CN113090275A - 适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及其施工方法，包括：用于第一线盾构机吊运组装的工作井第一始发井；设置于第一始发井后侧沿纵向延伸的第一联络通道；设置于第一联络通道尾部的第一后出渣运料口；与第一始发井平行设置的第二始发井，其用于第二线盾构机吊运组装的工作井；设置于第二始发井后侧沿纵向延伸的第二联络通道；设置于第二联络通道尾部的第二后出渣运料口；设置于后出渣运料口后侧的反向出渣导洞，其为第二线整机始发及运行提供足够长度轨道；利用第一始发井、第一联络通道和后出渣运料口进行盾构分体始发；利用第二始发井、第二联络通道、后出渣运料口及反向出渣导洞进行盾构整机始发。本发明实现小尺寸始发井双线盾构始发及出渣运料，施工方便，提高了经济效益。

Description

适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工领域，具体地，涉及一种适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法。
背景技术
随着我国城市轨道交通建设的不断发展，盾构法隧道施工技术得到了越来越广泛的应用。盾构法施工对始发井的场地要求较高，当盾构机的总长度大于始发井长度时，盾构机无法在地面分节拼装后吊装下井。此外，盾构法施工对出土场地和出土方式的要求也较高。吴文彪于2019年在《价值工程》上发表的《短竖井土压平衡盾构分体始发侧方出土施工技术》中强调了盾构出土的方法严重影响盾构的施工效率，合理的出土方式能够在保证盾构顺利掘进的同时降低施工成本。
传统的盾构施工始发和出渣运料方法中，盾构始发井尺寸必须满足两台龙门吊的作业空间，可实现同时进行双线盾构始发和出渣运料，但这种方法对始发井尺寸要求高，在城市中心建筑物密集区域难以应用。另外，小尺寸始发井盾构分体始发方法仅能满足单线隧道施工，施工效率低，施工工期长，无法满足目前工程建设高效低耗的要求。因此，有必要提出一种能够在小尺寸始发井实现双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法。
经过对现有技术文献检索发现，申请号为201910642825.6的中国专利，公开了一种用于盾构侧向平移始发与出渣运料的隧道结构及施工方法，该方法采用平移横通道、弧形出渣导洞和出渣井的方式完成盾构平移始发和出渣运料，使得盾构机能够在地面场地条件受限的情况下完成盾构始发和出渣运料施工，但是这种方法工作面大，对场地要求较高，无法实现小尺寸始发井双线盾构始发和出渣运料。本发明专利提出了一种适用于双线盾构分体始发和出渣运料的隧道结构及施工方法，既能实现在小尺寸盾构始发井内完成分体始发与整机始发，又能实现双线盾构隧道出渣运料，显著地提高了施工效率和经济效益。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法。
本发明第一个方面提供一种适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构，包括：
第一始发井，所述第一始发井是用于第一线盾构机吊运组装的工作井，并作为第一线施工过程中的出渣运料口；
第一联络通道，所述第一联络通道设置于所述第一始发井后侧并与其连通；所述第一联络通道沿纵向延伸，且所述第一联络通道与第一线的隧道同轴布设；所述第一联络通道用于固定第一线反力架，并为所述第一线反力架提供反力；
第一后出渣运料口，所述第一后出渣运料口设置于所述第一联络通道尾部，且所述第一后出渣运料口通过所述第一联络通道与所述第一始发井连通，所述第一后出渣运料口是用于第一线的始发阶段的出土及材料运输口；
第二始发井，所述第二始发井与所述第一始发井平行设置；所述第二始发井是用于第二线盾构机吊运组装的工作井；
第二联络通道，所述第二联络通道设置于所述第二始发井后侧并与其连通；所述第二联络通道沿纵向延伸；所述第二联络通道用于固定第二线反力架，并为所述第二线反力架提供反力；
第二后出渣运料口，所述第二后出渣运料口设置于所述第二联络通道尾部，且所述第二后出渣运料口通过所述第二联络通道与所述第二始发井连通，所述第二后出渣运料口是用于第二线施工的出土及材料运输口，并作为反向出渣导洞的工作面；
反向出渣导洞，所述反向出渣导洞设置于所述第二后出渣运料口的后侧；所述反向出渣导洞为第二线整机始发及运行提供足够长度轨道；
利用所述第一始发井、所述第一联络通道和所述第一后出渣运料口进行第一线盾构分体始发；利用所述第二始发井、所述第二联络通道、所述第二后出渣运料口及所述反向出渣导洞进行第二线盾构整机始发，能在盾构始发场地尺寸较小情况下实现双线盾构机始发和出渣运料。
优选地，所述反向出渣导洞为马蹄形复合式结构。
优选地，所述第一联络通道、所述第二联络通道均采用钢筋混凝土结构。
优选地，所述反向出渣导洞的长度H由以下公式确定：
H＝max(L-a+b,S-b)
式中，L为盾构机整机长度(m)；S为出渣运料列车编组长度(m)；a为第二始发井、第二联络通道与第二后出渣运料口的总长度(m)；b为第二后出渣运料口的长度(m)。
优选地，所述列车编组由m台渣土车、电瓶车、浆液车、管片车及连接装置组成，其长度S为各部分长度的总和；其中，渣土车数量m由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000031
式中，
Figure BDA0003026039910000032
为向上取整符号；Q为单辆渣土车容积(m3)；V为盾构掘进一环的土方量(m3)；
所述盾构掘进一环的土方量V由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000033
式中，d为刀盘直径(m)；w为管片宽度(m)；λ为超挖系数；c为渣土松散系数平均值。
优选地，所述第一始发井、所述第二始发井内均设有始发导台，所述始发导台为钢结构，所述始发导台用于盾构机始发时固定盾构机方位、承载盾构机自重以及调整盾构机中心线位置。
更加优选地，始发导台的中心线位置与隧道中心线一致。
更加优选地，在负环管片拆除前，始发导台还起着固定负环管片的作用。
本发明第二个方面提供一种所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，包括：按照以下步骤执行：
S1：根据设计要求选定盾构第一始发井与第二始发井施工位置；
S2：在选定的第一始发井与第二始发井施工位置的四周施作维护结构和止水帷幕，再用明挖顺作法施作第一始发井、第一联络通道、第二始发井及第二联络通道；
S3：采用双管旋喷桩对盾构第一始发井与第二始发井前固定区域进行端头加固止水，确保盾构安全始发；
S4：进行反向出渣导洞施工，所述反向出渣导洞为用于第二线整机始发及出渣运料的隧道结构；同时进行第一线反力架吊装与始发导台施工；
S5：将第一线盾构机吊运至第一始发井下进行拼装；同时将配套台车的部分台车吊运至第一联络通道内并通过延长管线与地面上剩余台车连接；拼装负环管片；
S6：将第一线洞门破除后进行第一线盾构机分体始发，并将产生的渣土从第一后出渣运料口运出，待掘进距离满足要求后，拆除负环管片并将地面的剩余台车吊运至第一始发井与前续台车的尾部连接，连接后进行正常掘进；并将施工产生的渣土从第一始发井运出；
S7：将第一线反力架拆除后转移至第二始发井，同时进行第二线始发导台施工；
S8：将第二线盾构整机及配套台车吊运至第二始发井下，同时将部分台车置于反向出渣导洞内并通过延长管线与盾尾台车连接；待破除始发洞门后开始整机始发，待掘进距离满足要求后，将反向出渣导洞内的台车与盾尾台车连接，开始正常掘进，并将施工产生的渣土从第二后出渣运料口运出。
优选地，上述S2：在选定的第一始发井与第二始发井施工位置的四周施作维护结构和止水帷幕，再用明挖顺作法施作第一始发井、第二始发井；其中，
钻孔灌注桩的埋深、直径、桩间距、配筋情况和浆液情况由设计资料确定；
所述维护结构由多根钻孔灌注桩并排连接而成，其中，所述钻孔灌注桩采用隔三打一的方法进行施工，即每隔三个桩位进行下一个桩的施工；
所述止水帷幕是由高压旋喷桩并排连接而成，其中，将高压旋喷桩按照流水号编号，钻机隔桩跳钻，即先钻单号桩后钻双号桩，旋喷桩施工前应进行不低于三根的成桩实验；
所述明挖顺作法是指先开挖至底部再由底部向上施作底板、侧墙及联络通道结构。
优选地，桩间土采用钢钉挂网的方法处理，底板、侧墙及联络通道采用钢筋混凝土结构。
优选地，上述S3中，
所述双管旋喷桩是采用双通道钻喷杆喷射水泥浆与压缩空气，冲击破坏土体后形成的旋喷加固体。
所述固定区域是指沿隧道轴线方向长度为14m～16m，横向宽度为垂直隧道轴线方向隧道两侧外轮廓各延伸4m～6m的矩形区域。
优选地，竖向加固深度为隧道拱顶以上4m至隧底以下3m。
优选地，上述S4：进行反向出渣导洞施工，所述反向出渣导洞为用于第二线整机始发及出渣运料的隧道结构，其中，
所述反向出渣导洞是用于右线整机始发及出渣运料的隧道结构。
优选地，反向出渣导洞长度H由以下公式确定：
H＝max(L-a+b,S-b)
式中，L为盾构机整机长度(m)；S为出渣运料列车编组长度(m)；a为第二始发井、第二联络通道与第二后出渣运料口的总长度(m)；b为第二后出渣运料口长度(m)。
更优选地，列车编组由m台渣土车、1台电瓶车、1台浆液车、2台管片车及连接装置共同组成，其长度S为各部分长度的总和。
更优选的，渣土车数量m由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000051
式中，
Figure BDA0003026039910000052
为向上取整符号；Q为单辆渣土车容积(m3)；V为盾构掘进一环的土方量(m3)。
更优选地，盾构掘进一环的土方量V由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000053
式中，d为刀盘直径(m)；w为管片宽度(m)；λ为超挖系数；c为渣土松散系数平均值。
优选地，上述S4：同时进行第一线反力架吊装与始发导台施工；其中，
将第一线盾构反力架吊至第一始发井，并将反力架安装于第一联络通道的结构体上，且反力架的中心线位置与隧道中心线一致，再将反力架的底座与预埋在第一始发井的底板钢板焊接；采用型钢对反力架进行横向固定，保证盾构推进时反力架横向稳定。
优选地，上述S5：将第一线盾构机吊运至第一始发井下进行拼装；同时将配套台车的部分台车吊运至第一联络通道内并通过延长管线与地面上剩余台车连接；拼装负环管片，其中，
具体指根据第一始发井、第一联络通道与第一后出渣运料口总长度a将n辆台车、连接桥、螺旋机、盾体、管片拼装机、管片运输机和刀盘依次吊下第一始发井并拼装；各装置下井后采用卷扬机进行牵引后撤，其中，
台车数量n由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000054
式中，
Figure BDA0003026039910000055
为向下取整符号；l为盾构机盾体与连接桥总长度(m)；t为单辆台车长度(m)；b为后出渣运料口的长度(m)。
优选地，上述S5：左线盾构机和配套台车吊装完成后，还包括：将油管、水管、风管及电缆等管线增加长度至地面j-n辆台车上(j为台车总数)，更改临时出土口位置至始发井下的第n辆台车上。
优选地，上述S5：吊装后的盾构刀盘距洞门2m～3m处，留出洞门破除作业空间。
优选地，上述S5：拼装负环管片具体指：在第一线盾构机千斤顶与反力架之间安装盾构管片，为盾构机始发提供反力；盾构管片采用标准环管片进行错缝拼装。
优选地，上述S6：将第一线洞门破除后进行第一线盾构机分体始发，待掘进距离满足要求后，拆除负环管片并将地面的剩余台车吊运至第一始发井与前续台车的尾部连接，连接后进入正常掘进阶段；并将第一始发井作为出渣运料口，其中，
待掘进距离满足要求后，是指在盾构机第一次始发距离达到s后，所述盾构机第一次始发距离s是由盾构机整机长度和已安装管片长度共同决定，具体计算公式如下：
s＝max(L,e)
式中，L为盾构整机长度(m)；e为已安装管片长度(m)；
所述已安装管片长度e由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000061
式中，f为盾构机额定最大推力(kN)；μ为管片外摩擦系数；D为管片外径(m)；σ为作用与管片外侧平均土压力(kPa)；k0为土体静止侧压力系数；γ为土体加权容重(kN/m3)；z为计算点深度(m)。
上述盾构机分体始发指的是在洞门破除施工完成以及脚手架拆除后，快速推进盾构机至刀盘插入洞门止水幕帘并抵拢掌子面。
优选地，上述S6中，将第一线洞门破除，具体指：
第一线洞门破除指的是对第一线始发洞口安装止水幕帘后，采用人工破除围护结构混凝土。止水幕帘指的是由橡胶板、折叠压板等组成的防水密封装置。
人工破除时采用分层分块、从里到外、从上到下的方式，即在围护桩拆除时，先拆除靠近工作井内侧的1/2桩体，并割除钢筋，当围护桩内侧所有分块破除完毕后，开始围护桩外侧破除，破除过程中遵循从上到下的破除顺序。
优选地，上述S8：将第二线盾构整机及配套台车吊运至第二始发井下，其中，是将j辆台车、连接桥、螺旋机、盾体、管片拼装机、管片运输机和刀盘依次吊下第二始发井拼装，各部位下井后采用卷扬机进行牵引后撤。
由于长度不足，需要将j辆台车中的p辆台车放在反向出渣导洞内。
将第j-p辆台车与第j-p+1辆台车通过延长管线连接，并更改出土口至第j-p辆台车上。
优选地，上述S8：将第二线盾构整机及配套台车吊运至第二始发井下，同时将部分台车置于反向出渣导洞内并通过延长管线与盾尾台车连接，其中，
安装于反向出渣导洞内的部分台车的数量p由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000071
式中，
Figure BDA0003026039910000072
为向上取整符号；L为盾构整机长度(m)；a为第二始发井、第二联络通道与第二后出渣运料口的总长度(m)；t为单辆台车长度(m)。
上述隧道结构及其施工方法的工作原理如下：上述隧道结构用于盾构法隧道，当盾构始发场地尺寸较小时，根据地形条件施工始发井、联络通道、后出渣运料口和反向出渣导洞，同时进行双线盾构机始发和出渣运料。先始发的线路采用分体始发的方法，将盾体机吊运至始发井拼装，同时将部分台车吊运至联络通道，延长管线至地面余下台车后进行始发。待掘进距离满足要求后，将地面台车吊运至井下连接，连接完成后开始正常掘进并将始发井作为出渣运料口。后始发的线路采用整机始发的方法，将盾构机整机吊运至井下，同时将部分台车置于反向出渣导洞内并利用延长管线与前续台车连接，连接完成后开始整机始发。待掘进距离满足要求后，将反向出渣导洞内的台车与盾尾台车连接，开始正常掘进，施工产生的渣土从后出渣运料口运出。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述隧道结构，能够在始发井尺寸不能满足盾构机整机始发的条件下，利用盾构机分体始发的方法进行一线隧道始发，同时利用反向隧道出渣导洞进行另一线隧道整机始发；此外，利用盾构机分体进行始发的反力架与负环管片能够吊装至另一线进行重复利用；实现了小尺寸始发井双线盾构始发，施工方法简单，操作方便，极大地提高了施工效率和经济效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一优选实施例的双线盾构始发与出渣运料的隧道结构俯视图；
图2是本发明一优选实施例的左线分体始发剖面图；
图3是本发明一优选实施例的左线拆除负环二次始发剖面图；
图4是本发明一优选实施例的右线整机始发剖面图；
图中标记分别表示为：1为反向出渣导洞、2a为第一后出渣运料口、2b为第二后出渣运料口、3为左线盾构始发井、4为右线盾构始发井、5为临时渣土坑、6a为第一联络通道、6b为第二联络通道、7a为左线隧道中心线、7b为右线隧道中心线、8为端头加固区域、9a为左线盾体、9b为右线盾体、10a为左线反力架、10b为右线反力架、11a为左线负环管片、11b为右线负环管片、12a为左线始发导台、12b为右线始发导台、13a为左线连接桥、13b为右线连接桥、14a为左线台车、14b为右线台车、15a为左线延长管线、15b为右线延长管线、16a为左线卷扬机、16b为右线卷扬机、17a为左线盾构隧道管片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本实施例以位于某城市的某双线盾构始发井工程为例，采用土压平衡式盾构施工，盾构开挖直径9150mm。始发井施工位置工程地质情况由上至下依次为：人工填土，粉质粘土，全风化花岗岩，强风化花岗岩，中风化花岗岩，微风化花岗岩。始发井深度13.7m～17.6m，长度20m，宽度33.6m。因施工场地狭小，本工程采用双线盾构始发和出渣运料的隧道结构及施工方法进行施工。
参照图1所示，为适用于双线盾构始发与出渣运料的隧道结构，图中包括左线盾构始发井3(指第一始发井)、右线盾构始发井4(指第二始发井)、第一联络通道6a、第二联络通道6b、临时渣土坑5、第一后出渣运料口2a、第二后出渣运料口2b和反向出渣导洞1。
左线盾构始发井3长度为20m，宽度为15m，深度为17m；右线盾构始发井4长度为20m，宽度15m，深度为17m；第一联络通道6a、第二联络通道6b长度为50m，宽度为12m，深度为15m；左线隧道中心线7a位于第一联络通道6a轴线位置；右线隧道中心线7b位于第二联络通道6b轴线位置；临时渣土坑5位于第一联络通道6a、第二联络通道6b上部中间位置，用于临时存放渣土；第一后出渣运料口2a和第二后出渣运料口2b长度为10m，宽度为14m，深度为13.7m；反向出渣导洞1长度为53m，横截面为马蹄形。
上述适用于双线盾构始发与出渣运料的隧道结构采用以下施工方法进行，下文中左线指上文中的“第一线”，右线指上文中的“第二线”，具体包括以下步骤：
S1：根据设计要求选定盾构左线盾构始发井3与右线盾构始发井4施工位置。
根据约定由设计单位设计盾构施工线路，由设计资料确定盾构始发位置起止里程为DSK28+500～DSK28+580。
S2：在施工位置四周施作维护结构和止水帷幕，再用明挖顺作法施作始发井，具体为：
S21，维护结构采用“隔三打一”的方法施工Ф800mm@1000mm的钻孔灌注桩。钻孔灌注桩采用C35水下混凝土，钢筋保护层厚度为70mm，水下混凝土设计配合比的强度等级不低于36.6MPa，混凝土坍落度在18cm-22cm之间。
S22，止水帷幕采用Ф800mm@600mm的高压旋喷桩施工。高压旋喷桩主要技术参数包括：空气压力不低于0.7MPa，水灰比在1～15之间，喷嘴2.2mm，提升速度10～25cm/min，回转速度15～20r/min，泥浆泵泵压不低于20MPa，水泥浆比重1.5～1.6g/cm3。高压旋喷桩按照流水号编号，钻机隔桩跳钻，旋喷桩施工前进行不低于三根的成桩实验。
S23，采用明挖顺作法施作左线盾构始发井3、右线盾构始发井4的底板、侧墙及第一联络通道6a、第二联络通道6b和临时渣土坑5结构，底板、侧墙及第一联络通道6a、第二联络通道6b和临时渣土坑5采用钢筋混凝土结构。桩间土采用钢钉挂网的方法处理。
S24：采用双管旋喷桩对左线盾构始发井3、右线盾构始发井4的端头加固区域8进行端头加固止水，确保盾构安全始发。
上述端头加固区域8指的是在左线盾构始发井3、右线盾构始发井4前部沿隧道轴线方向长度为15m，垂直隧道轴线方向加固宽度至隧道两侧外轮廓各延伸5m的矩形区域。竖向加固深度为拱顶以上4m至隧底以下3m。
将左线盾构始发井3、右线盾构始发井4的端头加固区域8采用Ф800mm@600mm的双管旋喷桩进行加固。
S4：反向出渣导洞1施工，同时进行左线反力架10a吊装与左线始发导台12a施工,具体为：
S41，反向出渣导洞1长度H由以下公式确定：
H＝max(L-a+b,S-b)
式中，L为盾构机整机长度(m)；S为出渣运料列车编组长度(m)；a为右线盾构始发井4、第二联络通道6b与第二后出渣运料口2b的总长度(m)；b为第二后出渣运料口2b的长度(m)。
列车编组由m台渣土车、1台电瓶车、1台浆液车、2台管片车及连接装置共同组成，其长度S为各部分的总和。
渣土车数量m由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000101
式中，
Figure BDA0003026039910000102
为向上取整符号；Q为单辆渣土车容积(m3)；V为盾构掘进一环的土方量(m3)。
盾构掘进一环的土方量V由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000103
式中，d为刀盘直径(m)；w为管片宽度(m)；λ为超挖系数；c为渣土松散系数平均值。
本实施例中，盾构机整机长度L＝110m；左线盾构始发井3、第一联络通道6a与第一后出渣运料口2a总长度a＝78m；第一后出渣运料口2a长度b＝10m；单辆渣土车容积Q＝20m3；刀盘直径d＝9.15m；管片宽度w＝1.8m；超挖系数＝1.05；渣土松散系数平均值c＝1.6。计算得到盾构掘进一环的土方量V＝198.84m3，则渣土车数量m＝5，列车编组由5台渣土车，1台电瓶车，1台浆液车，2台管片车组成，总程度S＝62.42m；第二后出渣运料口2b长度10m。计算得到反向出渣导洞1长度H＝52.42m，取53m。
S42，参照图2所示，将盾构左线反力架10a吊至左线盾构始发井3，并安装于第一联络通道6a的结构体上，为盾构机推进提供反力。左线反力架10a底座与预埋在左线盾构始发井3底板的钢板焊接。采用型钢对左线反力架10a进行横向固定，保证盾构推进时反力架横向稳定。左线反力架10a的中心线位置与左线隧道中心线7a一致。
S43，施工用于固定盾构机方位、承载盾构机自重以及调整盾构机中心线位置的始左线发导台12a，并调整始左线发导台12a的中心线位置与左线隧道中心线7a一致。
S5：吊装左线盾体9a和左线配套台车14a，并拼装左线负环管片11a，具体为：
S51，参照图2所示，根据左线盾构始发井3、第一联络通道6a与第一后出渣运料口2a的总长度a将n辆左线台车14a、左线连接桥13a、左线螺旋机、左线盾体9a、管片拼装机、管片运输机和刀盘依次吊下左线盾构始发井3中拼装，各部位下井后采用左线卷扬机16a进行牵引后撤。
左线台车14a数量n由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000111
式中，
Figure BDA0003026039910000112
为向下取整符号；l为盾构机的左线盾体9a与左线连接桥13a总长度(m)；t为单辆左线台车14a长度(m)。
本实施例中，左线盾体9a与左线连接桥13a的总长度l＝28m；单辆左线台车14a长度t＝12m；计算得到井下左线台车14a数量n＝3。
左线盾体9a和配套左线台车14a吊装完成后，将油管、水管、风管及电缆等左线延长管线15a增加长度至地面3辆左线台车14a上(左线台车14a总数为6辆)，更改临时出土口位置至始发井下的第3辆左线台车14上。
吊装后的盾构刀盘距洞门2m～3m，留出洞门破除作业空间。
S52，错缝拼装盾构机千斤顶与左线反力架10a之间的左线负环管片11a，为盾构机始发提供反力。
S6：左线洞门破除与盾构机分体始发，具体为：
S61，对左线始发洞口安装由橡胶板、折叠压板等组成的止水幕帘后，人工破除围护结构混凝土。人工破除时采用分层分块、从里到外、从上到下的方式，即在围护桩拆除时，先拆除靠近左线盾构始发井3内侧的1/2桩体，并割除钢筋，当围护桩内侧所有分块破除完毕后，开始围护桩外侧破除，破除过程中遵循从上到下的破除顺序。
S62，在洞门破除施工完成以及脚手架拆除后，快速推进左线盾构机至刀盘插入洞门止水幕帘并抵拢掌子面。
S63，在盾构机第一次始发距离达到s后，拆除左线负环管片11a。
盾构机第一次始发距离s是由盾构机整机长度和已安装左线盾构隧道管片17a长度共同决定，具体计算公式如下：
s＝max(L,e)
式中，L为左线盾构整机长度(m)；e为已安装盾构隧道管片长度(m)。
已安装盾构隧道管片长度e由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000113
式中，f为盾构机额定最大推力(kN)；μ为管片外摩擦系数；D为管片外径(m)；σ为作用与盾构隧道管片外侧平均土压力(kPa)；k0为土体静止侧压力系数(kPa)；γ为土体加权容重(kN/m3)；z为计算点深度(m)。
本实施例中，盾构机额定最大推力为81895kN；盾构隧道管片外摩擦系数μ＝0.3；盾构隧道管片外径D＝8.8m；土体静止侧压力系数k0＝0.62；土体加权容重γ＝19.6kN/m3；计算点深度z＝15m；则作用与管片外侧平均土压力σ＝182.28kPa；计算得到已安装盾构隧道管片长度e＝81.26m；则s＝110m。
S64，在左线负环管片11a拆除后，参照图3所示，将地面上的左线台车14a吊入至左线盾构始发井3与前续左线台车14a的尾部连接，进入正常掘进阶段。
S7：将左线反力架10a拆除后转移至右线盾构始发井4，同时进行右线始发导台12b施工，具体步骤与S4中的S42和S43相同。
S8：吊装右线盾体9b和右线台车14b，拼装右线负环管片11b，破除始发洞门，整机始发盾构机，具体为：
S81，参照图4所示，将6辆右线台车14b、右线连接桥13b、螺旋机、右线盾体9b、管片拼装机、管片运输机和刀盘依次吊下右线盾构始发井4中拼装，各部位下井后采用右线卷扬机16b进行牵引后撤。由于长度不足，需要将6辆右线台车14b中的后3辆右线台车14b放在反向出渣导洞1内，并将第3辆右线台车14b与第4辆右线台车14b通过右线延长管线15b连接，并更改出土口至第3辆右线台车14b上。
反向出渣导洞1内台车的数量p由以下公式确定：
Figure BDA0003026039910000121
式中，
Figure BDA0003026039910000122
为向上取整符号。
本实施例中，盾构机整机长度L＝110m；右线盾构始发井4、第二联络通道6b与第二后出渣运料口2b总长度a＝78m；单辆右线台车14b长度t＝12m；计算得到反向出渣导洞1内右线台车14b的数量p＝3。
S82，重复S6中的S61和S62，进行右线盾构机整机始发。
S83，盾构机掘进110m后连接第3和第4辆右线台车14b，恢复出土口至正常出土位置，随后继续掘进。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (11)

1.一种适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构，其特征在于，包括：
第一始发井，所述第一始发井是用于第一线盾构机吊运组装的工作井，并作为第一线施工过程中的出渣运料口；
第一联络通道，所述第一联络通道设置于所述第一始发井后侧并与其连通；所述第一联络通道沿纵向延伸，且所述第一联络通道与第一线的隧道同轴布设；所述第一联络通道用于固定第一线反力架，并为所述第一线反力架提供反力；
第一后出渣运料口，所述第一后出渣运料口设置于所述第一联络通道尾部，且所述第一后出渣运料口通过所述第一联络通道与所述第一始发井连通，所述第一后出渣运料口是用于第一线的始发阶段的出土及材料运输口；
第二始发井，所述第二始发井与所述第一始发井平行设置；所述第二始发井是用于第二线盾构机吊运组装的工作井；
第二联络通道，所述第二联络通道设置于所述第二始发井后侧并与其连通；所述第二联络通道沿纵向延伸；所述第二联络通道用于固定第二线反力架，并为所述第二线反力架提供反力；
第二后出渣运料口，所述第二后出渣运料口设置于所述第二联络通道尾部，且所述第二后出渣运料口通过所述第二联络通道与所述第二始发井连通，所述第二后出渣运料口是用于第二线施工的出土及材料运输口，并作为反向出渣导洞的工作面；
反向出渣导洞，所述反向出渣导洞设置于所述第二后出渣运料口的后侧；所述反向出渣导洞为第二线整机始发及运行提供足够长度轨道；
利用所述第一始发井、所述第一联络通道和所述第一后出渣运料口进行第一线盾构分体始发；利用所述第二始发井、所述第二联络通道、所述第二后出渣运料口及所述反向出渣导洞进行第二线盾构整机始发，能在盾构始发场地尺寸较小情况下实现双线盾构机始发和出渣运料。
2.根据权利要求1所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构，其特征在于，所述反向出渣导洞的长度H由以下公式确定：
H＝max(L-a+b,S-b)
式中，L为盾构机整机长度(m)；S为出渣运料列车编组长度(m)；a为第二始发井、第二联络通道与第二后出渣运料口的总长度(m)；b为第二后出渣运料口的长度(m)。
3.根据权利要求2所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构，其特征在于，所述列车编组由m台渣土车、电瓶车、浆液车、管片车及连接装置组成，其长度S为各部分长度的总和；其中，渣土车数量m由以下公式确定：
Figure FDA0003026039900000021
式中，
Figure FDA0003026039900000022
为向上取整符号；Q为单辆渣土车容积(m3)；V为盾构掘进一环的土方量(m3)；
所述盾构掘进一环的土方量V由以下公式确定：
Figure FDA0003026039900000023
式中，d为刀盘直径(m)；w为管片宽度(m)；λ为超挖系数；c为渣土松散系数平均值。
4.根据权利要求3所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构，其特征在于，所述第一始发井、所述第二始发井内均设有始发导台，所述始发导台为钢结构，所述始发导台用于盾构机始发时固定盾构机方位、承载盾构机自重以及调整盾构机中心线位置。
5.一种权利要求1-4任一项所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，包括：按照以下步骤执行：
S1：根据设计要求选定盾构第一始发井与第二始发井施工位置；
S2：在选定的第一始发井与第二始发井施工位置的四周施作维护结构和止水帷幕，再用明挖顺作法施作第一始发井、第一联络通道、第二始发井及第二联络通道；
S3：采用双管旋喷桩对盾构第一始发井与第二始发井前固定区域进行端头加固止水，确保盾构安全始发；
S4：进行反向出渣导洞施工，所述反向出渣导洞为用于第二线整机始发及出渣运料的隧道结构；同时进行第一线反力架吊装与始发导台施工；
S5：将第一线盾构机吊运至第一始发井下进行拼装；同时将配套台车的部分台车吊运至第一联络通道内并通过延长管线与地面上剩余台车连接；拼装负环管片；
S6：将第一线洞门破除后进行第一线盾构机分体始发，并将产生的渣土从第一后出渣运料口运出，待掘进距离满足要求后，拆除负环管片并将地面的剩余台车吊运至第一始发井与前续台车的尾部连接，连接后进行正常掘进；并将施工产生的渣土从第一始发井运出；
S7：将第一线反力架拆除后转移至第二始发井，同时进行第二线始发导台施工；
S8：将第二线盾构整机及配套台车吊运至第二始发井下，同时将部分台车置于反向出渣导洞内并通过延长管线与盾尾台车连接；待破除始发洞门后开始整机始发，待掘进距离满足要求后，将反向出渣导洞内的台车与盾尾台车连接，开始正常掘进，并将施工产生的渣土从第二后出渣运料口运出。
6.根据权利要求5所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S2：在选定的第一始发井与第二始发井施工位置的四周施作维护结构和止水帷幕，再用明挖顺作法施作第一始发井、第二始发井；其中，
所述维护结构由多根钻孔灌注桩并排连接而成，其中，所述钻孔灌注桩采用隔三打一的方法进行施工，即每隔三个桩位进行下一个桩的施工；
所述止水帷幕是由高压旋喷桩并排连接而成，其中，将高压旋喷桩按照流水号编号，钻机隔桩跳钻，即先钻单号桩后钻双号桩，旋喷桩施工前应进行不低于三根的成桩实验；
所述明挖顺作法是指先开挖至底部再由底部向上施作底板、侧墙及联络通道结构。
7.根据权利要求6所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S4：同时进行第一线反力架吊装与始发导台施工；其中，
将第一线盾构反力架吊至第一始发井，并将反力架安装于第一联络通道的结构体上，且反力架的中心线位置与隧道中心线一致，再将反力架的底座与预埋在第一始发井的底板钢板焊接；采用型钢对反力架进行横向固定，保证盾构推进时反力架横向稳定。
8.根据权利要求5所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S5：将第一线盾构机吊运至第一始发井下进行拼装；同时将配套台车的部分台车吊运至第一联络通道内并通过延长管线与地面上剩余台车连接；拼装负环管片，其中，
根据第一始发井、第一联络通道与第一后出渣运料口总长度a将n辆台车、连接桥、螺旋机、盾体、管片拼装机、管片运输机和刀盘依次吊下第一始发井并拼装；各装置下井后采用卷扬机进行牵引后撤，其中，
台车数量n由以下公式确定：
Figure FDA0003026039900000031
式中，
Figure FDA0003026039900000032
为向下取整符号；l为盾构机盾体与连接桥总长度(m)；t为单辆台车长度(m)；b为后出渣运料口的长度(m)。
9.根据权利要求5所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S5：拼装负环管片，具体指：在第一线盾构机千斤顶与反力架之间安装盾构管片，为盾构机始发提供反力；盾构管片采用标准环管片进行错缝拼装。
10.根据权利要求5所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S6：将第一线洞门破除后进行第一线盾构机分体始发，待掘进距离满足要求后，拆除负环管片并将地面的剩余台车吊运至第一始发井与前续台车的尾部连接，连接后进入正常掘进阶段；并将第一始发井作为出渣运料口，其中，
待掘进距离满足要求后，是指在盾构机第一次始发距离达到s后，所述盾构机第一次始发距离s是由盾构机整机长度和已安装管片长度共同决定，具体计算公式如下：
s＝max(L,e)
式中，L为盾构整机长度(m)；e为已安装管片长度(m)；
所述已安装管片长度e由以下公式确定：
Figure FDA0003026039900000041
式中，f为盾构机额定最大推力(kN)；μ为管片外摩擦系数；D为管片外径(m)；σ为作用与管片外侧平均土压力(kPa)；k0为土体静止侧压力系数；γ为土体加权容重(kN/m3)；z为计算点深度(m)。
11.根据权利要求5所述的适用于双线盾构始发和出渣运料的隧道结构的施工方法，其特征在于，S8：将第二线盾构整机及配套台车吊运至第二始发井下，同时将部分台车置于反向出渣导洞内并通过延长管线与盾尾台车连接，其中，
安装于反向出渣导洞内的部分台车的数量p由以下公式确定：
Figure FDA0003026039900000042
式中，
Figure FDA0003026039900000043
为向上取整符号；L为盾构整机长度(m)；a为第二始发井、第二联络通道与第二后出渣运料口的总长度(m)；t为单辆台车长度(m)。
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