北京地铁五号线56标盾构可行性报告方案一127.docx
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北京地铁五号线56标盾构可行性报告方案一127
北京地铁五号线
第五、六施工标段方案优化建议书
中铁隧道集团有限公司
2002年11月
1、优化方案的提出
北京地铁五号线第五、六施工标段包括：
【磁器口站～崇文门站】区间、崇文门站、【崇文门站～东单站】区间和东单站，均采用矿山法施工。
考虑到【磁器口站～崇文门站】区间和【崇文门站～东单站】区间地理位置重要，地面民房密集，降水困难，地面沉降控制要求高等因素，建议【磁器口站～崇文门站】区间和【崇文门站～东单站】区间施工均采用盾构法（方案一）；方案二为盾构法只施工【崇文门站～东单站】区间。
2、工程概况
2.1、【崇文门站～东单站】区间
2.1.1工程量
1）、【崇文门站～东单站】区间隧道土建工程，设计里程为K7+043.8～K7+672.364,全长628.564双线延米及左右线联络通道23.75m；
2）、区间五号线与一号线联络线的土建工程,全长243.073m；
3）、竖井1座，施工横通道70m。
具体见附图1。
2.1.2区间隧道平面位置
区间隧道位于崇文门内大街地下,出崇文门站后,沿崇文门内大街逐渐向东偏移至长安街后到达地铁五号线东单站。
沿线设置两段半径分别为2000m及1500m平曲线,左右线间距为16.8m。
见附图1。
2.1.3区间隧道竖向设计
崇文门站由于受规划直径线及既有环线影响,轨面标高较低,而东单站又位于地铁复八线之上,站位较高,因此整个区间显示出北高南低的势态。
崇文门站位于3‰的坡度上,在K7+110里程处以半径为5000m的竖曲线变坡为24‰的上坡,到K7+350里程处又以半径为3000m的竖区线变坡为9‰的上坡，至K7+650里程处又以半径为5000m的竖曲线变坡为3‰的上坡到达东单站。
隧道穿越地层主要为中粗砂及圆砾石层,隧顶埋深14.6～9.6m。
具体见附图2。
2.1.4区间隧道周边环境
【崇文门站～东单站】区间横穿东西向长安街，南北紧邻东单北大街、崇文门内大街，都是北京重要的交通干道，交通流量很大。
周围公交线网密集，长安街沿线公交线路有1、4、52、10、20、54、120、420、728、802、特1路等；东单北大街—崇文内大街沿线有3、8、24、39、39支、41、106、108、111、110、116、803路等，与车站形成换乘节点，沿长安街方向已经开通地铁1号线，在东单路口东侧设有车站，与5号线形成“T型”换乘。
2.1.5工程地质、水文情况及与工程结构的关系
1）、工程地质与工程结构的关系
【崇～东】区间从北向南自高到低，穿越的主要地层为粉土、中粗砂、卵石层及粉土层，大部分处于中粗砂及卵石层中。
见附图2。
2）、工程水文地质与工程结构的关系
【崇～东】区间本标段场区第四纪地层中赋存上层滞水、潜水和承压水。
根据工程地质勘察报告，潜水对钢筋混凝土中的钢筋和钢结构具有弱腐蚀性。
区间隧道南端约300m结构进入潜水及承压水5m。
见附图2。
2.1.6区间隧道地面建筑
【崇～东】区间隧道,穿越路段主要为现状路面及1-2层密布楼房。
地面即为崇文门内大街,为繁华商业街,人员流量大,街道东侧为密集民房,位于隧道上方,这些房屋部分为明清时期建筑，墙体为浅基础夹心泥坯墙;街道西侧有商场、同仁医院、东单公园、东单体育馆等公共场所。
施工竖井位于东单公园内,现有地面为绿地及小树林。
2.2、【磁器口站～崇文门站】区间
2.2.1工程量
1）【磁器口站～崇文门站】区间，里程K6+159.19～K6+840.90，长681.71m双线延米；
2）区间附属土建结构包括2处迂回风道、2条联络通道（1条兼作施工横通道）、1处施工竖井及竖井联络通道。
除竖井外均采用浅埋暗挖法施工。
具体见附图3。
2.2.2【磁～崇】区间线路设计情况
双洞单线隧道，磁器口端线间距为14.8m，进入崇文门车站前渐变至16.8m，断面形式为马蹄形断面，复合式衬砌结构。
线路纵坡为人字坡，坡度为3‰接7‰上坡，转3‰下坡。
隧道顶部覆土厚度为15～18m。
采用浅埋暗挖法施工。
2.2.3地面建筑物
本标段区间位于崇文门外大街下，两侧地面建筑物较多；与区间隧道正交的地下通道有三条。
区间内的地下通道、既有建筑物的地下结构都将增加区间隧道的施工难度，应采取有效措施确保隧道施工安全和既有建筑物的使用安全。
具体见附图3。
2.2.4地下管线
本标段区间埋置较深，避开了所有管线，施工时需控制地层沉降，保证地下管网的正常使用。
在东单进行端头加固时，需注意地下管线，如有管线影响，则迁移或保护。
3.2.5地面交通
区间隧道位于北京市崇文门外大街下。
线路所经区域为商业、文化区，沿线客流集中，交通繁忙。
3.2.6区间隧道地质、水文及与结构关系
区间隧道主要穿越卵石圆砾⑤层、粉细砂⑤2层、粘土⑥层、粘土⑥1层、细中砂⑥2层；
地层含上层滞水、潜水和承压水。
上层滞水及潜水对砼结构无腐蚀性，对钢筋砼中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
承压水对砼结构无腐蚀性，对钢筋砼中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
具体见附图4。
区间隧道位于承压水层，注意防止突发性的涌水现象发生。
3、盾构法施工的可行性
1）、施工场地经处理具备盾构下井组装、调头和拆卸条件；
2）、从工程地质方面考虑，两个区间隧道主要穿越的地层适合盾构法施工；
3）、盾构法施工地层沉降容易控制。
正常情况下盾构法施工地表沉降基本可控制在10mm左右，对建筑物、管线保护更为有利。
4）、盾构法施工本身具有施工快速、优质、安全的优势；文明施工管理容易达到；
5）、我集团在广州地铁、南京地铁盾构设计和施工的经验。
在广州和南京地铁盾构工程，我集团是以设计施工总承包的方式承建地铁工程，在设计和施工方面积累了很多的经验；
6）、盾构采购商务经验比较丰富，目前我集团已经采购了四台盾构机，采购商务经验丰富，能够保证盾构机的按时到场。
4、方案一
该方案为盾构法施工【崇～东】区间和【磁～崇】区间，盾构机考虑在崇文门站过站施工。
其施工顺序为：
盾构在东单站下井组装东单南右线一次始发完成【崇～东】区间右线推进盾构在崇文门站过站盾构在崇文门站南端右线二次始发【磁～崇】区间右线推进完成盾构在磁器口站调头盾构在磁器口站左线三次始发完成【磁～崇】区间左线掘进盾构在崇文门站二次过站盾构在崇文门站北端左线四次始发盾构掘进至暗挖段盾构机穿行矿山法施工区段盾构机在
东单站南端头拆机。
盾构机掘进示意图见附图5。
盾构施工两个区间的几点说明:
1）、东单站南端头是采用明挖法施工的，施工场地较大（5300m2），可以满足盾构下井组装和施工场地的布置。
东单站南端右线需预留一个盾构井，井口尺寸大小满足盾构组装和拆卸要求（参照北端头设计），可能的情况下预留出土井。
盾构井及场地布置见附图6。
2）、由于受拆卸场地的限制，盾构机到达东单站后需平移至右线井口进行拆卸。
车站底板底纵梁下翻，端头井内无任何障碍物；端头井底板标高与盾壳底距离不小于300mm，利于盾构机接收和平移。
3）、盾构在崇文门站过站施工
盾构机到达崇文门站后，利用接收架对盾构机进行接收，并平移806mm，然后在已安装的导轨上滑行穿过公共区双层和单层结构，到达另一端头后再一次进行接收，然后平移806mm，最后移入矿山法隧道内完成盾构机的过站。
盾构机过站示意图见附图7。
由于车站结构限制，盾构机过站时需对车站结构和区间结构做一些调整，具体要求如下：
①、由于车站边墙与线路中线距离小于盾构机半径，盾壳断面超出侧墙衬砌结构约462mm，具体见附图8，而且盾构机主机长度大于8m，为了盾构机能够顺利到达（或始发），车站风道长度需增加2m（见附图9）。
②、为了不增加风道的跨度，在施工过程中，将靠近车站风道区间隧道断面扩大，扩大断面为马蹄形断面（拱底作成平面），长度为1m，扩大断面底板同风道底板标高相同，满足盾构机始发和到达时平移。
具体见附图9。
③、根据线路轨面标高，盾构机出洞（或进洞）时位置比车站底板低242mm（理论值），实际上盾构进洞还有一定的偏差，出洞后还需留空间接收盾构机，（具体见附图8），所以需将车站底板标高下调。
为了尽可能减小对车站结构的影响，车站底板顶面标高在风道8m范围内下调约550mm，具体见附图10；在盾构机滑行通过公共区双层和单层断面，车站底板做小量的调整（约200mm），并在底板上预埋导轨。
具体见附图11和附图12。
④、为了便于反力架的安装并减少盾构始发负环管片的数量，在车站始发端头矿山法施工8m，其断面为圆形断面，圆形断面只施作初期支付。
在初期支付上精确安装导轨，当盾构机过站完成后移入轨道上进行始发。
具体见附图13。
4）、在磁器口站北端头区间里程内施作（矿山法）盾构调头洞室。
调头洞室面积为13×24.8m，净空6.9m满足盾构机调头、始发要求。
调头洞室结构见附图14～附图16。
5）、联络线与正线交接处采用矿山法施工后，盾构机掘进完成后可以穿行区间右线矿山法隧道至东单站拆卸。
盾构通过暗挖隧道断面见附图17。
6）、端头加固方面。
东单站南端头采用地表高压旋喷桩加固。
如果有管线则视情况采取悬吊或迁移等措施；其余端头加固由于没有地面加固条件则采用水平高压旋喷桩加固。
东单站端头加固范围见附图18。
7）、盾构机掘进【磁～崇～东】区间左线时，轨线由东单站随盾构机掘进向前延伸。
掘进【磁～崇】区间右线和【崇～东】区间右线时，轨线利用调头洞室进行左右线过渡，所有运输车辆均采用双转向架的方式利于小半径曲线运输。
轨线布置见附图19。
8）工期
由于崇文门站结构提供盾构机过站条件是一个关键节点，盾构机第一次过站时间安排在2004年11月28日（即崇文门站主体结构全部完成）。
具体安排如下：
从2003年1月1日计，盾构机采购进场时间约10个月，组装一个月，2003年12月1日具备掘进条件。
崇文门站提供条件供盾构机过站最晚时间为2004年11月28日，（【崇～东】区间右线掘进根据此时间安排有调整余地）；盾构到达崇文门站过站的时间为2004年11月28日，过崇文门站20天，盾构始发准备10天；盾构机掘进【磁～崇】区间右线安排3个月零；盾构机调头1个月；盾构机掘进【磁～崇】区间左线安排3个月；盾构机第二次到达崇文门站的时间为2005年7月28日，盾构机过站考虑20天，始发准备10天（盾构机完成第二次过站后，崇文门站剩余的站台板可以进行施工，工期为1个月，即2005年8月28日崇文门站全部完工）；盾构机掘进【崇～东】区间左线至联络线处约需2个月；盾构通过暗挖区间进入东单车站南端头井时间为15天；盾构机拆卸考虑15天；综合以上可得施工盾构区间时间为：
2003年12月1日～2005年11月18日。
盾构施工横道图见附图20。
盾构掘进完成后，进行联络通道、洞门、矿山法段二次衬砌施工和东单站盾构施工孔的封顶。
以上工序施工所需时间约为2个月，即整个区间工程完成时间为2006年1月18日完成。
场地接口条件如下：
提供场地时间
东单站（端头加固及临时设施）
2003/9/1
崇文门站右线过站
2004/11/28
磁器口站调头洞室
2005/3/28
9）、几点建议
①.将迂回风道取消；如果不能取消将采用联络通道的方式进行施工，满足设计要求。
②.人防结构建议设置在车站盾构井或调头洞室内。
5、方案二
该方案为盾构法施工【崇文门站～东单站】区间隧道工程。
其施工顺序为：
盾构下井组装东单南一次始发【崇～东】区间右线推进崇文门站调头二次始发【崇～东】区间左线线推进穿行矿山法施工区段盾构机在东单站南端头拆机、出井。
其中联络线及【崇～东】区间左线靠近东单站段采用矿山法施工，与盾构区间右线推进同时施工。
施工示意图见附图21。
盾构施工【崇～东】区间几点说明：
1）、东单站南端头是采用明挖法施工的，施工场地较大（5300m2），可以满足盾构下井组装和施工场地的布置。
单站南端盾构井需预留，井口尺寸大小满足盾构组装和拆卸（参照北端头设计），可能的情况下预留出土井；盾构井及场地布置同方案一。
2）、由于受拆卸场地的限制，盾构机到达东单站后需平移至右线井口进行拆卸。
建议车站底板底纵梁下翻，端头井内无任何障碍物；端头井底板与盾壳底距离不小于300mm，利于盾构机接收和平移。
3）、盾构在崇文门站北端头进行调头施工。
盾构调头施工顺序为：
盾构右线出洞上接收架---盾构随接收架旋转180度并移至左线----调整盾构机姿态完成盾构调头。
由于车站设计不能够满足盾构调头，调头施工需对崇文门车站北端风道结构和靠近车站的区间隧道断面进行一些调整。
具体如下：
①、由于车站风道宽度为8m，不能满足盾构机调头，所以需将车站风道两端长度各增加3.65m，而风道跨度不变。
具体见附图22。
②、风道底板应为平面，其顶面与盾壳底间距离应不小于300mm，风道断面内无障碍物以利于盾构调头，见附图22。
③、在车站北端区间里程内施作大断面洞室，洞室长5.5m，为马蹄形断面（底板作成平面）。
利用车站风道空间和区间大断面洞室进行盾构机调头施工。
调头大断面洞室结构见附图22～附图24。
4）、轨线布置
掘进【崇～东】区间右线时，轨线随盾构机掘进由东单站向前延伸；掘进【崇～东】区间左线时，在崇文门站北端设小半径轨线供左右线过渡；所有运输车辆均制造为双转向架形式利于小半径轨线运输。
轨线布置见附图25。
5）、工期。
根据招标文件，在2004年11月30日完成全部土建工程（不含建筑装修）。
方案一工期安排如下：
①【磁～崇】区间按照投标时工期计划进行施工部署。
②【崇～东】区间：
从2003年1月1日计。
盾构机采购进场时间约10个月。
组装一个月，从2003年12月起开始推进，【崇～东】区间右线掘进安排3个月；调头始发二个月；盾构掘进区间右线至联络线处约需两个半月；盾构通过暗挖区间进入东单车站南端头井时间为20天；盾构机拆卸考虑15天；综合以上可得施工盾构区间完成时间为：
2003年12月1日～2004年8月2０日。
施工横道图见附图26。
由于盾构采购周期长，联络线施工、区间扩大断面及盾构穿行段施工可在盾构进场前完成，不是工程的关键工期。
盾构掘进完成后，进行联络通道、洞门、矿山法段二次衬砌施工和东单站盾构施工孔的封顶。
以上工作施工所需时间为2个半月，即【崇～东】区间工程完成时间为2004年11月5日完成，比计划提前约半个多月。
6）、建议
1.人防结构建议设置在车站盾构井和扩大断面内。
7）、端头加固及盾构通过矿山法断面等施工同方案一。
6、盾构机选型
根据区间隧道工程地质、水文地质和周边环境，【崇～东】区间隧道主要通过地层为粉土、中粗砂和卵石层，【磁～崇】区间隧道主要通过卵石圆砾。
粉细砂、粘土层；区间隧道在【磁～崇】区间【崇～东】区间的南段已进入承压水；隧道上方为结构较差，建筑年代较早的民房和交通繁忙的主干道。
为此选用加泥式土压平衡盾构机。
6.1、盾构机的主要参数
刀盘直径为：
6300mm（管片外径6000，厚300mm）
最大推力：
F＝2859t
刀盘扭距：
M＝427tm
刀盘驱动电机总功率：
630Kw
电机功率为：
45Kw
螺旋输送机输送量为：
162m3/h
刀盘开口率：
34％
6.2、盾构机为适应地层主要配备的设备
碴土改良系统：
通过在掘进过程中向土仓内添加泡沫和泥浆来改良土体，使碴土具有良好的流塑性和止水性，从而使土仓内能获得稳定的土压，保证土压平衡模式掘进，同时防止发生喷涌。
减小地层损失，从而控制地表沉降，使掘进安全顺利。
同步注浆系统：
为了保证盾壳和管片外壁的环形空间得到及时的充填，在盾构掘进的同时进行同步注浆，注浆的压力和注浆量要达到要求，从而有效地控制地表沉降，保护了地面建筑物和地下管线。
盾构导向系统：
为了保证盾构掘进进度和掘进过程中盾构机姿态的管理，在盾构机上配备自动导向系统，能够及时精确地指示出盾构机姿态与隧道设计轴线的偏差，方便盾构机操作。
监视器系统：
在盾构机螺旋输送机出碴口和皮带输送机卸碴口分别设置监视器，然后将碴土情况反馈到主机室，便于操作人员及时根据碴土的性状对碴土进行改良。
管片拼装整圆器：
管片拼装后在地层应力的作用下会有一定量的椭圆度，椭圆度越大，对地表沉降控制越不利。
为了使管片衬砌结构接近圆断面，一方面在拼装时采用错缝方式拼装，另一方面，在管片拼装后用整圆器进行纠正，并对螺栓进行复紧，通过以上两方面可获得较好的效果。
7、其它边界条件及说明
7.1、水电的供应
根据盾构施工要求，供水管路采用DN100管即可满足施工生活用水；盾构施工用电需提供2000KVA、10KV的供电系统。
该项请业主协助解决。
7.2、盾构机选型及进场
对于盾构机选型等方面的研究，我方已在五号线16、17标投标工作期间作了充分的准备工作。
鉴于时间紧，目前我方已同盾构机制造商进行深入的接洽，完全可以保证盾构机按时到场。
7.3、后配套设备
后配套设备由我单位自行设计加工，已应用于三个盾构施工工地，效果良好，可以确保其质量和按时到场。
7.4、对原标书的承诺
采用盾构法施工后，除工期作调整外，质量、安全、文明施工等承诺全部兑现，不降低标准。
未尽事宜本着自行解决的原则，有需要时请业主支持和协调。
附图20盾构机掘进施工（方案一）横道图
序号
项目
2003年
2004年
2005年
1-10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
盾构机采购进场
2
盾构机组装及始发准备
3
【崇～东】区间右线掘进
4
盾构机第一次过站
5
盾构机第二次始发准备
6
【磁～崇】区间右线掘进
7
盾构机调头及始发准备
8
【磁～崇】区间左线掘进
9
盾构机第二次过站
10
盾构机第四次始发准备
11
崇文门站站台板施工
12
【崇～东】区间左线掘进
13
盾构机穿过矿山法隧道
14
盾构机拆卸
崇文门站最晚须在2004年11月28日具备盾构机过站条件；并在盾构机二次过站后施工剩余站台板，于2005年9月28日全部完工。
附图26盾构机掘进施工（方案二）横道图
序号
项目
2003年
2004年
2005年
1-10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
1
盾构机采购进场
2
盾构机组装及始发准备
3
【崇～东】区间右线掘进
4
盾构机调头及始发准备
5
【崇～东】区间左线掘进
6
盾构机穿过矿山法隧道
7
盾构机拆卸
8
联络通道及洞门施工
9
洞内修补
10
盾构井封顶
11
隧道竣工验收
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