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1、富水砂礫石地層地鐵區(qū)間隧道盾構機選型分析【摘要】成都地鐵一號線一期工程盾構區(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，因此盾構機型式的確定是很關鍵的。盾構機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、造價等多種因素的制約，本文綜合各種因素對盾構機的選型進行了分析，提出了一些針對成都地鐵一號線盾構機選型的建議供參考?！娟P健詞】盾構隧道盾構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)條件成都地鐵一號線一期工程北起紅花堰，南至規(guī)劃的世紀廣場，線路總長15.15km。其中紅花堰站到桐梓林站之間的區(qū)
2、間隧道擬采用盾構法施工，總長約為10.6km。據(jù)目前的地質(zhì)勘察資料，盾構通過區(qū)間基本位于Q3層，該Q3卵石士層為中密到密實，稍濕到飽和，直徑大于5cm的礫石含量一般都在50%以上，可能還隨機分布直徑大于20cm的礫石層甚至膠結礫石層，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)特點及難點成都地鐵將要穿越的地層的地質(zhì)條件十分復雜和
3、困難，采用盾構法施工，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，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，因此盾構機的選擇很關鍵。2盾構機的適應性分析參考國內(nèi)外在類似含砂礫地層施工的工程實例，成都地鐵一號線一期工程將著重考慮敞開式盾構機、加泥式土壓平衡盾構機和泥水平衡式盾構機這三種盾構設備的適應性及其特殊設計制造的可能性。下面分別闡述三種盾構機如何適應成都的特殊情況。2.1敞開式盾構機的適應性敞開式盾構機的特點是掘削面呈敞露狀態(tài)，故挖掘狀態(tài)是干挖態(tài)，所以出土效率高。這
4、種形式的盾構可根據(jù)其機械化程度的差異，分為人工式、半機械式、機械式三種。全敞開式盾構機用于掘削面自穩(wěn)性好的地層(如:洪積層壓實砂、砂礫、固結粉砂及黏土)。對自穩(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。敞開式盾構在成都地層掘進的前提是需沿線大范圍的地面降水，同時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)，采用預注漿和超前管棚等輔助施工措施是必要的。敞開式盾構機在成都地層中使用的優(yōu)點是:①對盾構設備的要求較低，可實現(xiàn)國產(chǎn)化;②可形成多種斷面形式
5、，如矩形、馬蹄形等;③漂石、砂卵石等對開挖的制約小。但敞開式盾構機在成都地層中使用也有許多不利因素，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①需要采取強有力的輔助施工措施進行超前地層加固，否則，掌子面土體難以實現(xiàn)自穩(wěn)，會誘發(fā)嚴重的安全事故。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，而以目前的工程實例來看，在成都地層中實施預注漿和超前管棚這些輔助措施的效果并不好;②對地下水生態(tài)環(huán)境會造成嚴重破壞。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)境將受到嚴重的不利影響，甚至會導致
6、地面綠化帶的枯死。同時，當注入有機漿液加固地層時，會使地下水受到污染(如1974年日本福崗曾發(fā)生注漿污染地下水事件);③雖然敞開式盾構機的設備費用和人工開挖費用較低，但加上其輔助加固費用，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，施工進度緩慢，容易延誤工期，會影響整個工程的進度。同時若采用了壓氣的輔助工法，則當壓氣氣壓>0.15ψPa時，操作人員會患高壓病，直接威脅人體健康;⑤成都地鐵一號線將穿過小沙河、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，在成都地區(qū)采用敞開式盾構
7、機進行施工需要慎重考慮。2.2加泥式土壓平衡盾構機的適應性土壓平衡式盾構屬于閉胸式盾構，盾構掘進時其前端刀盤旋轉切削土體，切削下來的土體涌入土艙，當切削土體充滿土艙時，由于盾構的推進作用，致使切削土體對切削面加壓，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、細石成分少的砂礫石地層，若采用土壓式平衡盾構機，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，需混入提高流塑性和抗?jié)B性的添加材
8、，即要采用加泥式土壓平衡盾構機。對于加泥式土壓平衡盾構機，在成都地層中能順利掘進需要解決的幾個關鍵問題是: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的密封性能。首先對于刀盤，考慮到要在砂礫石層中要長距離掘進，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比
