盾構(gòu)機(jī)選型標(biāo)準(zhǔn)Word版

1、1、盾構(gòu)機(jī)選型依據(jù)地鐵 區(qū)間， 線路總長(zhǎng)： 隧道埋深913米。隧道洞身大部分處于殘積層中，局部地段穿越花崗巖、輝綠巖全、強(qiáng)風(fēng)化帶或斷層破碎帶，結(jié)構(gòu)松散，易軟化、變形，產(chǎn)生坍塌?；◢弾r層面起伏大，存在差異風(fēng)化現(xiàn)象。地下水按賦存條件分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，砂層中具承壓性。主要補(bǔ)給來源為大氣降水。地下水埋深5.28.4米。盾構(gòu)隧道內(nèi)徑：5400mm，管片厚度：300mm，隧道外徑：6000mm。標(biāo)準(zhǔn)管片寬度：1200mm，分塊數(shù)：6塊。本盾構(gòu)隧道區(qū)間采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)由 站西端下井始發(fā)，推進(jìn)至站東站起吊出井。隧道地質(zhì)情況、工程要求、環(huán)境保護(hù)要求、經(jīng)濟(jì)比較、地面施工場(chǎng)地大小等因素是盾構(gòu)選型

2、的基本依據(jù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)與實(shí)例，我們認(rèn)為，盾構(gòu)機(jī)的選型必須滿足以下幾個(gè)要求：必須確保開挖空間的安全和穩(wěn)定支護(hù)；保證隧道土體開挖順利；保證永久隧道襯砌的安裝質(zhì)量；保證隧道開挖碴土的清除；確保盾構(gòu)機(jī)械的作業(yè)可靠性和作業(yè)效率；保證地面沉降量在要求范圍內(nèi)；滿足施工場(chǎng)地及環(huán)保要求。2、不同開挖模式的工作原理2.1 盾構(gòu)機(jī)的型式與工作特點(diǎn)目前世界上流行的盾構(gòu)機(jī)按開挖模式主要可以分為兩大類：敞開式與密閉式。敞開式指盾構(gòu)機(jī)的開挖面與機(jī)內(nèi)的工作室間無隔板或隔板的某處設(shè)置可調(diào)節(jié)開口面積的出土口。開挖面基本依靠開挖土體的自立保持穩(wěn)定。敞開式適用于地層條件簡(jiǎn)單、自立性好且無地下水的地層。密閉式盾構(gòu)機(jī)是在盾構(gòu)

3、機(jī)的開挖面與機(jī)內(nèi)的工作室間設(shè)置隔板，刀盤旋轉(zhuǎn)將開挖下來的碴土送入開挖面和隔板間的刀盤腔內(nèi)，由泥水壓力或土壓或氣壓提供足以使開挖面保持穩(wěn)定的壓力。密閉式盾構(gòu)機(jī)適用于地層變化復(fù)雜、自立條件較差、地下水較豐富的地層，因?yàn)椴捎妹荛]式掘進(jìn)可以有效地保證開挖面的自立與穩(wěn)定，保證施工安全。密閉式盾構(gòu)機(jī)主要分為泥水平衡式、土壓平衡式兩類，代表了不同的出土方式和不同工作面土體平衡方式的特點(diǎn)，但適用地質(zhì)與范圍有一定的區(qū)別。泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)是在盾構(gòu)機(jī)的前部設(shè)置隔板，裝備刀盤面板、輸送泥漿的送排泥管和推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)的盾構(gòu)千斤頂。在地面上還配有分離排出泥漿的泥漿處理設(shè)備。開挖面的穩(wěn)定是將泥漿送入泥漿室內(nèi)，在開挖面上用泥漿形

4、成不透水的泥膜，通過該泥膜保持水壓力，以對(duì)抗作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的碴土以泥漿形式輸送到地面，通過處理設(shè)備離析為土粒和泥水，分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整，再輸送到開挖面。泥漿處理設(shè)備設(shè)在地面，需占用較大的施工場(chǎng)地。另外泥水式盾構(gòu)機(jī)及其配套系統(tǒng)價(jià)格較高。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是在盾構(gòu)機(jī)的前部設(shè)置隔板，隔板與刀盤之間形成一個(gè)用于土壓平衡、碴土攪拌、碴土排出的碴土倉(cāng)。裝配有各種刀具的刀盤不斷旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下來的碴土通過刀盤進(jìn)料槽進(jìn)入碴土倉(cāng)。碴土倉(cāng)內(nèi)和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿開挖碴土，依靠盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏o土倉(cāng)內(nèi)的開挖土砂加壓，使碴土倉(cāng)的土壓作用于刀盤開挖面以使其穩(wěn)定。土壓式盾構(gòu)機(jī)占用場(chǎng)地較小

5、，價(jià)格較低。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)又可分為純土壓平衡式與加泥型土壓平衡式。純土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)單純依靠開挖下來的碴土壓力穩(wěn)定開挖面。這種盾構(gòu)機(jī)較適用于開挖含砂量小的塑性流動(dòng)性軟粘土。加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)裝備有注入添加材料促進(jìn)開挖砂土塑性流動(dòng)的機(jī)構(gòu)。對(duì)于含砂量、含水量較大的土層，盾構(gòu)機(jī)的加泥裝置可以根據(jù)土質(zhì)，選用泡沫、膨潤(rùn)土、高吸水樹脂等添加材料，將其注入開挖面和泥土倉(cāng)。通過攪拌機(jī)構(gòu)將添加材料與開挖下來的碴土強(qiáng)力攪拌，將開挖碴土變成具有可塑性、流動(dòng)性、防滲性的泥土，這種泥土充滿土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)。當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)壓力小于開挖面壓力時(shí)，開挖面碴土繼續(xù)進(jìn)入土倉(cāng)，土倉(cāng)內(nèi)土壓升高；當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)壓力與開挖面壓力相平衡時(shí)，碴土

6、停止流動(dòng)，開挖面即穩(wěn)定下來。在某些地質(zhì)條件下，加泥型土壓平衡盾構(gòu)還可以在半土壓平衡/壓氣模式下工作，通過向開挖面與隔板間壓注壓縮空氣來對(duì)沒有碴土的空間提供支撐力，以防止盾構(gòu)上方土體產(chǎn)生塌方；當(dāng)土壤穩(wěn)定性較好，盾構(gòu)施工不需要帶壓出土?xí)r，土壓平衡盾構(gòu)還可以在土倉(cāng)無壓力條件下工作，此時(shí)，不需要對(duì)開挖土料進(jìn)行改良；當(dāng)線路中存在高水壓、大水量地層時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的出土系統(tǒng)還可改為由柱塞泵輸送開挖下來的碴土，以避免螺旋輸送機(jī)的噴涌和開挖面上方的坍方。這種盾構(gòu)機(jī)適用土質(zhì)范圍廣泛，占地面積較小，價(jià)格適中。2.2 土壓平衡盾構(gòu)的基本工作原理盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)切削刀盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開啟盾構(gòu)液壓油缸（千斤頂），將盾構(gòu)向

7、前推進(jìn)。切削下來的碴土進(jìn)入泥土倉(cāng)。隨著油缸的向前推進(jìn)、刀盤的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，碴土充滿泥土倉(cāng)。根據(jù)地質(zhì)情況決定是否注入添加材料來改善碴土流動(dòng)性。然后開動(dòng)螺旋輸送機(jī)，將切削下來的碴土排送至運(yùn)輸皮帶上，通過輸送皮帶將碴土輸送至運(yùn)土軌道車上，通過豎井由龍門吊將土箱吊至地面棄土。土壓平衡當(dāng)泥土倉(cāng)與螺旋輸送機(jī)中的碴土積累到一定數(shù)量時(shí)，開挖面被切下的碴土經(jīng)刀槽進(jìn)入泥土倉(cāng)的阻力增大，當(dāng)這個(gè)阻力足以抵抗土層的土壓力和地下水的水壓力時(shí)，開挖面就能保持相對(duì)穩(wěn)定而不致坍塌。這時(shí)只要保持從泥土倉(cāng)中輸送出去的碴土量與切削下來的流入泥土倉(cāng)中的碴土量相平衡，開挖工作就能順利進(jìn)行。排土量與排土速度的控制，關(guān)系到開挖面的穩(wěn)定。土壓平衡

8、盾構(gòu)就是通過土壓管理來保持土壓力或碴土量的相對(duì)平衡與穩(wěn)定來進(jìn)行工作的。碴土倉(cāng)土壓力調(diào)節(jié)方法開挖面土壓力與土倉(cāng)內(nèi)壓力的相對(duì)平衡用三種方式來調(diào)節(jié)，一是推進(jìn)油缸速度不變，改變螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和排土閘門的開口度；二是改變推進(jìn)油缸速度，螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和排土閘門的開口度不變；三是兩個(gè)同時(shí)適當(dāng)調(diào)整。通過第一種方法，即通過控制螺旋輸送機(jī)排土閘門的開口度和螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來控制土壓平衡比較簡(jiǎn)便，是有效控制土壓最主要的方法。3、盾構(gòu)機(jī)選用3.1具體選型本標(biāo)段地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須選用密閉式盾構(gòu)機(jī)，即在泥水平衡盾構(gòu)與土壓平衡盾構(gòu)之間選擇。由于泥水平衡盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高、泥水處理成本高、廢棄泥漿中粘土等細(xì)顆粒不易

9、分離容易造成環(huán)境污染等原因，如果土壓平衡盾構(gòu)機(jī)與泥水平衡盾構(gòu)機(jī)均能安全快速完成隧道掘進(jìn)，一般會(huì)選用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。3.1.1從地質(zhì)情況分析本標(biāo)段隧道洞身大部分處于礫質(zhì)粘土與砂質(zhì)粘土中，局部地段穿越花崗巖、輝綠巖全、強(qiáng)風(fēng)化帶或斷層破碎帶，可能會(huì)遇到單軸極限抗壓強(qiáng)度為 Mpa的花崗巖。隧道洞身地層含水量較小，且地表無大的水系。以上地質(zhì)情況完全符合復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的使用條件。3.1.2從實(shí)際施工分析土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)通過上述地層時(shí)，可能發(fā)生的事故為：噴涌，坍方與刀盤粘結(jié)泥餅。噴涌產(chǎn)生于高水壓、高滲透性地層，表現(xiàn)為開挖面高壓水從螺旋輸送機(jī)出土閘門口噴出，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)開挖面壓力不穩(wěn)，土倉(cāng)內(nèi)碴土無法順

10、利排出。坍方產(chǎn)生于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在上下硬度差別較大的地層中推進(jìn)時(shí)，隧道地層下方巖體由于切削速度小，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)緩慢，而開挖面上方砂土隨刀盤旋轉(zhuǎn)大量進(jìn)入土倉(cāng)，導(dǎo)致開挖面上方土體坍塌，地面發(fā)生較大沉降；也會(huì)由于盾構(gòu)機(jī)在砂層中發(fā)生噴涌時(shí)，隧道上方砂土隨高壓水大量由螺旋輸送機(jī)排出，從而導(dǎo)致開挖面上方土體坍塌。刀盤粘結(jié)泥餅表現(xiàn)為大量粘土在開挖面土壓及土倉(cāng)壓力作用下，以刀盤中心刀為圓心，粘結(jié)在刀盤的內(nèi)外表面，導(dǎo)致刀盤空轉(zhuǎn)，刀具無法切割土體，開挖面碴土難以進(jìn)入土倉(cāng)排出，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度變慢?？v觀整條線路，大部分地層洞頂部位砂層較少，對(duì)于個(gè)別洞頂含砂層地段，我們可以向開挖面注入泡沫及膨潤(rùn)土以改良土質(zhì)，并嚴(yán)格控制每

11、環(huán)出土量，因此可以避免發(fā)生由于地層軟硬不均導(dǎo)致的坍方。對(duì)于含粘土較多地段，盾構(gòu)機(jī)由于刀盤內(nèi)部設(shè)置了碴土攪拌棒，另外通過加注泡沫及其它潤(rùn)滑添加劑以減小碴土間粘性，從而可以避免產(chǎn)生泥餅現(xiàn)象。盾構(gòu)穿越地層中基本不存在大水量、高水壓地段，對(duì)于部分含水量可能較多地段，我們可以通過添加輔助材料減小碴土中所含水份，因此不會(huì)發(fā)生噴涌。3.1.3選型結(jié)論復(fù)合式加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：盾體與密封隔板組成了封閉式結(jié)構(gòu)，保證了開挖空間的安全；刀盤、前盾體與密封隔板組成了碴土倉(cāng)，碴土倉(cāng)內(nèi)泥土保持一定壓力以支撐開挖面，避免開挖面坍塌；盾構(gòu)機(jī)刀盤為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，配備多種刀具，軟土刀具與硬巖刀具可以方便互換，在盾構(gòu)機(jī)后配套系統(tǒng)強(qiáng)大功率配合下，在軟土或硬巖中均可快速掘進(jìn)，以保證本標(biāo)段隧道土體順利開挖。隧道襯砌采取拼裝預(yù)制混凝土管片的方式，盾構(gòu)機(jī)設(shè)有管片拼裝機(jī)來精確拼裝管片，這種方式保證了永久隧道襯砌的安裝質(zhì)量。盾構(gòu)機(jī)配備了螺旋輸送機(jī)及皮帶輸送機(jī)，用于碴土倉(cāng)內(nèi)開挖碴土的輸出，同時(shí)盾構(gòu)機(jī)配備了碴土改良劑添加裝置，可以向土倉(cāng)及開挖面內(nèi)加注各種添加劑，以改良土質(zhì)，保證隧道開挖碴土的清除。結(jié)構(gòu)比泥水平衡盾構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，盾構(gòu)機(jī)械本身及施工均易于管理，制造、管理成本相對(duì)較低，機(jī)械可靠性與作業(yè)效率較高；盾構(gòu)機(jī)配備同步注漿裝置，同時(shí)針對(duì)特殊地段進(jìn)行二次補(bǔ)