摘 要 针对繁华城市街道下无法设置盾构始发井的难题，创新性地提出利用车站风道始发盾构的新思路，并已在沈阳地铁 1 号线工程中得到成功的应用，取得了较好的社会效益和经济效益，扩展了盾构工法的适用范围。

关键词 城市轨道交通 盾构 风道 始发 沈阳地铁 1 号线

 

      盾构法施工在城市地铁隧道中的应用日益广泛，盾构始发作为该施工技术的关键环节之一越来越受到工程界人士的关注。目前，盾构施工通常采用的始发方式包括整体式始发和分体式始发两种，而整体式始发又分为竖井始发与车站始发两种。

      随着城市施工环境的逐步恶化，特别是“以人为本、和谐施工”的理念逐步深入，目前应用的盾构始发方式已不能满足各种复杂环境条件下的需要，特别是在交通压力日益增大的城市主干道下修建盾构区间，上述几种始发方式将因为长时间占用城市主干道并直接或间接地增大工程成本而无法被采用，必须开拓一种新的始发方式。

 

      风道始发盾构是指盾构机主机与后配套台车在车站风道预留孔下井、组装，然后移至车站内连接、调试，始发掘进某区间的施工方式，如图 1 ～ 图 2 所示。它适用于位于城市繁华地段的主干道路或难以迁移的地下管线等构筑物下方、采用盖挖法或暗挖法施工且无法在正上方设置地面吊装口的盾构始发施工。这种施工方式的优点是: 不用设置单独的始发竖井，且不占用城市主干道，施工工期和成本都有所降低，具有显著的经济效益和社会效益。

      风道始发盾构方式在沈阳地铁 1 号线工程中得到了成功应用，解决了以往施工中的难题。

      1) 首次提出了利用风道进行盾构下井、始发的思路，解决了繁华街道难以设置盾构始发竖井的难题，既保护了环境，又扩展了盾构工法的适用范围。

      2) 研发了双层双向移动托架( 见图 3) ，能够实现盾构后配套台车从车站风道预留孔下井至始发位置的快速移动，加快了始发组装速度。

      3) 针对车站两端盾构区间同时施工并在车站内进行交叉水平运输的复杂环境，通过在车站内合理地设置道岔，确定了最优化的水平运输系统，提高了运输效率，解决了风道下井始发盾构的快速运输问题。

      沈阳地铁 1 号线沈阳站—南京街站区间采用 2 台三菱Ф6140 土压平衡盾构机进行施工，南京街站—南市站区间采用 1 台石川岛Ф6140 土压平衡盾构机进行施工，3 台盾构机均由南京街站始发。南京街站采用盖挖法施工，由于车站位于沈阳市主干道中华路下方，地处繁华的市中心，交通现况极为繁忙，车站主体结构不具备预留盾构吊装孔条件。为满足盾构机组装始发要求，结合车站风道结构设计，在风道预留盾构机吊装孔，盾构机由风道下井组装始发。区间施工组织见图4。

      针对其中 1 台盾构机来说，风道始发的工艺流程为: 施工过程模拟→钢板铺设→轨道铺设及托架安装→后配套台车风道下井、平移、就位→盾构基座安装→盾构机主机风道下井组装、平移、就位→反力架安装→盾构机部件连接、调试→洞门围护桩凿除及止水装置安装→盾构机始发。

      在风道始发盾构施工中，最关键的是双层双向移动托架后配套台车平移技术、风道下井始发盾构的快速运输技术，以及风道结构设计预留条件的分析与优化。

      为了解决后配套台车等盾构机部件在封闭式车站内快速移动的问题，克服常规钢板平移方式的工作量大、施工成本高、施工速度慢等缺点，研发了以两辆管片车为底盘的双层双向可移动托架，利用盾构机后配套台车等部件，沿铺设在车站内底板上的轨道实现横向平移，沿移动托架上方和车站或隧道内的轨道实现纵向平移。

      1) 首先在端头井底板上铺设钢板，再铺设两辆管片车行驶轨道，安装双层双向可移动托架，然后利用龙门吊将后配套车架自风道预留孔吊至移动托架上，用手拉葫芦将后配套车架和移动托架拉紧、固定，如图5 所示。

      2) 通过卷扬机将后配套车架沿移动托架行驶轨道移至固定托架( 见图 6) ，对接移动托架与固定托架的后配套车架轨道( 见图 7) 。

      3) 用卷扬机将后配套车架沿行驶轨道移至车站标准段内始发位置( 见图 8) 。依照上述方式，按由后向前的顺序，将后配套车架逐节移至始发位置。

      在常规的盾构施工中，渣土和管片等物料的进出口都是位于隧道中心线的正上方，其垂直和水平运输方式比较简单，而风道始发盾构时，物料的吊装口在远离隧道中心线的风道上方，水平方向上处于曲线状态，水平运输较为困难。渣土运输、管片拼装以及盾构推进三者之间存在着一种相互制约的关系，当隧道掘进的长度较长时，运输系统就成为整个施工系统的瓶颈。为提高盾构施工速度，必须同时提高水平与垂直运输系统的运输能力，并使两者的运输能力相匹配，以免产生瓶颈现象。为此，要根据以往隧道施工经验，结合尺寸包容，满足施工进度要求，考虑设备能力等级、保证施工安全，以及实际施工环境影响，尽量采用现有厂家生产通用标准件等原则，确定盾构施工出渣及进料运输设备的选型工作。除此之外，最关键的就是要研究井下水平运输线路的优化设计。根据盖挖车站风道预留孔出渣及进料的特点，以尽量避免施工的相互干扰为原则，确定盾构始发阶段和正常掘进阶段的出渣、进料运输线路。

      以南京街站—南市站区间为例，本区间施工顺序为: 盾构机自南京街站 2 号风道预留口下井，始发掘进区间右线，到达南市站调头后，继续掘进区间左线，最后回至南京街站吊出。为避免与沈阳站—南京街站区间的施工相互干扰，本区间施工时均由 2 号风道预留孔出渣及进料。在右线始发阶段，由于后配套台车尚在车站段内，必须在车站的中间位置设置道岔，并在车站中心线位置铺设一条临时轨道通向风道预留孔，区间右线始发阶段出渣及进料线路铺设如图 9 所示。

      在区间右线正常掘进阶段和左线掘进施工阶段，可以将道岔设置在靠近始发洞口位置附近，以减少运输距离，加快运输速度，出渣及进料线路铺设如图10 所示。

      在区间左线盾构接收阶段施工时，需拆除 2 号风道内水平运输轨道，以便进行盾构接收基座安装及洞门破除，此时需利用南京街站 1 号风道预留孔进行出渣及进料。

      风道始发盾构需要对车站及风道的结构进行变更，以便适应施工需要，风道预留孔处横断面如图11 所示。

      1) 风道内盾构井段底板顶面标高应与车站始发井底板顶面标高一致，以便于盾构机在风道的盾构井与车站的始发井之间进行旋转平移。

      2) 风道内标准段底板顶面标高应与车站标准段底板顶面标高一致，以便于盾构运输线路的铺设。沈阳站—南京街站区间和南京街站—南市站区间均从风道始发，风道标准段底板顶面标高高出车站内标准段底板顶面标高 56 cm，使得本来转弯半径很小的运输线路还存在一定的坡度，施工运输相当困难。

      3) 风道内标准段的尺寸应满足盾构运输列车编组的需要，在预留孔外侧延伸方向的风道结构尺寸不宜小于 25 m。

      4) 考虑到盾构施工运输线路最小半径的要求，风道结构宜整体向车站端头外侧的区间隧道方向倾斜一定角度，以便于盾构施工的出渣、进料。

 

      本文介绍沈阳地铁采用的风道始发盾构施工方式，在国内首次得到应用，曾先后经天津市科委和中建总公司组织，获得国际先进和国际领先的评价，取得了较好的社会效益和经济效益。

 

［1］邓美龙． 沈阳地铁一号线南京街站—南市站区间盾构施工组织设计［G］． 沈阳: 中国建筑工程总公司，2008．

［2］邓美龙． ZJ1GF-299-2009 车站风道下井盾构始发施工工法［S］． 北京: 中建市政建设有限公司，2009．

［3］油新华． 复杂环境下盾构始发与接收综合施工技术研究［R］． 北京: 中建市政建设有限公司，2010．

［4］周文波． 盾构法隧道施工技术及应用［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2004．

［5］施仲衡． 地下铁道设计与施工［M］． 西安: 科学技术出版社，1997．

［6］尹旅超． 日本隧道盾构新技术［M］． 武汉: 华中理工大学出版社，1999．