浅论城市地铁盾构施工调配方案的优化思路

浅论城市地铁盾构施工调配方案的优化思路

摘要：本文以福州地铁1号线某项目为例，针对该区段盾构施工调配和流向、顺序，根据现场条件列举出多种调配方案，从工期效率、施工技术可行性、经济性和安全性多方面进行比选优化，以此为类似工程项目提供一些思路和想法。

关键词：地铁盾构施工调配优化思路

一、工程概况

福州市轨道交通1号线工程线路全长29.2公里，全部为地下线，共设车站24座。09标段工程包括三个车站和三段区间（黄山站～排下站区间、排下站、排下站～城门站区间、城门站、城门站～三角埕站区间、三角埕站），标段全长2.5km，工程原计划工期为973天，2010年12月31日工程开工，2013年8月30日全部工程竣工验收结束，32个月。其中，盾构区间要求在2013年2月贯通。采用2台盾构机施工。

【黄山站~排下站】区间隧道总长1857.762m，【排下站～城门站】区间隧道总长1316.992m，【城门站～三角埕站】区间隧道总长1736.636m；区间线路自三角埕站出发，沿着福峡路北行，到达黄山站。沿线两侧主要是居民小区及商业用地，沿道路两侧大部分为3~5层居民楼。盾构隧道所穿越的土层主要为③1淤泥、④粉质粘土、⑤1淤泥质粉质土、⑬a残积粉质粘土、⑭c全风化凝灰熔岩、⑭b全风化凝灰岩、⑮c散体状强风化凝灰熔岩、⑯c碎块状强风化凝灰熔岩等土层。

区间隧道覆土厚度约为12～15m。采用盾构法施工，单圆断面型式，错缝拼装、预制钢筋混凝土管片衬砌。盾构穿越土层，上部主要分布粘土，下部分布软岩、较硬岩、硬岩，盾构掘进面变化大，且部分区域盾构掘进面上软下硬，盾构掘进困难，地面沉降大。

二、盾构施工方案分析

根据现场环境条件、地质资料及施工工期安排等方面综合考虑，按照盾构机施工顺序及流向，以下列举四种方案：

1、按原设计顺序及流向进行施工。

即按原招标要求，投入两台盾构，由城门站北端头始发，向北掘进至排下站南端头井后，解体站外转场至北端头井，继续向北推进至黄山站；到（1）工期分析：

按原计划2台盾构设备分别于2011年9月和10月进场，单台盾构掘进2430延米，日掘进量6.5m，站外转场按2个月/台次计算，完成时间为2013年2月。工期可保证。

（盾构施工进度指标可见下表1）

（2）质量、安全分析：

采用复合式盾构机推进，可满足软土、粉质粘土、强、中风化岩层甚至弱风化岩石的掘进，对沿线穿越建构筑物及地面道路、地下管线的沉降、变形，可采取达黄山站后解体吊出，转场至城门站南端头井，向南掘进施工城门～三角埕区间。（见下图2）

调整土仓压力、螺旋机出土量、同步注浆、二次注浆等方式有效控制。质量、安全可保证。但其施工需六次安拆、四次站外转场运输，深基坑吊装、运输频繁，在机械设备深井吊装作业上需要严格按照安全规范执行，避免设备吊拆发生安全事故。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在城门站，不需要额外增加，仅在站外转场时临时占用地面场地，施工不影响其他车站附属施工。

（4）成本分析：

盾构施工需十二次吊装、六次安拆、四次站外转场，按站外转场120万/台次（含盾构机安拆及运输）计算，需发生费用480万元，且转场工期长、二次始发速度慢，成本高、工效低。

2、调整施工顺序，黄山站和三角埕站采用站内调头。

调整现有盾构施工顺序及流向，1号盾构由城门站北端头井左线下井始发，向北推进至排下站南端头后，站外转场至北端头井继续向北掘进到达黄山站南端头井，站内调头至右线，向南二次始发，完成黄山～排下区间右线隧道，在排下站北端头井解体吊出。2号盾构由城门站南端头井左线下井始发，向南推进至三角埕站北端头后，站内调头至右线，向北推进完成城门～三角埕区间右线隧道，在城门站南端头井解体，站外转场至城门站北端头井，继续向北推进到达排下站南端头井后，解体吊出。（见下图3）

（1）工期分析：

按现有施工顺序，2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，1号盾构掘进2730单延米，2号盾构掘进2130单延米，日掘进量6.5m，站外转场按2个月/台次，站内调头二次始发按1个月/台次计算，1号盾构完成时间为2013年2月，2号盾构完成时间为2012年12月。工期可满足要求。

（2）质量、安全分析：

同样采用复合式盾构机推进，可满足软土、粉质粘土、强、中风化岩层甚至弱风化岩石的掘进要求。同时，减少了两次站外转场和盾构设备的安拆，仅需要采用盾构站内调头解决，一方面提高了盾构施工转接工序作业效率，另外也降低了设备多次深井吊装的安全风险。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地同样仍布置在城门站，不需要额外增加，但需黄山站和三角埕站站内端头井提供盾构机调头和二次始发作业所需空间，同时车站端头井根据盾构机调头要求，需要将端头井部位底板上翻梁修改为下翻梁型式。

（4）成本分析：

按此方案实施盾构施工，仅需二次站外转场，二次站内调头即可满足盾构机

施工需要。按站外转场120万/台次、站内调头40万/台次计算，发生费用为320万元，且站内调头时间短、速度快，盾构机不需再次组装，二次始发方便，相对成本较低。

3、调整变更，将排下站、城门站负二层净空抬高1.65m，采用盾构过站方式进行施工。

区间盾构改从三角埕站北端头始发，一直向北推进至黄山站，调整排下站和城门站车站结构高度，将结构加深或抬高1.65m，将原设计负二层净空6.1m改为7.75m，盾构采用站内过站型式通过两个车站。（见下图5）

（1）工期分析：

2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，单台盾构掘进2430延米，日掘进量6.5m，站内过站按1个月/台次计算，盾构完成时间为2013年1月。工期可满足原施工要求，并可提前1个月完成。

（2）质量、安全分析：

采用站内过站方式，将站外转场全部取消，提高了盾构施工转接工序作业效率，降低了设备多次深井吊装的安全风险；但是车站结构从围护桩深度、基坑开挖、结构层高等各方面都需要进行大范围的调整，方案变更较大，需对车站覆土埋深、结构板受力、抗浮力等进行检算，技术设计工作量较大。另外，将结构加深1.65m，将增加基坑开挖支护的施工安全风险，将结构抬高1.65m，又需要考虑车站埋深覆土小于1.5m时的结构质量隐患，质量、安全风险较大。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在三角埕站，其他车站不需要提供盾构施工用地。

（4）成本分析：

按此方案实施，仅需四次站内过站即可满足盾构机施工需要。按盾构过站估

算25万/台次计算，发生费用仅为100万元左右，且过站时间短，盾构机不需再次组装，盾构发生成本最低。

但是，在成本分析中，需要考虑到因改为盾构过站，引起的排下站和城门站两个车站的结构变更造价费用影响，如采用车站结构加深1.65m方案，初步估算需增加造价280万元/站，总造价需560万元以上；如采用车站结构抬高1.65m方案，也需增加总造价260万元左右，且不考虑车站抗浮增加费用。

4、综合前三个方案，由排下站进行始发、城门站改为盾构过站、黄山站和三角埕站站内调头。

综合前三个方案，将盾构始发场地改为排下站，城门站进行结构变更以满足盾构过站需要，黄山站和三角埕站端头提供站内调头；1号盾构由排下站北端头始发，施工黄山～排下区间隧道；2号盾构由排下站南端头始发，施工排下～城门～三角埕两个区间隧道，盾构机在城门站过站，三角埕站北端头井调头。（见下图7）

图7方案4盾构施工流向顺序示意图

（1）工期分析：

2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，1号盾构掘进1860延米，2号盾构掘进3000延米，按日掘进量6.5m，盾构过站及站内调头均按1个月/台次计算，2号盾构需18个月方可完成，盾构完成时间为2013年3月。工期不能满足原施工要求，需滞后1个月。

（2）质量、安全分析：

采用了站内调头和过站相结合的方式，将站外转场全部取消，提高了盾构施工转接工序作业效率，降低了设备多次深井吊装的安全风险；但是车站结构变更的风险仍存在。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在排下站，另外黄山站和三角埕站还需提供站内调头条件，占用车站内部分场地。

（4）成本分析：

按此方案实施，需二次盾构过站、二次站内调头施工。按盾构过站估算25万/台次、站内调头40万/台次计算，发生费用为130万元左右，盾构发生成本较低。

但是，在成本分析中，仍需要考虑到因改为盾构过站，引起的城门站车站主体的结构变更造价费用影响，估算可能将增加工程总造价130～280万元之间（费用根据结构抬高或加深估算而浮动较大）。

三、各方案综合比选

通过以上四个方案的列举，从工期安排、施工技术可行性、质量安全的风险控制、经济投资和成本投入比较等多方面的讨论，通过下表2综合对比方案优劣。

四、结论

根据以上分析及汇总表，从工期、质量、安全、技术方案可实施性、场地条件、工程总投资造价和成本投入各方面综合分析，方案1成本投入过大，方案3和方案4需对车站进行结构调整，变更难度大，方案2实施性强、成本较节约，具有可行性，在施工实施过程中，还可以进行具体的方案措施优化，在车站端头井下翻梁调整、端头井提供调头条件等方面进一步与设计、业主进行具体的优化和沟通，保证方案实施的可行性。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。