盾构始发辅助竖井及横通道设计探讨

贺善宁

(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)

0 引言

在城市轨道交通隧道施工中，由于受地表条件限制，通常在线路两侧有条件的地方设置施工竖井，以联络通道连接竖井和正线隧道，竖井和联络通道作为临时辅助通道在施工后通常予以回填或作为区间风道予以保留。如何进行井位选择，充分发挥竖井的工效是设置竖井首先应考虑的因素。如果考虑作为盾构始发辅助竖井使用，就必须考虑有轨运输情况下，横通道与正线隧道的相交方式及横通道、竖井的空间要求;本文就满足有轨运输条件下的盾构始发辅助井及横通道的设计进行探讨。

1 工程概况

1.1 工程地理位置及工程范围

北京站至北京西站地下直径线工程为连接北京市2大铁路枢纽站北京站、北京西站的地下连接线，为单洞双线铁路隧道，除在线路的进出口附近采用明挖和浅埋暗挖法施工外，其余采用盾构法施工;其中，在天宁寺设置盾构始发竖井，盾构由西向东掘进，工程平面图见图1。

盾构始发竖井位于天宁寺立交桥2号匝道桥下北侧绿地，竖井中心里程为DK6+795.6，竖井向东为盾构法施工区间隧道，DK6+787.1～+804.1为盾构始发井，竖井向西为浅埋暗挖法施工区间隧道，竖井工程平面见图2。

1.2 工程地质及水文地质

本区域地质主要以砂层、砂卵石地层为主，自地表以下地层条件分布为:0～－4.8 m为素填土及杂填土;－4.8～ －9.2 m 为细砂;－9.2～－15.8 m为圆砾、卵石及圆砾;－15.8 ～ －27.5 m为 卵 石、圆 砾;－27.5～ －31.4 m 为 粗 砂;－31.4～ －34.0 m 为卵石;－34.0 ～ －36.0 m 粉质黏土;－36.0～－43 m为卵石。

地下水为层间潜水，水位相对标高为－25.02 m。含水层主要为卵石、圆砾层及其所夹砂层，该层地下水主要受侧向径流补给及越流补给，地下水流向为自西向东。

图1 工程平面示意图Fig.1 Plan layout of the project

图2 盾构始发竖井工程平面图Fig.2 Plan layout of shield launching vertical shaft

图3 竖井施工平面图Fig.3 Plan of vertical construction

2 竖井设置的必要性及井位选择

原设计考虑利用盾构始发井作为浅埋暗挖段的一个施工工作面，施工盾构整体始发所需的后盲洞隧道，但受交通及管线改移的影响，盾构始发井施工周期较长，在工期方面已经不能满足盾构始发的时间节点要求，必须增设竖井。

盾构始发辅助竖井设置的主要作用:

1)由于盾构始发辅助井施工周期较短，可利用盾构始发辅助井作为浅埋暗挖隧道作业面施工盾构整体始发所需后配套盲洞，从而实现盾构的整体始发;

2)作为盾构始发过程中的运输通道(运输管片和砂浆);

3)在盾构始发完成后作为浅埋暗挖隧道的施工作业面。

由于在隧道正线东西向均有重要密集市政管线，不具备在隧道正线上设竖井的条件，而正线的南侧紧靠天宁寺立交桥;所以，仅能在正线北侧的绿地内设置竖井，竖井通过横通道与隧道正线连接。竖井施工平面图见图3。

3 竖井设计

根据盾构始发吊装和竖井提升系统所需作业空间，确定竖井结构尺寸为6 m×4.6 m，考虑竖井紧邻建筑物，为了保证建筑物及竖井的结构安全，采用φ 1 000@1 300围护桩作为竖井开挖的围护结构，同时为了保证竖井结构的稳定，沿井筒竖向每5 m设置1道钢筋混凝土环梁，并在竖井底至马头门上1 m范围内设置竖井衬砌，根据隧道线路高度确定竖井深度为30.8 m。竖井结构平面见图4。

4 横通道设计

4.1 横通道设计的边界条件

考虑盾构始发辅助竖井的2个功能:1)作为浅埋暗挖段的作业面;2)作为盾构始发的辅助井。竖井设计需满足以下几个方面的要求。

1)作为盾构始发辅助井的运输要求。①横通道内转弯半径不得小于40 m。②管片车堆放高度要求:横通道最下层临时仰拱的设置高度不得小于4.0 m。③盾构始发井至横通道间的隧道长度不得小于45 m，以满足盾构整体始发后配套的存放空间要求。

图4 竖井结构平面图Fig.4 Plan of structure of vertical shaft

2)作为浅埋暗挖段的作业面。①从工期角度考虑，为早日打通盾构始发辅助井横通道处的浅埋暗挖作业面，以便在规定的时间内提供盾构所需的后配套长度。②考虑横通道与正线交叉口的施工安全。③竖井横通道施工的可操作性及工期。

4.2 横通道平面设置方案

横通道受北侧建筑物影响及井位限制，在进入正线之前横通道的中线方位角是已知的，主要确定横通道与正线隧道的交叉方式，常规的横通道与正线隧道的交叉主要有以下几种方案。

4.2.1 方案 1

可在横通道进入隧道正线之前将横通道中线调整至与隧道中线正交，采用正交方式进入正线隧道施工，方案1见图5。

图5 方案1示意图Fig.5 Option 1

4.2.2 方案 2

可在横通道进入隧道正线之前将横通道断面缩小，设置堵头墙，再与正线隧道正交，采用正交方式进入正线隧道施工，方案2见图6。

图6 方案2示意图Fig.6 Option 2

4.2.3 方案 3

横通道直接与正线隧道正交，在横通道交叉口断面采用CRD工法施工，并在衬砌施工完成后，进行正线隧道施工，方案3见图7。

图7 方案3示意图Fig.7 Option 3

4.2.4 方案比选。

见表1。

表1 横通道平面设置方案对比表Table 1 Designing selection of passway

经过以上方案比选，综合考虑设置横通道主要是为盾构始发服务的功能要求，选择方案3作为首选方案，但在结构设计上要进一步优化;如横通道交叉口断面采用CRD工法施工，在交叉口断面正线开洞处周边设置加强环梁，同时，按要求在交叉口断面衬砌结束后进行隧道正线开挖施工等措施保证隧道施工安全。

4.3 横通道纵向设计

横通道纵向设计采用在竖井井壁上开小马头门，再爬高，然后采用CRD工法施工交叉口大断面的方式。

采用此方式的横通道纵断面设计，爬高段施工存在较大的困难，因为拱部处于松散的砂卵石地层，在抬高施工的情况下，超前支护施作困难，拱部易出现局部坍塌。横通道纵断面设计见图8。

图8 横通道纵断面设计Fig.8 Cross-section of passway

由于横通道本身的长度较短，仅30 m，可对以上纵断面方案进行优化，采用在竖井井壁上开大断面直接进洞的方式(见图9)。此方案使工程量适当增加，但施工更为方便，横通道结构更稳定。

图9 优化后的横通道纵断面设计Fig.9 Optimized cross-section of passway

5 结论

通过对盾构始发辅助井及横通道的方案比选、优化设计方案，从施工的角度反馈信息给设计，使设计方案更适合现场施工操作。

盾构始发辅助井及横通道于2006年8月开工，2006年12月完成竖井施工，2007年3月完成横通道开挖及衬砌，开始进入正线施工，施工过程中未发生任何安全质量事故，地表沉降控制在30 mm以内，在工期上满足盾构始发的节点时间要求，顺利实现了盾构一次整体始发。

［1］ 施仲衡，张弥，王新杰，等.地下铁道设计与施工［M］.陕西科学技术出版社，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.地铁设计规范.(GB 50157—2003.Code for Metro Design.(in Chinese))

［3］ 李静.竖井横通道转正洞施工方案比选［J］.隧道建设，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.地铁区间暗挖段竖井和马头门进洞施工关键技术［J］.国防交通工程与技术，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))