等施工参数，以减少盾构的超挖与开挖，保持掘进与出土的平衡以控制压力变化，减少盾构前方土体的坍塌沉陷或挤密隆起现象；盾构通过砂层时，掘进面的压力平衡较难控制，容易产生地而沉降。所以，盾构机在长距离曲线地段、长距离建筑物保护地段、长距离砂层地段掘进晰其掘进指标必须降低。
盾构掘进通过硬岩、孤石、地下障碍物时，施工组织与工期应有风险预案。
3．4附属结构施工工期
盾构隧道附属结构对工期有较大影响的丰要是中间风井和联络通道(及泵房)。长区问因运营通风需要必须设置中间风井时，明挖中间风井即为一处一般的盾构始发或接收井，也可采用明挖中间风井、盾构通过、拆除管片的做法；联络通道视地质条件可采用地面加固或洞内加固后开洞施工，洞内冻结法加固后开洞矿山法施工时间要长一些。
附属结构施工工期对施工组织影响很小，但当线路通过控制节点采用双绕方案致使联络通道很长时，必须考虑其对工期的影响。
3．5 区间与车站工法选择
合理的施工组织枉一一定条件下也影响到区问甚至车站工法的选择。
区间法选择必须考虑盾构施工的连续性，减
少盾构机起吊、下井安装作业次数。盾构机吊装对端头井周罔土体承载力要求高，主体结构有时需要加强，大吨位长距离运输还要顾及沿线道路及桥梁的承载能力、交通疏解条件和道路两侧车站或区间等基坑工程的净距等。
前述不宜过站的情形，施工组织需要按过站考虑时，侧式站可能改为岛式站，双柱岛式站可能改为单柱岛式站。考虑盾构始发或接收，车站不便采用全盖挖工法，全盖挖车站盾构折返或过站是可行的。逆筑法施工周期长，盾构始发、折返、过站的车站不宜采用逆筑法施工，作为盾构接收是可行的。
3．6铺轨基地
铺轨基地与轨排井(有时是在地面)的数量与铺轨长度有关，一般有2～3处。盾构施工应与盾构井的设置相匹配，盾构应向背离轨排井的方向施工。铺轨并不是在盾构施工全部完成后开始的，即盾构过站或起吊在下一区间施工时，若施工场地已转移，该区间可开始铺轨作业。为避免控制工期的盾构区问施工完成后才能开始铺轨，如果不是采用两台盾构同向推进，无论单盾构过站后折返还是单盾构单区间折返起吊，全线盾构施工方向应考虑左线或右线先通，保证铺轨作业的连续性及在控制工点能够一条线轨通，以利于车站设备的运输和吊装。
3．7新盾构与既有盾构
盾构机制造时问约需9个月，下井安装始发1个月，即从盾构隧道施工招标完成到开始掘进约需10个月，为盾构井提供始发条件约需6～8个月，其间至少有2～4个月等盾构机到岸，如果盾构井也可提前施工，间隔时间更长。这时采用既有盾构，只需3个月左右的运输和维护保养时间，相当于提前开工3～4个月左右，对于控制工期的个别区间施工组织是极为有利的，尤其是盾构施工一个区间太短、两个区间偏长的情况。
采用既有盾构时，除了先行施工的区间很长的情况，一般不考虑盾构过站。
4结语
在确定的总工期范围内，土建工期与车辆及设备的(订)供货时问、铺轨及设备运输方式、建筑装修、设备的安装及调试等因素互相制约，叉与盾构隧道施工组织及控制工期的车站相关。因此，盾构隧道施工组织的编制，既是全线工程筹划的一部分，又是编制工程筹划的前提条件，影响因素很多。
本文仅对盾构隧道施工组织编制的一些主要影响因素作了说明分析，工序安排是目前国内的惯用方法，并不包括盾构先行贯通再施作车站主体结构的情形，不妥之处，待以后进一步研究探讨。
王效文
(铁道第四勘察设计院，武昌430063)
《现代隧道技术》2005年第6期