西安地鐵施工盾構(gòu)選型分析.doc

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1、西安地鐵施工盾構(gòu)選型分析西安地鐵施工盾構(gòu)選型分析陳饋(中鐵隧道集團(tuán)有限公司,河南洛陽471009)針對(duì)西安市軌道交通二號(hào)線的地質(zhì)特征,即黃土的高粘性,濕陷性及砂性土的高磨耗性,高透水性,提出了相應(yīng)的盾構(gòu)選型結(jié)論及盾構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn).軌道交通;盾構(gòu);土壓平衡;輻條式刀盤[摘要][關(guān)鍵詞][中圖分類號(hào)]U455.3+9[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]1001-1366(2006)09-0034-03AnalysisonselectionofmetroconstructionshieldmachineinXianCHENKui盾構(gòu)是集機(jī),電,液,控于一體的地下隧道

2、工程機(jī)械,具有安全,快速,自動(dòng)化程度高,對(duì)環(huán)境影響小,實(shí)現(xiàn)工廠化作業(yè)的優(yōu)點(diǎn),在城市隧道施工中被大量采用.盾構(gòu)作為盾構(gòu)法施工的大型專用機(jī)械設(shè)備,其選型正確與否,無論是對(duì)于盾構(gòu)施工的技術(shù)水平,還是對(duì)于盾構(gòu)施工的成本和效益,均起著舉足輕重的關(guān)鍵作用.因此,應(yīng)高度重視盾構(gòu)的選型工作.1盾構(gòu)類型的選擇盾構(gòu)選型主要依據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì),區(qū)間隧道設(shè)計(jì)及施工條件,施工規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)類型,驅(qū)動(dòng)方式,功能要求,主要參數(shù),輔設(shè)配置等進(jìn)行研究,從安全性,可靠性,適用性,先進(jìn)性,經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮.西安市軌道交通二號(hào)線試驗(yàn)段工程張家堡站-尤家莊

3、站地處渭河二級(jí)階地,地形平坦開闊,擬采用盾構(gòu)法施工.盾構(gòu)區(qū)間左線長1450.75m,右線長1450.6m;隧道埋深13.6～21.6m.盾構(gòu)區(qū)間穿越的地層主要為黃土,古壤土,砂性土,盾構(gòu)在地下水位以下施工,且新黃土和砂性土滲透系數(shù)較大,因此不宜使用敞開的手掘式盾構(gòu)或半機(jī)械式盾構(gòu),宜使用密閉型的土壓平衡盾構(gòu)或泥水加壓平衡盾構(gòu).1.1盾構(gòu)類型與顆粒級(jí)配的關(guān)系盾構(gòu)類型與顆粒級(jí)配的關(guān)系詳見圖1.圖中右邊區(qū)域?yàn)檎惩?淤泥質(zhì)土區(qū),為土壓平衡盾構(gòu)適用的顆粒級(jí)配范圍;左邊區(qū)域?yàn)榈[石粗砂區(qū),為泥水盾構(gòu)適用的顆粒級(jí)配范圍;中間區(qū)域?yàn)榧?xì)砂區(qū)域,兩種盾構(gòu)都能適用.本工程穿越

4、地層主要為黃土,古壤土,砂性土,細(xì)顆粒含量多,碴土易形成不透水的流塑體,容易充滿土倉的每個(gè)部位,在土倉中可以建立壓力平衡開挖面土體,較適宜采用土壓平衡盾構(gòu).1.2盾構(gòu)類型與地層類別的關(guān)系土壓平衡盾構(gòu)主要適用于粉土,粉質(zhì)粘土,淤泥質(zhì)粉土,粉砂層等粘稠土壤的施工,在粘性土層中掘進(jìn)時(shí),由刀盤切削下來的土體進(jìn)入土倉后由螺旋機(jī)輸出,在螺旋機(jī)持土倉壓力穩(wěn)定,使開挖面土層處于穩(wěn)定.圖1盾構(gòu)類型與顆粒級(jí)配的關(guān)系內(nèi)形成壓力遞降,保泥水盾構(gòu)利用循環(huán)懸浮液的體積對(duì)泥漿壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,采用膨潤土懸浮液(俗稱泥漿)作為支護(hù)材料.開挖面的穩(wěn)定是將泥漿送入泥水室內(nèi),在開挖面上

5、用泥漿形成不透水的泥膜,通過該泥膜保持水壓力,以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力.開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面,通過泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離,分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整,再輸送到開挖面.從地質(zhì)條件來看,本工程可使用土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu).但泥水盾構(gòu)對(duì)粘土的分離較困難,施工成本高,因此本工程最適宜采用土壓平衡盾構(gòu)施工.1.3選型結(jié)論與土壓平衡盾構(gòu)相比,泥水盾構(gòu)的造價(jià)要高出20%～30%;且泥水盾構(gòu)需要長距離的送排泥泵,需在地面設(shè)置泥水分離站,導(dǎo)致能耗大幅度增加.同時(shí)粘性土分離困難,分離成本大,泥水盾構(gòu)在施工中需要有一套完備的泥水處理系統(tǒng)與之配套,施工場(chǎng)

6、地占地大,且易導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的污染.經(jīng)綜合對(duì)比分析,選用土壓平衡盾構(gòu)最適合西安的地質(zhì),能確保安全,優(yōu)質(zhì),高效,經(jīng)濟(jì)地完成區(qū)間隧道工程施工.2刀盤及驅(qū)動(dòng)的選擇2.1刀盤結(jié)構(gòu)形式的選擇刀盤有面板式和輻條式兩種,泥水盾構(gòu)一般采用面板式刀盤;土壓平衡盾構(gòu)根據(jù)土質(zhì)條件可采用面板式或輻條式.面板式刀盤的優(yōu)點(diǎn)是通過刀盤的開口限制進(jìn)入土倉的卵石粒徑,其缺點(diǎn)是由于受刀盤面板的影響,開挖面土壓≠測(cè)量土壓,因而土壓管理困難;由于受面板開口率的影響,碴土進(jìn)入土倉不順暢,易粘結(jié)和堵塞,且刀具負(fù)荷大,壽命短.在粘土層施工時(shí),則由于刀盤支承將土倉分隔成兩個(gè)區(qū)域,中心區(qū)域內(nèi)的土體流動(dòng)較

7、差,當(dāng)土體逐漸增多并最終形成泥餅時(shí),會(huì)完全喪失流動(dòng)性,造成出土不暢,阻力增大,開挖面壓力控制不穩(wěn)定,對(duì)控制地面沉降不利.輻條式刀盤(圖2)僅有幾根輻條,土,砂流動(dòng)順暢,有利于防止粘土附著,不易粘結(jié)和堵塞;由于沒有面板的阻擋,碴土從開挖面進(jìn)入土倉時(shí)沒有土壓力的衰減,開挖面土壓=測(cè)量土壓,因而能對(duì)土壓進(jìn)行有效的管理,能有地控制地面沉降;同時(shí)刀具負(fù)荷小,壽命長.在黃土,古壤土,砂性土等地層施工時(shí),宜選擇輻條式刀盤.2.2刀盤驅(qū)動(dòng)方式的選擇驅(qū)動(dòng)方式有三種,一是變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),二是液壓驅(qū)動(dòng),三是定速電機(jī)驅(qū)動(dòng).鑒于定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié),一般不采用.液壓驅(qū)動(dòng)

8、通過電機(jī)→液壓泵→液壓馬達(dá)進(jìn)行動(dòng)力傳送,其傳動(dòng)效率約在65%～70%,且液壓驅(qū)動(dòng)不僅效率低,而且噪聲大,功耗