摘要：盾构法隧道在地铁建设中得到广发应用，文章结合广州地铁18号线某区间盾构井工程实例，针对大直径盾构隧道的深埋盾构井采用单层与多层结构进行多方面分析对比。对比结果显示，大直径盾构隧道的深埋盾构井采用单层后浇隔墙方案具有节约工期、增加经济效应、减少环境污染、节省运维人力等优势，可于类似工程进行推广应用。
关键词：盾构井；单层结构；多层结构；大直径盾构隧道；深基坑
1 多层盾构井方案
目前，对于深埋大直径盾构隧道由于覆土较厚和盾构始发接收净距较大的特点其盾构井一般采用多层混凝土结构明挖顺作法的施工方案。围护结构一般采用扩大端为斜撑，标准段为对撑的平面布置方式（如图1）。多层结构需待侧墙施作至支撑标高后拆除支撑后浇筑中板，后循环以上工序至完成顶板及土方回填后，才可进行盾构始发接收施工。多层结构方案具有顶板覆土厚度小，结构受力简单，施工工艺成熟等优点，但多层结构同时存在需要附加抗浮措施、工期长、工序复杂、工程材料用量大且地铁运营期间需大量人力物力维护检修等问题。
图1 多层盾构井围护结构支撑布置方案
2 单层盾构井方案比选分析
2.1单层盾构井方案
盾构井为盾构施工提供始发和接收条件，其完成的快慢决定了盾构始发的节点，故盾构井的工期对工程总工期影响极大。广州地铁18号线某盾构隧道采用8.8m外径盾构机，盾构机主机长度为11.5m。受地面条件限制隧道埋深较深，同时为了满足大直径盾构机吊装要求，盾构井需预留15mX10.5m的大尺寸吊装孔，因此盾构井具有埋深较深、跨度较大的特点。如采用多层结构方案，盾构井需施作5层主体结构同时需施作压顶梁和抗拔桩，从而盾构井提供始发节点将严重推迟，无法满足广州地铁加快地铁建设、早日投入运营的建设目标。为了满足开通目标，广州地铁18号线某区间盾构井采用单层主体结构的方案，从而缩短近5个月工期以满足始发目标。以下将依据具体的工程实例展开分析单层盾构井方案重难点及优势。
2.2工程概况
于广州地铁18号线某区间设置一处始发、吊出盾构井。盾构井南侧为住宅区距离基坑约43m，东侧有一处一层框架结构距离基坑约17m。盾构井基坑深度约为48.8m，主体结构长度70m，端头扩大段宽度30.4m，标准段宽度25.4m。盾构井为1层地下建筑，主体结构上层覆土厚度35m。顶、底板与后浇中隔墙、侧墙形成为一闭合框架；围护结构与盾构井主体结构采用分离式结构，主体结构采用明挖顺作法施工。盾构井顶板、底板厚度为1.6m，侧墙厚度为1.3m。主体结构中隔墙及后浇隔墙分为两期浇筑：一期浇筑的隔墙为与顶板同期浇筑，二期浇筑的隔墙（图3中阴影部分）为与封堵孔始发吊出孔混凝土同期浇筑。
2.3水文地质条件
根据勘察揭示，本场地地下水水位埋藏浅，水位埋深7.00～8.20m，水位年变化幅度为1.0～2.0m。基坑影响范围内地层自上到下为<1-2>素填土、<5H-2>砂质粘性土、<6H>全风化花岗岩、<7H>强风化花岗岩、<8H>中风化花岗岩。设计连续墙嵌入<8H>中风化花岗岩不少于2.5m。
2.4围护结构方案分析
围护结构第一至五道支撑采用标准段为混凝土斜撑、扩大端为环框梁的形式（如图2），从而当单层主体结构完成后可直接开始盾构始发接收作业，无需待完成覆土回填后实施盾构始发作业。第六道支撑位于主体结构标高范围内需待侧墙施作至第六道支撑标高后拆除，故采用了标准段为混凝土对撑，扩大端为混凝土斜撑的支撑布置形式。（如图1）
图2 单层盾构井围护结构支撑布置方案
2.5主体结构方案分析
由于单层盾构井顶板覆土厚度为35m，且盾构始发需满足盾构井始发段侧墙与线路中心线间的净距离应不小于6.6m的要求，盾构井始发净跨约13m。在以上的边界条件下设计顶板的最大弯矩标准值为12257KN·m；最大剪力标准值为5543.8KN。根据计算需配置3m厚顶板两排HRB400 直径32@80钢筋。显然此方案顶板难以正常施工且不经济。
图3 后浇隔墙方案平面布置图
故针对以上大直径盾构隧道的深埋盾构井单层主体结构的限制条件，本盾构井采用后浇隔墙方案以解决以上难点，即盾构井主体结构分为两期浇筑完成。首期浇筑主体底板、侧墙、顶板的环宽梁及部分非始发段隔墙，以满足盾构始发接收空间。二期浇筑时间为盾构井始发吊出完成后，封堵盾构井始发吊出孔时同时浇筑二期的后浇隔墙（图3中阴影部分）。因为地铁限界要求比盾构机始发的净距要求小许多且后浇隔墙为始发完成后浇筑不受到盾构机始发净距限制，因此后浇隔墙可将原有的盾构井始发的13m跨度减跨至7m，极大的优化了结构受力体系。后浇隔墙方案计算得出结构顶板最大弯矩标准值为4862 KN·m；最大剪力标准值为3165 KN。根据计算后浇隔墙方案仅需要配置1.6m厚顶板，极大的减少了施工难度，节省了工程材料。此后浇隔墙单层结构盾构井方案较多层结构盾构井有以下几点优势：
1.后浇隔墙将于盾构始发后浇筑，只需待单层盾构井底板、侧墙、顶板环宽梁浇筑完成方可进行始发作业，加快了工期且避免了多层结构施工的复杂工序。
2.单层盾构井可节省大量的工程材料，并且无需施作附加抗浮措施。
3.单层盾构井免去了长期地铁运营期间多层盾构井上层无用空间检修和维护成本。
结语
盾构井作为盾构施工重要组成节点，目前大直径盾构隧道的盾构井普遍具有埋深较深、跨度较大的特点，对盾构井的围护、主体结构受力不利。本文结合广州地铁18号线工程实际，对大直径盾构隧道深埋盾构井的围护结构及主体结构设计进行比选研究，得出以下结论：单层后浇隔墙盾构井方案较多层结构盾构井方案具有节约工期、增加经济效应、减少环境污染、节省运维人力等优势，可于类似工程进行推广应用。
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作者简介：
施博伦，男（1992~），福建省三明市，硕士研究生，现从事轨道交通工程及地下工程设计及建设工作；简历：2016～至今 广州地铁设计研究院有限公司 结构设计
论文作者:施博伦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/18
标签：盾构论文; 结构论文; 单层论文; 隔墙论文; 顶板论文; 方案论文; 多层论文; 《基层建设》2019年第6期论文;