富水砂礫石地層地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)機(jī)選型分析.doc

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1、富水砂礫石地層地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)機(jī)選型分析【摘要】成都地鐵一號(hào)線一期工程盾構(gòu)區(qū)間隧道將基本在局部含大漂石的砂礫地層通過，且地下水位高，因此盾構(gòu)機(jī)型式的確定是很關(guān)鍵的。盾構(gòu)機(jī)選型受沿線工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件、工期要求、造價(jià)等多種因素的制約，本文綜合各種因素對(duì)盾構(gòu)機(jī)的選型進(jìn)行了分析，提出了一些針對(duì)成都地鐵一號(hào)線盾構(gòu)機(jī)選型的建議供參考。【關(guān)健詞】盾構(gòu)隧道盾構(gòu)選型地鐵大漂石砂礫石1工程背景1.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件成都地鐵一號(hào)線一期工程北起紅花堰，南至規(guī)劃的世紀(jì)廣場，線路總長15.15km。其中紅花堰站到桐梓林站之間

2、的區(qū)間隧道擬采用盾構(gòu)法施工，總長約為10.6km。據(jù)目前的地質(zhì)勘察資料，盾構(gòu)通過區(qū)間基本位于Q3層，該Q3卵石士層為中密到密實(shí)，稍濕到飽和，直徑大于5cm的礫石含量一般都在50%以上，可能還隨機(jī)分布直徑大于20cm的礫石層甚至膠結(jié)礫石層，部分區(qū)段還夾砂土透鏡體，土中第四系孔隙潛水較發(fā)育，滲透系數(shù)K=10~20m/d。地下水位均在盾構(gòu)上方，北段水位埋深大致為4.5~6.8m，南段水位埋深大致為7.0~10.0m[1]。在成都天府廣場挖掘的含礫地層如圖1所示[5]。1.2工程地質(zhì)特點(diǎn)及難點(diǎn)成都地鐵將要穿越的地層的地質(zhì)條件十

3、分復(fù)雜和困難，采用盾構(gòu)法施工，面臨的困難是地下水位高、大礫石和漂石的處理以及長距離在砂礫石地層中掘進(jìn)，怎樣綜合處理好上述三種因素，國內(nèi)尚無先例，在國外也無完全成熟的經(jīng)驗(yàn)，因此盾構(gòu)機(jī)的選擇很關(guān)鍵。2盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性分析參考國內(nèi)外在類似含砂礫地層施工的工程實(shí)例，成都地鐵一號(hào)線一期工程將著重考慮敞開式盾構(gòu)機(jī)、加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)這三種盾構(gòu)設(shè)備的適應(yīng)性及其特殊設(shè)計(jì)制造的可能性。下面分別闡述三種盾構(gòu)機(jī)如何適應(yīng)成都的特殊情況。2.1敞開式盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性敞開式盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)是掘削面呈敞露狀態(tài)，故挖掘狀態(tài)是干挖態(tài)，所以出

4、土效率高。這種形式的盾構(gòu)可根據(jù)其機(jī)械化程度的差異，分為人工式、半機(jī)械式、機(jī)械式三種。全敞開式盾構(gòu)機(jī)用于掘削面自穩(wěn)性好的地層(如:洪積層壓實(shí)砂、砂礫、固結(jié)粉砂及黏土)。對(duì)自穩(wěn)性差的地層(如:沖積層中的砂層、粉砂層及黏土層)而言，應(yīng)輔以壓氣、降水、注漿加固等措施，以便確保掘削面的穩(wěn)定。敞開式盾構(gòu)在成都地層掘進(jìn)的前提是需沿線大范圍的地面降水，同時(shí)為了保障施工沿線上方建筑的安全，以及防止開挖掌子面的失穩(wěn)，采用預(yù)注漿和超前管棚等輔助施工措施是必要的。4敞開式盾構(gòu)機(jī)在成都地層中使用的優(yōu)點(diǎn)是:①對(duì)盾構(gòu)設(shè)備的要求較低，可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化;②

5、可形成多種斷面形式，如矩形、馬蹄形等;③漂石、砂卵石等對(duì)開挖的制約小。但敞開式盾構(gòu)機(jī)在成都地層中使用也有許多不利因素，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①需要采取強(qiáng)有力的輔助施工措施進(jìn)行超前地層加固，否則，掌子面土體難以實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)，會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故。雖然成都地層在降水情況下地表的下沉量較小，但是地面高樓林立，防范措施必不可少，而以目前的工程實(shí)例來看，在成都地層中實(shí)施預(yù)注漿和超前管棚這些輔助措施的效果并不好;②對(duì)地下水生態(tài)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重破壞。由于需要沿線大范圍地面降水，這將在施工地段周圍產(chǎn)生很大的降水漏斗，周圍的水環(huán)境將受到嚴(yán)重

6、的不利影響，甚至?xí)?dǎo)致地面綠化帶的枯死。同時(shí)，當(dāng)注入有機(jī)漿液加固地層時(shí)，會(huì)使地下水受到污染(如1974年日本福崗曾發(fā)生注漿污染地下水事件);③雖然敞開式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備費(fèi)用和人工開挖費(fèi)用較低，但加上其輔助加固費(fèi)用，成本不一定得到降低;④為了節(jié)約成本，如果采取人工開挖，施工進(jìn)度緩慢，容易延誤工期，會(huì)影響整個(gè)工程的進(jìn)度。同時(shí)若采用了壓氣的輔助工法，則當(dāng)壓氣氣壓>0.15ψPa時(shí)，操作人員會(huì)患高壓病，直接威脅人體健康;⑤成都地鐵一號(hào)線將穿過小沙河、府河及南河三條河流的下方，這些地方怎樣降水通過是一難題。綜合上述各種利弊因素

7、，在成都地區(qū)采用敞開式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工需要慎重考慮。2.2加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性土壓平衡式盾構(gòu)屬于閉胸式盾構(gòu)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)其前端刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下來的土體涌入土艙，當(dāng)切削土體充滿土艙時(shí)，由于盾構(gòu)的推進(jìn)作用，致使切削土體對(duì)切削面加壓，從而保持穩(wěn)定。在加壓壓力與切削地層的泥水壓相等后，若能維持螺旋出土器的出土量與刀盤的切土量相等，則達(dá)到了平衡狀態(tài)，即掘削面穩(wěn)定。如前所述，成都是砂卵石極多、細(xì)石成分少的砂礫石地層，若采用土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)，由于砂礫土的塑流性和抗?jié)B性差，將使得排土難以順暢從而無法滿足掘削面穩(wěn)定的要求，需

8、混入提高流塑性和抗?jié)B性的添加材，即要采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。對(duì)于加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，在成都地層中能順利掘進(jìn)需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題是:刀盤、刀具的耐磨性;如何破碎大粒徑漂石;如何防止噴涌以及盾構(gòu)的密封性能。首先對(duì)于刀盤，考慮到要在砂礫石層中要長距離掘進(jìn)，又要能順利排除大礫石，采用高耐磨柱狀輻條式刀盤或小幅面板+輻條式的組合刀盤是