盾構始發輔助豎井及橫通道設計探討

賀善寧

(中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009)

0 引言

在城市軌道交通隧道施工中，由于受地表條件限制，通常在線路兩側有條件的地方設置施工豎井，以聯絡通道連接豎井和正線隧道，豎井和聯絡通道作為臨時輔助通道在施工后通常予以回填或作為區間風道予以保留。如何進行井位選擇，充分發揮豎井的工效是設置豎井首先應考慮的因素。如果考慮作為盾構始發輔助豎井使用，就必須考慮有軌運輸情況下，橫通道與正線隧道的相交方式及橫通道、豎井的空間要求;本文就滿足有軌運輸條件下的盾構始發輔助井及橫通道的設計進行探討。

1 工程概況

1.1 工程地理位置及工程范圍

北京站至北京西站地下直徑線工程為連接北京市2大鐵路樞紐站北京站、北京西站的地下連接線，為單洞雙線鐵路隧道，除在線路的進出口附近采用明挖和淺埋暗挖法施工外，其余采用盾構法施工;其中，在天寧寺設置盾構始發豎井，盾構由西向東掘進，工程平面圖見圖1。

盾構始發豎井位于天寧寺立交橋2號匝道橋下北側綠地，豎井中心里程為DK6+795.6，豎井向東為盾構法施工區間隧道，DK6+787.1～+804.1為盾構始發井，豎井向西為淺埋暗挖法施工區間隧道，豎井工程平面見圖2。

1.2 工程地質及水文地質

本區域地質主要以砂層、砂卵石地層為主，自地表以下地層條件分布為:0～－4.8 m為素填土及雜填土;－4.8～ －9.2 m 為細砂;－9.2～－15.8 m為圓礫、卵石及圓礫;－15.8 ～ －27.5 m為 卵 石、圓 礫;－27.5～ －31.4 m 為 粗 砂;－31.4～ －34.0 m 為卵石;－34.0 ～ －36.0 m 粉質黏土;－36.0～－43 m為卵石。

地下水為層間潛水，水位相對標高為－25.02 m。含水層主要為卵石、圓礫層及其所夾砂層，該層地下水主要受側向徑流補給及越流補給，地下水流向為自西向東。

圖1 工程平面示意圖Fig.1 Plan layout of the project

圖2 盾構始發豎井工程平面圖Fig.2 Plan layout of shield launching vertical shaft

圖3 豎井施工平面圖Fig.3 Plan of vertical construction

2 豎井設置的必要性及井位選擇

原設計考慮利用盾構始發井作為淺埋暗挖段的一個施工工作面，施工盾構整體始發所需的后盲洞隧道，但受交通及管線改移的影響，盾構始發井施工周期較長，在工期方面已經不能滿足盾構始發的時間節點要求，必須增設豎井。

盾構始發輔助豎井設置的主要作用:

1)由于盾構始發輔助井施工周期較短，可利用盾構始發輔助井作為淺埋暗挖隧道作業面施工盾構整體始發所需后配套盲洞，從而實現盾構的整體始發;

2)作為盾構始發過程中的運輸通道(運輸管片和砂漿);

3)在盾構始發完成后作為淺埋暗挖隧道的施工作業面。

由于在隧道正線東西向均有重要密集市政管線，不具備在隧道正線上設豎井的條件，而正線的南側緊靠天寧寺立交橋;所以，僅能在正線北側的綠地內設置豎井，豎井通過橫通道與隧道正線連接。豎井施工平面圖見圖3。

3 豎井設計

根據盾構始發吊裝和豎井提升系統所需作業空間，確定豎井結構尺寸為6 m×4.6 m，考慮豎井緊鄰建筑物，為了保證建筑物及豎井的結構安全，采用φ 1 000@1 300圍護樁作為豎井開挖的圍護結構，同時為了保證豎井結構的穩定，沿井筒豎向每5 m設置1道鋼筋混凝土環梁，并在豎井底至馬頭門上1 m范圍內設置豎井襯砌，根據隧道線路高度確定豎井深度為30.8 m。豎井結構平面見圖4。

4 橫通道設計

4.1 橫通道設計的邊界條件

考慮盾構始發輔助豎井的2個功能:1)作為淺埋暗挖段的作業面;2)作為盾構始發的輔助井。豎井設計需滿足以下幾個方面的要求。

1)作為盾構始發輔助井的運輸要求。①橫通道內轉彎半徑不得小于40 m。②管片車堆放高度要求:橫通道最下層臨時仰拱的設置高度不得小于4.0 m。③盾構始發井至橫通道間的隧道長度不得小于45 m，以滿足盾構整體始發后配套的存放空間要求。

圖4 豎井結構平面圖Fig.4 Plan of structure of vertical shaft

2)作為淺埋暗挖段的作業面。①從工期角度考慮，為早日打通盾構始發輔助井橫通道處的淺埋暗挖作業面，以便在規定的時間內提供盾構所需的后配套長度。②考慮橫通道與正線交叉口的施工安全。③豎井橫通道施工的可操作性及工期。

4.2 橫通道平面設置方案

橫通道受北側建筑物影響及井位限制，在進入正線之前橫通道的中線方位角是已知的，主要確定橫通道與正線隧道的交叉方式，常規的橫通道與正線隧道的交叉主要有以下幾種方案。

4.2.1 方案 1

可在橫通道進入隧道正線之前將橫通道中線調整至與隧道中線正交，采用正交方式進入正線隧道施工，方案1見圖5。

圖5 方案1示意圖Fig.5 Option 1

4.2.2 方案 2

可在橫通道進入隧道正線之前將橫通道斷面縮小，設置堵頭墻，再與正線隧道正交，采用正交方式進入正線隧道施工，方案2見圖6。

圖6 方案2示意圖Fig.6 Option 2

4.2.3 方案 3

橫通道直接與正線隧道正交，在橫通道交叉口斷面采用CRD工法施工，并在襯砌施工完成后，進行正線隧道施工，方案3見圖7。

圖7 方案3示意圖Fig.7 Option 3

4.2.4 方案比選。

見表1。

表1 橫通道平面設置方案對比表Table 1 Designing selection of passway

經過以上方案比選，綜合考慮設置橫通道主要是為盾構始發服務的功能要求，選擇方案3作為首選方案，但在結構設計上要進一步優化;如橫通道交叉口斷面采用CRD工法施工，在交叉口斷面正線開洞處周邊設置加強環梁，同時，按要求在交叉口斷面襯砌結束后進行隧道正線開挖施工等措施保證隧道施工安全。

4.3 橫通道縱向設計

橫通道縱向設計采用在豎井井壁上開小馬頭門，再爬高，然后采用CRD工法施工交叉口大斷面的方式。

采用此方式的橫通道縱斷面設計，爬高段施工存在較大的困難，因為拱部處于松散的砂卵石地層，在抬高施工的情況下，超前支護施作困難，拱部易出現局部坍塌。橫通道縱斷面設計見圖8。

圖8 橫通道縱斷面設計Fig.8 Cross-section of passway

由于橫通道本身的長度較短，僅30 m，可對以上縱斷面方案進行優化，采用在豎井井壁上開大斷面直接進洞的方式(見圖9)。此方案使工程量適當增加，但施工更為方便，橫通道結構更穩定。

圖9 優化后的橫通道縱斷面設計Fig.9 Optimized cross-section of passway

5 結論

通過對盾構始發輔助井及橫通道的方案比選、優化設計方案，從施工的角度反饋信息給設計，使設計方案更適合現場施工操作。

盾構始發輔助井及橫通道于2006年8月開工，2006年12月完成豎井施工，2007年3月完成橫通道開挖及襯砌，開始進入正線施工，施工過程中未發生任何安全質量事故，地表沉降控制在30 mm以內，在工期上滿足盾構始發的節點時間要求，順利實現了盾構一次整體始發。

［1］ 施仲衡，張彌，王新杰，等.地下鐵道設計與施工［M］.陜西科學技術出版社，1997.(SHI Zhongheng，ZHANG Mi，WANG Xinjie， et al.The design and construction of underground railway［M］.Shaanxi Science and Technology Press，1997.(in Chinese))

［2］ GB 50157—2003.地鐵設計規范.(GB 50157—2003.Code for Metro Design.(in Chinese))

［3］ 李靜.豎井橫通道轉正洞施工方案比選［J］.隧道建設，2008，28(4):83 － 85.(LI Jing.Comparison of construction schemes for conversion from horizontal adit driving to main tunnel driving［J］.Tunnel Construction，2008，28(4):83 －85.(in Chinese))

［4］ 尚秀云.地鐵區間暗挖段豎井和馬頭門進洞施工關鍵技術［J］.國防交通工程與技術，2007(3):57 －60.(SHANG Xiuyun.Key techniques for the construction of shafts in the tunneled sections of the tube and the Horse＇s Head Gate Inlet［J］.Traffic Engineering and Technology forNational Defence，2007(3):57 －60.(in Chinese))