北京地層地鐵盾構(gòu)選型.doc

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1、北京地層地鐵盾構(gòu)選型摘　要:對泥水盾構(gòu)與土壓盾構(gòu)的優(yōu)缺點進行了分析比較,根據(jù)北京地區(qū)的地質(zhì)特點指出了適合北京各種地層的盾構(gòu)類型及盾構(gòu)選型的注意事項,以促進北京的地鐵建設(shè)。關(guān)鍵詞:地鐵,盾構(gòu),選型,地層1概述近年來,北京地鐵建設(shè)異軍突起。由于大部分地鐵線路都要求在2008年奧運會舉行前通車,使得北京地鐵的施工方法由以前的明挖法、淺埋暗挖法向盾構(gòu)法轉(zhuǎn)變。盾構(gòu)工法屬暗挖法,其主要優(yōu)點有:對環(huán)境影響小、地表占地面積少,施工進度快、安全性高,適用地層范圍寬等。根據(jù)工程需求(隧道尺寸、長度、覆蓋土厚度、地層狀況、環(huán)境條件需求等)選定盾構(gòu)機類型(具體構(gòu)造、穩(wěn)定掘削面的方式、施工方式

2、等等)的工作,簡稱盾構(gòu)選型[1]。地鐵隧道施工前要根據(jù)本地區(qū)地層的具體特點選擇相應(yīng)的盾構(gòu)類型,使之在施工中能絕對保證掘削面穩(wěn)定,確保施工進度與施工安全。2泥水盾構(gòu)與土壓盾構(gòu)的優(yōu)缺點比較[2]2.1泥水盾構(gòu)的優(yōu)缺點2.1.1泥水盾構(gòu)的優(yōu)點1)對地層的擾動小、沉降小。由于泥水盾構(gòu)利用泥水壓對抗掘削地層的地下水壓、土壓,同時泥水滲入地層形成不透水泥膜,所以掘削土體對地層的擾動小,故地表沉降小。另需要化學(xué)注漿加固的部位的注入量小,故利于成本降低及減少環(huán)境污染。2)適于高地下水壓,江底、河底、海底隧道施工。上述場合下,泥水盾構(gòu)可選用面板型刀盤,所以增加了掘削的穩(wěn)定性,加上泥水壓

3、對抗地下水壓的作用,故掘削面的穩(wěn)定性最可靠。3)適于大直徑化。由于泥水滲入地層的浸泡作用,致使掘削地層不同程度有些松軟,故盾構(gòu)的刀盤掘削扭矩小,所以同樣扭矩驅(qū)動設(shè)備的情況下,泥水盾構(gòu)的直徑可以做得大。目前最大直徑的盾構(gòu)(直徑為14m~15m)均為泥水盾構(gòu),已有直徑14.18m的泥水盾構(gòu)通過市中心的施工實例問世。4)適于高速化施工。除組裝管片期間停止掘進外,其他工序均可連續(xù)施工。5)適用土質(zhì)范圍寬。適用的土質(zhì)范圍為軟粘土層、滯水細砂層、砂礫層、漂礫層、固結(jié)淤泥層及含甲烷氣體的特殊地層等等。最適于在洪積層砂性土中掘進。6)掘進中盾構(gòu)機體的擺動小。由于泥水的浸泡作用,地層對

4、刀盤的掘削阻力小,故盾構(gòu)機的水平、豎直擺動小。2.1.2泥水盾構(gòu)的缺點31)成本高。由于設(shè)置泥水管理系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng),致使工序、設(shè)備復(fù)雜,成本高。2)排土效率低。由于通過泥水運出掘削土砂,故出土效率不高。3)地表施工占地面積大并影響交通、市容。由于泥水配制系統(tǒng)、泥水處理(3次處理)系統(tǒng)的存在,致使地表占地面積大增。有時受施工現(xiàn)場條件限制,無法滿足該占地需求。征地費用大,影響交通、市容。4)不適于在硬粘土層中掘進。在粘度大的硬粘土層中掘進時,易出現(xiàn)粘土粘附面板、槽口及出土管道,致使刀盤空轉(zhuǎn)、槽口及出土管道堵塞,導(dǎo)致地層隆起、沉降。5)不適于在松散卵石層中掘進。對松散的

5、卵石層(孔隙率大、孔隙有效直徑大)而言,因無法形成泥膜,泥水損失量大,致使泥水壓低且不穩(wěn)定,即掘削面不穩(wěn)定。2.2土壓盾構(gòu)的優(yōu)缺點2.2.1土壓盾構(gòu)的優(yōu)點1)成本低。因土壓盾構(gòu)工法無需象泥水盾構(gòu)那樣的泥水處理系統(tǒng),故設(shè)備少、現(xiàn)場占地面積小、成本低。2)出土效率高。因排出的是泥土,故排土效率比泥水盾構(gòu)工法高。3)適用地層范圍寬。目前土壓盾構(gòu)工法幾乎對所有地層均可適用。特別是大礫石、含礫率高、高水壓的地層幾乎其他盾構(gòu)均失效,惟有硅溶膠等泥土盾構(gòu)可以勝任。2.2.2土壓盾構(gòu)的缺點1)掘削扭矩大。因添加材的相對密度大(1.4~1.6),故對掘削地層的浸滲作用小,所以掘削摩阻力

6、大,即掘削扭矩大,致使盾構(gòu)機的裝備扭矩大、功耗大。2)地層沉降大。與泥水盾構(gòu)工法相比,土壓盾構(gòu)工法對周圍地層的擾動大,故地層隆起、沉降均較泥水盾構(gòu)略大。不過近年來隨著監(jiān)測技術(shù)的進步,沉降量控制在幾毫米的工程實例也有報道。3)直徑不能過大。由于前兩個缺點的原因,致使土壓盾構(gòu)的直徑目前最大僅為11m。3北京地層盾構(gòu)選型選擇盾構(gòu)機時,必須綜合考慮下列因素:1)滿足設(shè)計要求;2)安全可靠;3)造價低;4)工期短;5)對環(huán)境影響小。盾構(gòu)機機型正確與否是盾構(gòu)隧道工程施工成敗的關(guān)鍵。盾構(gòu)選型必須嚴(yán)守以下幾項原則:1)選用與工程地質(zhì)匹配的盾構(gòu)機型,確保施工絕對安全。2)可以輔以合理的

7、輔助工法。3)盾構(gòu)的性能應(yīng)能滿足工程推進的施工長度和線形的要求。4)選定的盾構(gòu)機的掘進能力可與后續(xù)設(shè)備、始發(fā)基地等施工設(shè)備匹配。5)選擇對周圍環(huán)境影響小的機型。以上原則中以能絕對保證掘削面穩(wěn)定、確保施工安全的機型為最重要。為了選擇合適的盾構(gòu)機型,除應(yīng)對土質(zhì)條件、地下水條件進行勘查外,還應(yīng)對占地環(huán)境作充分的勘察。下面針對北京地區(qū)的具體地層進行盾構(gòu)機選型分析。3.1第四紀(jì)洪沖積粘土地層因粘土的N值較大,含水率低、掘削面能夠自立。此外,因抗剪力大,變形小,故無需擋土隔板?？蛇x以下的機型:1)全敞式盾構(gòu)機。在掘削面可以長時間自立的情況下,宜采用手式盾構(gòu)、半機