特殊條件下盾構吊出方案研究及總結

王林 曹泉水

摘 要：正常工序下，地鐵車站主體結構完成后方可進行盾構機接收和吊出工作，受車站施工進度及全線工籌安排制約，車站端部主體結構未封頂前須組織盾構接收和吊出，為此進行了盾構吊出前的圍護結構驗算，開展安全施工措施研究及基坑監測分析，保證盾構吊出工序的安全。

關鍵詞：盾構吊出;主體結構;基坑支護;接收井

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A

1 工程概況

某地鐵車站為1、3號線換乘站，采用平行換乘，車站為明挖兩層島式（雙島）車站。本站地下一層為站廳層及商業區，地下二層為站臺層、汽車庫及1、3號線區間，商業小里程端南側設置1號線變電所一座。車站西端設置1號線盾構接收井，車站東端設置1、3號線盾構接收井，車站北側設置3號線盾構接收井。車站總長265.800 m（商業總長643.600 m），頂板覆土約1.8 m～2.8 m，底板埋深約19.28 m～21.78 m。車站共設4個出入口和4組風亭（1、3號線各兩組），商業共設10個出入口和7個汽車庫出入口，東側廣場內設3個過街通道。

本工程采用明挖順作法施工，地層由上至下依次為：雜填土、素填土、黃土狀粉質黏土、粉質黏土、粉土、細沙、卵石、泥巖。主體圍護結構采用鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內支撐+錨索的支護形式，車站東端頭采用D1000 mm@1 400 mm的鉆孔灌注樁，豎向設置3道鋼筋混凝土桁架撐+1道換撐。

車站東端頭設盾構接收井，盾構接收端頭加固方案為洞口采用兩排D800 mm@1 200 mm素混凝土樁（C15素混凝土澆筑），排距700 mm。端部地層加固方案為縱向10 m范圍，橫向隧道輪廓線外3 m范圍采用D48 mm袖閥管注漿加固。

根據目前的施工進度，車站已完成底板澆筑及東端負二層側墻及端墻澆筑，目前正在進行中板腳手架搭設。本站為區間盾構接收場地，右線盾構機距離車站東端190 m，左線盾構機距離車站東端608 m。車站施工進度因受各方因素影響嚴重滯后，無法提供區間盾構機常規吊出的場地要求，且根據全線工籌安排，充分考慮安全及質量等因素，車站需提供場地將區間盾構機按原計劃從車站東端接收并吊出。

2 吊出方案

2.1 區間施工進度

根據目前區間的施工進度，綜合計算分析得出，盾構施工功效為15環/天，為此，預計右線盾構機11天到達車站東端，預計左線盾構機34天到達車站東端。

2.2 車站施工進度

根據目前車站施工進度，預估工期如下：中板施工需15天，頂板施工需20天，共計35天;兩道支撐拆除每道需10天，共計20天;每層結構拆除砼支撐等強需7天，共計14天;模板支架拆除需3天;綜上評估，車站最快還需72天才能提供盾構接收條件。

2.3 吊出方案

根據目前區間及車站施工進度，車站工期滯后較多，待車站施工完成后再接收盾構機已然不現實;若車站暫停施工，即主體僅完成底板和端墻就進行盾構機接收，風險較高;若考慮中板施工完成后開始進行盾構接收和吊出，預估工期如下：中板施工需15天，第二道支撐局部拆除及局部臨時格構柱托換5天，即共計約15天即可進行盾構機接收，與區間施工進度基本吻合。為此，綜合考慮施工進度、施工風險等因素，初步擬定待車站中板結構施工完成后先進行區間左右線盾構機接收及吊出，后再進行車站負一層側墻、端墻及頂板結構施工。

盾構機接收及吊出時，車站東端中板及以下結構已施工完成并可正常受力工作，中板以上第一道桁架撐仍然存在，為了確保盾構吊出的空間，臨時割除局部支撐在所難免，經反復模擬盾構機吊出的過程及與第一道桁架撐間的關系，擬定局部拆除第一道桁架撐保證預留出7.5 m寬×6.8 m長的空間，確保盾構機順利吊出。

施工工序如下：車站東端中板施工完成后→將右線盾構井范圍第一道鋼筋混凝土桁架撐局部鑿除滿足約6.8 m×7.5 m盾構吊出空間→右線區間盾構吊出作業→將右線盾構井范圍已鑿除的第一道鋼筋混凝土桁架撐采用鋼支撐補齊并施加預加力確保受力連續→將左線盾構井范圍第一道鋼筋混凝土桁架撐局部鑿除滿足約6.8 m×7.5 m盾構吊出空間→左線區間盾構吊出作業→完成剩余主體結構施工。

2.4 安全性分析

2.4.1 荷載取值

圍護結構根據詳勘資料按實進行水土壓力計算：

水壓力：本站抗浮水位絕對標高139.000，中板頂標高146.100，因此，本次核算圍護結構范圍無水壓力作用。

土壓力：按詳勘報告地層分布情況據實施加，土壓力采用靜止土壓力進行計算。結構高度范圍內靜止側壓力系數加權平均值為0.4，土體容重加權平均值為18.65 kN/m3。

地面超載：基坑端部考慮盾構吊出作業施工荷載，按70 kPa計;基坑兩側考慮通行車輛等情況，按20 kPa計。

2.4.2 右線盾構吊出結構安全性驗算

車站東端中板施工完成后，按照主體結構正常施工工序需拆除第二道鋼筋混凝土桁架撐，因此，本次校核主要考慮中板施工完成后僅保留第一道鋼筋混凝土桁架撐情況下的結構受力計算。經反復論證和試算，鑿除局部現狀混凝土桁架撐后需局部增設鋼支撐方可滿足構件受力要求。

圍護樁采用等效薄墻替代，樁長考慮最不利狀態于盾構區間頂部被截斷，圍護樁內支撐體系主要為主體結構中板與第一道鋼筋混凝土桁架撐。采用荷載結構模型對圍護結構體系進行三維空間受力分析。

經計算，各構件內力標準值統計如下：

（1）圍護樁等效薄墻每延米彎矩903 kN*m;（2）結構中板端墻處盾構孔邊梁：支座彎矩1 796 kN*m，跨中彎矩1 464 kN*m，剪力1 671 kN;（3）冠梁：支座彎矩1 142 kN*m，跨中彎矩516 kN*m，剪力756 kN;（4）第一道混凝土支撐：平面內彎矩325 kN*m，剪力424 kN，軸力3 181 kN。

經驗算，局部增設鋼支撐后，圍護樁、第一道混凝土支撐、冠梁及中板結構均滿足受力要求，結構安全。

2.4.3 左線盾構吊出結構安全性驗算

左線盾構吊出井范圍第一道桁架撐拆除前，需對右線盾構吊出井范圍的斜撐進行恢復，支撐恢復采用型鋼結構。

圍護樁采用等效薄墻替代，樁長考慮最不利狀態于盾構區間頂部被截斷，圍護樁內支撐體系主要為主體結構中板與第一道鋼筋混凝土桁架撐。采用荷載結構模型對圍護結構體系進行三維空間受力分析。

經計算，各構件內力標準值統計如下：

（1）圍護樁等效薄墻每延米彎矩972 kN*m;（2）結構中板端墻處盾構孔邊梁：支座彎矩1 816 kN*m，跨中彎矩1 455 kN*m，剪力1 673 kN;（3）冠梁：支座彎矩1 410 kN*m，跨中彎矩653 kN*m，剪力843 kN;（4）第一道混凝土支撐：平面內彎矩504 kN*m，剪力129 kN，軸力3 342 kN;（5）右線盾構井內補充型鋼支撐軸力：1 254 kN;1 535 kN;1 911 kN;

（6）左線盾構井內增設型鋼支撐軸力：2 768 kN。

經驗算，局部增設鋼支撐后，圍護樁、第一道混凝土支撐、冠梁、增設支撐及中板結構均滿足受力要求，結構安全。

2.5 盾構機吊出實施方案

車站中板施工完成后，便進行盾構機接收工作，第一道混凝土桁架撐按上述方案進行拆除、局部增設支撐后并開展盾構吊出工作。吊機就位前將吊機工作范圍進行20 cm厚混凝土硬化，待硬化達到強度后鋪設20 mm厚鋼板，準備工作完畢后，吊機就位，盾構機拆解并逐一起吊，起吊工作過程中加強監測，確保安全。

3 經驗總結

根據分析，在主體結構中板完成后，開展區間盾構接收和起吊工作是可行的。施工過程中按預先設計的方案進行圍護結構加固，并提前做好施工安全措施，盾構吊出工作可確保安全，同時，吊出時加強相關監測是確保安全的重要手段。

參考文獻：

[1]郝鵬飛.淺談在不同條件下地鐵車站盾構接收應對方案[J].安徽建筑，2016，23（03）：211-213.

[2]黃愛軍，張向霞.盾構先就位后在車站圍護結構條件下吊出施工技術[J].現代隧道技術，2015，52（06）：203-207.