不同地質(zhì)條件下的盾構(gòu)選型培訓(xùn)

2010年咸陽盾構(gòu)TBM培訓(xùn)講座不同地質(zhì)條件下的盾構(gòu)選型陳饋二Ｏ一O年三月十八日盾構(gòu)的“類型”盾構(gòu)的“機(jī)型”盾構(gòu)的“模式”盾構(gòu)的“型式”盾構(gòu)選型的原則盾構(gòu)選型的依據(jù)盾構(gòu)選型的步驟盾構(gòu)選型的方法盾構(gòu)選型時必須考慮的特殊因素盾構(gòu)選型實(shí)例講座提綱引言盾構(gòu)法是建造地下隧道最先進(jìn)的施工方法之一，自從1825年布魯諾爾在英國泰晤士河下首次使用手掘敞開式矩形盾構(gòu)技術(shù)開挖出第一條隧道以來，盾構(gòu)技術(shù)經(jīng)歷了180多年的應(yīng)用與發(fā)展，已使盾構(gòu)法能夠適用于任何水文地質(zhì)條件下的施工，無論是松軟的，堅(jiān)硬的，有地下水的，無地下水的，地下暗挖隧道工程都可用盾構(gòu)法。布魯諾爾發(fā)明的世界上第一臺盾構(gòu)僅掘進(jìn)458m長的隧道就歷時18年(1825-1843)，施工中經(jīng)歷了5次特大洪水，犧牲了6條生命。目前，盾構(gòu)法隧道的施工技術(shù)在世界許多國家不斷得到發(fā)展，但在推廣與應(yīng)用上出現(xiàn)了一些施工事故，這些事故的發(fā)生，80%以上是因盾構(gòu)的選型失誤所引起，不僅影響了整個工程的工期，還造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和不必要的人員傷亡。盾構(gòu)是根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等具體特征來“度身定做”非標(biāo)特種設(shè)備，不同于常規(guī)設(shè)備，其核心技術(shù)不僅僅是設(shè)備本身的機(jī)電工業(yè)設(shè)計(jì)，還在于設(shè)備如何適用于各類工程地質(zhì)。盾構(gòu)施工的成功率，主要取決于盾構(gòu)的選型，決定于盾構(gòu)是否適應(yīng)現(xiàn)場的施工環(huán)境，盾構(gòu)的選型正確與否決定著盾構(gòu)施工的成敗。廣州地鐵一號線

對風(fēng)化巖石地層施工的不適應(yīng)性，如在此地層段掘進(jìn)速度低、刀具磨耗嚴(yán)重、地表沉降大、出現(xiàn)泥餅現(xiàn)象等等，甚至還導(dǎo)致三棟3～4層樓房。廣州地鐵二號線由于盾構(gòu)刀具配置不合理，刀具凸出刀盤面板層次不協(xié)調(diào)，裝備扭矩不足，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)速度慢，刀盤經(jīng)常形成泥餅等廣州地鐵三號線施工時,在上軟下硬地層掘進(jìn)異常困難，導(dǎo)致地表房屋大量損壞，最大開裂縫寬達(dá)12cm。防洪堤坍塌房屋開裂地表下沉廣州地鐵四號線小新區(qū)間左線施工時，由于刀盤與地層適應(yīng)性不好，盾構(gòu)在江底施工時，刀盤刀具磨損嚴(yán)重，最后不得已采用在右線相同位置開挖橫通道，到左線刀盤部位進(jìn)行刀盤面板修復(fù)。500m的過江段施工，即帶壓換刀12次，月均進(jìn)度僅72.3m開挖橫通道修復(fù)刀盤刀盤磨損嚴(yán)重深圳鐵一號線施工中三次遇到地質(zhì)突變，一次為上軟下硬地質(zhì)，兩次為孤石侵入隧道。導(dǎo)致刀盤面板14處被磨穿；滾刀嚴(yán)重的弦磨和損壞；所有切刀刮刀損壞。典型砂礫石石地層砂礫石地層層中刀具的的磨損狀況況砂礫石地層層中刀具的的磨損狀況況砂礫石地層層中刀具的的磨損狀況況1盾構(gòu)的“類類型”盾構(gòu)的“類型”是指與特定定的盾構(gòu)施施工環(huán)境，，特別是與與特定的基基礎(chǔ)地質(zhì)、、工程地質(zhì)質(zhì)和水文地地質(zhì)特征相相匹配的盾盾構(gòu)的種類類。根據(jù)施工環(huán)環(huán)境，隧道道掘進(jìn)機(jī)的的“類型””分為軟土土盾構(gòu)、硬硬巖掘進(jìn)機(jī)機(jī)(TBM)、復(fù)合盾構(gòu)構(gòu)三類。因因此，盾構(gòu)構(gòu)的“類型型”分為軟軟土盾構(gòu)和和復(fù)合盾構(gòu)構(gòu)兩類。軟土盾構(gòu)軟土盾構(gòu)是是指適用于于未固結(jié)成成巖的軟土土、某些半半固結(jié)成巖巖及全風(fēng)化化和強(qiáng)風(fēng)化化圍巖條件件下的一類類盾構(gòu)。軟土盾構(gòu)的的主要特點(diǎn)點(diǎn)是刀盤僅僅安裝軟土土刀具(先行刀、切切刀、刮刀刀)，無需滾刀刀。復(fù)合盾構(gòu)復(fù)合盾構(gòu)是是指既適用用于軟土、、又適用于于硬巖的一一類盾構(gòu)，，主要用于于既有軟土土又有硬巖巖的復(fù)雜地地層施工。。復(fù)合盾構(gòu)的的主要特點(diǎn)點(diǎn)是刀盤既既安裝有軟軟土刀具，，如切刀和和刮刀，又又安裝硬巖巖刀具(滾刀)。2盾構(gòu)的“機(jī)機(jī)型”盾構(gòu)的“機(jī)機(jī)型”是指指在根據(jù)工工程地質(zhì)和和水文地質(zhì)質(zhì)條件，盾盾構(gòu)所采用用的最有效效的開挖面面支護(hù)形式式。盾構(gòu)按支護(hù)護(hù)地層的形形式主要分分為自然支支護(hù)式、機(jī)機(jī)械支護(hù)式式、壓縮空空氣支護(hù)式式、泥水支支護(hù)式、土土壓平衡衡支護(hù)式五五種機(jī)型。。目前應(yīng)用最最廣的是土土壓平衡盾盾構(gòu)(土壓平衡支支護(hù)式)和泥水盾構(gòu)構(gòu)(泥水支護(hù)式式)兩種機(jī)型。。3盾構(gòu)的“模模式”盾構(gòu)的“模模式”是指指在一定““型”的基基礎(chǔ)上，根根據(jù)特定的的盾構(gòu)施工工環(huán)境，在在確保開挖挖面穩(wěn)定的的前提下，，盾構(gòu)所采采用的最有有效的“出出碴”方式式?！澳Ｊ健笔鞘嵌軜?gòu)的一一種操作方方式。土壓平衡盾盾構(gòu)的““模式”可可分為敞開開式、半敞敞開式、閉閉胸式三種種。泥水盾構(gòu)的的“模式””可分為泥泥水平衡模模式(也稱直接控控制模式)和氣壓復(fù)合合模式(也稱間接控控制模式或或D模式)兩種。實(shí)例：廣州州地鐵復(fù)合合式土壓平平衡盾構(gòu)廣州地鐵復(fù)復(fù)合式土壓壓平衡盾構(gòu)構(gòu)具有三種種模式，即即:敞開式、半半敞開式（（加氣模式式）、閉胸胸式(土壓平衡模模式)。敞開式模式式土壓平衡模模式加氣模式在掌子面足足夠穩(wěn)定并并且涌水能能夠被控制制時，采用用“敞開模模式作業(yè)。。在敞開模式式下，刀具具切削開挖挖面土體，，切削土進(jìn)進(jìn)入土倉，，通過位于于土倉底部部的螺旋輸輸送機(jī)將碴碴土排出。。在土倉的的底部，要要有足夠的的碴土供螺螺旋輸送機(jī)機(jī)出碴用，，土倉的其其他空間是是空的。在

敞開模式敞開模式下下，土倉通通過螺旋輸輸送機(jī)的出出料口與隧隧道相通。。當(dāng)推進(jìn)停停止時，可可以隨時進(jìn)進(jìn)入開挖倉倉而無需采采取其他措措施。在掌子面具具有足夠的的自穩(wěn)能力力，且水壓壓小于1.5bar的地層中，，采用半敞敞開模式掘掘進(jìn)。半敞敞開式作業(yè)業(yè)時，土倉倉下部是刀刀盤切削下下來的碴土土，上部為為壓縮空氣氣。半敞開開式作業(yè)的的開挖和推推進(jìn)與敞開開式作業(yè)基基本一致。。半敞開式模式閉胸式用于于圍巖不穩(wěn)穩(wěn)定或水壓壓高、水量量大的地層層。地下水壓＋土壓=土倉壓力土壓平衡模式某些泥水盾盾構(gòu)具有二二種模式:即泥水平衡衡模式和氣氣壓復(fù)合模模式。（見視頻頻）泥水平衡模模式泥水平衡模模式其原理理是通過刀刀盤來切削削掌子面的的圍巖，位位于地面的的送泥泵將將漿液送入入開挖倉，，排泥泵將將刀盤切削削下來并經(jīng)經(jīng)攪拌的泥泥漿泵送至至地面的泥泥水處理系系統(tǒng)進(jìn)行分分離，通過過控制送排排泥量來使使開挖倉維維持一定的的壓力，這這個壓力即即可平衡掌掌子面的水水壓和土壓壓，保證掌掌子面的穩(wěn)穩(wěn)定。氣壓泥水復(fù)復(fù)合模式(D模式)采用“D”模式掘進(jìn)時時，開挖地地層一般自自穩(wěn)性較差差。“D”模式的泥水水平衡機(jī)理理：開挖倉倉內(nèi)的泥水水壓力通過過氣壓調(diào)節(jié)節(jié)方式進(jìn)行行控制。4盾構(gòu)的“型型式”盾構(gòu)的“型式”涉及盾構(gòu)的的“型”和“模式”不論是適用用于單一軟軟土地層的的軟土盾構(gòu)構(gòu)，還是適適用于復(fù)雜雜地層的復(fù)復(fù)合盾構(gòu)，，都有土壓壓平衡盾構(gòu)構(gòu)和泥水盾盾構(gòu)兩種機(jī)機(jī)型。土壓平衡盾盾構(gòu)一般具具有敞開式式、半敞開開式、閉胸胸式三種模模式；泥水水盾構(gòu)一般般具有泥水水平衡模式式和氣壓復(fù)復(fù)合模式二二種模式。。盾構(gòu)的“型”是在施工前前決定的，，而“模式”則是在施工工過程中根根據(jù)具體的的施工環(huán)境境由操作人人員實(shí)時決決策的。5盾構(gòu)選型的的原則盾構(gòu)選型是是盾構(gòu)法隧隧道能否安安全、環(huán)保保、優(yōu)質(zhì)、、經(jīng)濟(jì)、快快速建成的的關(guān)鍵工作作之一，盾盾構(gòu)選型型應(yīng)從安全全適應(yīng)性（（也稱可靠靠性）、技技術(shù)先進(jìn)性性、經(jīng)濟(jì)性性等方面綜綜合考慮，，所選擇的的盾構(gòu)型式式要能盡量量減少輔助助施工法并并確保開挖挖面穩(wěn)定和和適應(yīng)圍巖巖條件，同同時還要綜綜合考慮以以下因素：：①可以以合理使用用的輔助施施工法如降降水法、氣氣壓法、凍凍結(jié)法和注注漿法等；；②滿足足本工程隧隧道施工長長度和線形形的要求；；③后配配套設(shè)備、、始發(fā)設(shè)施施等能與盾盾構(gòu)的開挖挖能力配套套；④盾盾構(gòu)的工作作環(huán)境。不同型式的的盾構(gòu)所適適應(yīng)的地質(zhì)質(zhì)范圍不同同，盾構(gòu)選選型總的原原則是安全全性適應(yīng)性性第一，以以確保盾構(gòu)構(gòu)法施工的的安全可靠靠；在安全全可靠的情情況下再考考慮技術(shù)的的先進(jìn)性，，即技術(shù)先先進(jìn)性第二二位；然后后再考慮盾盾構(gòu)的價(jià)格格，即經(jīng)濟(jì)濟(jì)性第三位位。盾構(gòu)施施工時，施施工沿線的的地質(zhì)條件件可能變化化較大，在在選型時一一般選擇適適合于施工工區(qū)大多數(shù)數(shù)圍巖的機(jī)機(jī)型。盾構(gòu)選型時時主要遵循循下列原則則：（1）應(yīng)對工程程地質(zhì)、水水文地質(zhì)有有較強(qiáng)的適適應(yīng)性，首首先要滿足足施工安全全的要求；；（2）安全適應(yīng)應(yīng)性、技術(shù)術(shù)先進(jìn)性、、經(jīng)濟(jì)性相相統(tǒng)一，在在安全可靠靠的情況下下，考慮技技術(shù)先進(jìn)性性和經(jīng)濟(jì)合合理性；（3）滿足隧道道外徑、長長度、埋深深、施工場場地、周圍圍環(huán)境等條條件；（4）滿足安全全、質(zhì)量、、工期、造造價(jià)及環(huán)保保要求；（5）后配套設(shè)設(shè)備的能力力與主機(jī)配配套，滿足足生產(chǎn)能力力與主機(jī)掘掘進(jìn)速度相相匹配，同同時具有施施工安全、、結(jié)構(gòu)簡單單、布置合合理和易于于維護(hù)保養(yǎng)養(yǎng)的特點(diǎn)；；（6）盾構(gòu)制制造商的的知名度度、業(yè)績績、信譽(yù)譽(yù)和技術(shù)術(shù)服務(wù)。。根據(jù)以上上原則，，對盾構(gòu)構(gòu)的型式式及主要要技術(shù)參參數(shù)進(jìn)行行研究分分析，以以確保盾盾構(gòu)法施施工的安安全、可可靠，選選擇最佳佳的盾構(gòu)構(gòu)施工方方法和選選擇最適適宜的盾盾構(gòu)。盾構(gòu)選型型是盾構(gòu)構(gòu)法施工工的關(guān)鍵鍵環(huán)節(jié)，，直接影影響盾構(gòu)構(gòu)隧道的的施工安安全、施施工質(zhì)量量、施工工工藝及及施工成成本，為為保證工工程的順順利完成成，對盾盾構(gòu)的選選型工作作應(yīng)非常常慎重。。6盾構(gòu)選型型的依據(jù)據(jù)盾構(gòu)選型型應(yīng)以工工程地質(zhì)質(zhì)、水文文地質(zhì)為為主要依依據(jù)，綜綜合考慮慮周圍環(huán)環(huán)境條件件、隧道道斷面尺尺寸、施施工長度度、埋深深、線路路的曲率率半徑、、沿線地地形、地地面及地地下構(gòu)筑筑物等環(huán)環(huán)境條件件，以及及周圍環(huán)環(huán)境對地地面變形形的控制制要求的的工期、、環(huán)保等等因素，，同時，，參考國國內(nèi)外已已有盾構(gòu)構(gòu)工程實(shí)實(shí)例及相相關(guān)的盾盾構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)范、、施工規(guī)規(guī)范及相相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，對盾盾構(gòu)類型型、驅(qū)動動方式、、功能要要求、主主要技術(shù)術(shù)參數(shù)，，輔助設(shè)設(shè)備的配配置等進(jìn)進(jìn)行研究究。選型型時的主主要依據(jù)據(jù)如下：：（1）工程地地質(zhì)、水水文地質(zhì)質(zhì)條件；；（2）隧道長長度、隧隧道平縱縱斷面及及橫斷面面形狀和和尺寸等等設(shè)計(jì)參參數(shù)；（3）周圍環(huán)環(huán)境條件件；（4）隧道施施工工程程籌劃及及節(jié)點(diǎn)工工期要求求；（5）宜用的的輔助工工法；（6）技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)比較較。7盾構(gòu)選型型主要步步驟（1）在對工工程地質(zhì)質(zhì)、水文文地質(zhì)條條件、周周圍環(huán)境境、工期期要求、、經(jīng)濟(jì)性性等充分分研究的的基礎(chǔ)上上選定盾盾構(gòu)的類類型；對對敞開式式、閉胸胸式盾構(gòu)構(gòu)進(jìn)行比比選。（2）在確定定選用閉閉胸式盾盾構(gòu)后，，根據(jù)地地層的滲滲透系數(shù)數(shù)、顆粒粒級配、、地下水水壓、環(huán)環(huán)保、輔輔助施工工方法、、施工環(huán)環(huán)境、安安全等因因素對土土壓平衡衡盾構(gòu)和和泥水盾盾構(gòu)進(jìn)行行比選。。（3）根據(jù)詳詳細(xì)的地地質(zhì)勘探探資料，，對盾構(gòu)構(gòu)各主要要功能部部件進(jìn)行行選擇和和設(shè)計(jì)（（如刀盤盤驅(qū)動型型式，刀刀盤結(jié)構(gòu)構(gòu)型式、、開口率率，刀具具種類與與配置，，螺旋輸輸送機(jī)的的形式與與尺寸，，沉浸墻墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)與與泥漿門門的型式式，破碎碎機(jī)的布布置與型型式，送送排泥管管的直徑徑等），，并根據(jù)據(jù)地質(zhì)條條件等確確定盾構(gòu)構(gòu)的主要要技術(shù)參參數(shù)。盾盾構(gòu)的主主要技術(shù)術(shù)參數(shù)在在選型時時應(yīng)進(jìn)行行詳細(xì)計(jì)計(jì)算，主主要包括括刀盤直直徑，刀刀盤開口口率，刀刀盤轉(zhuǎn)速速，刀盤盤扭矩，，刀盤驅(qū)驅(qū)動功率率，推力力，掘進(jìn)進(jìn)速度，，螺旋輸輸送機(jī)功功率、直直徑、長長度，送送排泥管管直徑，，送排泥泥泵功率率、揚(yáng)程程等。（4）根據(jù)地地質(zhì)條件件選擇與與盾構(gòu)掘掘進(jìn)速度度相匹配配的盾構(gòu)構(gòu)后配套套施工設(shè)設(shè)備。8盾構(gòu)選型型的主要要方法8.1根據(jù)地層層的滲透透系數(shù)進(jìn)進(jìn)行選型型地層滲透透系數(shù)對對于盾構(gòu)構(gòu)的選型型是一個個很重要要的因素素。通常常，當(dāng)?shù)氐貙拥臐B滲透系數(shù)數(shù)小于10-7m/s時，可以以選用土土壓平衡衡盾構(gòu)；；當(dāng)?shù)貙訉拥臐B透透系數(shù)在在10-7m/s和10-4m/s之間時，，既可以以選用土土壓平衡衡盾構(gòu)也也可以選選用泥水水式盾構(gòu)構(gòu)；當(dāng)?shù)氐貙拥耐竿杆禂?shù)數(shù)大于10-4m/s時，宜選選用泥水水盾構(gòu)。盾構(gòu)與滲滲透系數(shù)數(shù)的關(guān)系系根據(jù)地層層滲透系系數(shù)與盾盾構(gòu)的關(guān)關(guān)系，若若地層以以各種級級配富水水的砂層層、砂礫礫層為主主時，宜宜選用泥泥水盾構(gòu)構(gòu)；其他他地層宜宜選用土土壓平衡衡盾構(gòu)。。8.2根據(jù)地層層的顆粒粒級配進(jìn)進(jìn)行選型型一般來說說，細(xì)顆顆粒含量量多，碴碴土易形形成不透透水的流流塑體，，容易充充滿土倉倉的每個個部位，，在土倉倉中可以以建立壓壓力，平平衡開挖挖面的土土體。盾構(gòu)類型型與顆粒粒級配的的關(guān)系詳詳見下圖圖，圖中中右邊藍(lán)藍(lán)色區(qū)域域?yàn)檎惩镣?、淤泥泥質(zhì)土區(qū)區(qū)，為土土壓平衡衡盾構(gòu)適適用的顆顆粒級配配范圍，，左邊的的黃色區(qū)區(qū)域?yàn)榈[礫石粗砂砂區(qū)，為為泥水盾盾構(gòu)適用用的顆粒粒級配范范圍。綠色區(qū)域域?yàn)榇稚吧?、?xì)砂砂區(qū)，即即可使用用泥水盾盾構(gòu)，也也可經(jīng)土土質(zhì)改良良后使用用土壓平平衡盾構(gòu)構(gòu)，

中礫砂礫粗砂細(xì)砂淤泥粘土一般來說說,當(dāng)巖土中中的粉粒粒和粘粒粒的總量量達(dá)到40%以上時,通常會選選用土壓壓平衡盾盾構(gòu),相反的情情況選擇擇泥水盾盾構(gòu)比較較合適。。粉粒的的絕對大大小通常常以0.075mm為界。粘土淤泥砂質(zhì)礫石卵石土壓平衡衡盾構(gòu)不不含添加加劑土壓平衡衡盾構(gòu)含含添加劑劑泥水盾構(gòu)構(gòu)含添加加劑泥水盾構(gòu)構(gòu)不含添添加劑粒徑尺寸寸表8.3根據(jù)水壓壓進(jìn)行選選型當(dāng)水壓大大于0.3MPa時，適宜宜采用泥泥水盾構(gòu)構(gòu)。如果果采用土土壓平衡衡盾構(gòu)，，螺旋輸輸送機(jī)難難以形成成有效的的土塞效效應(yīng)，在在螺旋輸輸送機(jī)排排土閘門門處易發(fā)發(fā)生碴土土噴涌現(xiàn)現(xiàn)象，引引起土倉倉中土壓壓力下降降，導(dǎo)致致開挖面面坍塌。。當(dāng)水壓大大于0.3MPa時，如因因地質(zhì)原原因需采采用土壓壓平衡盾盾構(gòu)，則則需增大大螺旋輸輸送機(jī)的的長度，，或采用用二級螺螺旋輸送送機(jī)。9盾構(gòu)選型型時必須須考慮的的特殊因因素盾構(gòu)選型型時，在在實(shí)際實(shí)實(shí)施時，，還需解解決理論論的合理理性與實(shí)實(shí)際的可可能性之之間的矛矛盾。必必須考慮慮環(huán)保、地質(zhì)和安全因素。(1)環(huán)保因素素對泥水盾盾構(gòu)而言言，雖然然經(jīng)過過過篩、旋旋流、沉沉淀等程程序，可可以將棄棄土漿液液中的一一些粗顆顆粒分離離出來，，并通過過汽車、、船等工工具運(yùn)輸輸棄碴，，但泥漿漿中的懸懸浮或半半懸浮狀狀態(tài)的細(xì)細(xì)土顆粒粒仍不能能完全分分離出來來，而這這些物質(zhì)質(zhì)又不能能隨意處處理，就就形成了了使用泥泥水盾構(gòu)構(gòu)的一大大困難。。降低污污染保護(hù)護(hù)環(huán)境是是選擇泥泥水盾構(gòu)構(gòu)面臨的的十分重重要的課課題，需需要解決決的是如如何防止止將這些些泥漿棄棄置江河河湖海等等水體中中造成范范圍更大大、更嚴(yán)嚴(yán)重的污污染。要將棄土土泥漿徹徹底處理理可以作作為固體體物料運(yùn)運(yùn)輸?shù)某坛潭纫彩鞘强梢宰鲎龅降?，，國?nèi)外外都有許許多成功功的事例例，但做做到這點(diǎn)點(diǎn)并不容容易，因因?yàn)?①處理設(shè)備備貴，增增加了工工程投資資②用來安安裝這些些處理設(shè)設(shè)備需要要的場地地較大③處理時時間較長長(2)工程地質(zhì)質(zhì)因素盾構(gòu)施工工段工程程地質(zhì)的的復(fù)雜性性主要反反映在基基礎(chǔ)地質(zhì)質(zhì)(主要是圍圍巖巖性性)和工程地地質(zhì)特性性的多變變方面。。在一個個盾構(gòu)施施工段或或一個盾盾構(gòu)合同同標(biāo)段中中，某些些部分的的施工環(huán)環(huán)境適合合選用土土壓平衡衡盾構(gòu)，，但某些些部分又又很適合合選用泥泥水盾構(gòu)構(gòu)。盾構(gòu)構(gòu)選型時時應(yīng)綜合合考慮并并對不同同選擇進(jìn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)分析后后擇其優(yōu)優(yōu)者。(2)安全因素素從保持工工作面的的穩(wěn)定、、控制地地面沉降降的角度度來看，，使用泥泥水盾構(gòu)構(gòu)要比使使用土壓壓平衡盾盾構(gòu)的效效果好一一些，特特別是在在河湖等等水體下下、在密密集的建建筑物或或構(gòu)筑物物下及上上軟下硬硬的地層層中施工工時。在在這些特特殊的施施工環(huán)境境中，施施工過程程的安全全性將是是盾構(gòu)選選型時的的一項(xiàng)極極其重要要的選擇擇，如北北京鐵路路地下直直徑線最最終選擇擇了泥水水盾構(gòu)。。10盾構(gòu)選型型實(shí)例成都地鐵鐵試驗(yàn)段段盾構(gòu)選選型選型分析析成都地鐵鐵盾構(gòu)試試驗(yàn)段沿沿線建筑筑物密集集，地下下管線縱縱橫，盾盾構(gòu)隧道道穿越的的地層粘粘土含量量極少，，大部分分為飽水水的卵石石層，卵卵石含量量高，且且強(qiáng)度大大；同時時，地層層中含有有少量大大粒徑漂漂石，漂漂石的最最大粒徑徑達(dá)670mm；并且地地層滲透透系數(shù)大大，地下下水位較較高。由由于在卵卵石地層層泥膜形形成困難難，在強(qiáng)強(qiáng)透水地地層形成成土塞困困難，因因此，不不論是采采用泥水水盾構(gòu)還還是土壓壓平衡盾盾構(gòu)施工工，均具具有較大大的風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)和難度度。工程概況況成都地鐵鐵1號線為南南北走向向，北至至新都大大豐鎮(zhèn)，，南至華華陽，全全長31.6km，其中一一期工程程盾構(gòu)施施工區(qū)間間北起紅紅花堰，，南止于于火車南南站，全全長18.601km，共11個區(qū)間。由于于成都地鐵地地質(zhì)條件復(fù)雜雜，為有效降降低盾構(gòu)法在在技術(shù)、工期期和投資上的的風(fēng)險(xiǎn)，選定定人民北路站站至天府廣場場站區(qū)間段（（盾構(gòu)2標(biāo)）、省體育育館站至火車車南站區(qū)間段段（盾構(gòu)4標(biāo)）的各一條條隧道為盾構(gòu)構(gòu)法試驗(yàn)段。。工程地質(zhì)盾構(gòu)2標(biāo)段隧道最大大覆土厚20m，最小坡度2‰～23‰，左右線間距距11～15m，最小曲線半半徑400m；隧道穿越的的地層主要為為卵石層，局局部為砂夾層層；卵石的單單軸抗壓強(qiáng)度度為55.1～165MPa；卵石粒徑以以30～80mm為主，部分粒粒徑大于160mm，并含有少量量漂石（粒徑徑大于200mm），且局部漂漂礫富集成層層，目前已知知的最大漂石石粒徑為670mm，卵石含量占占60％～80％（重量比）），充填物為為細(xì)砂及圓礫礫，稍密～密密實(shí)。隧道下下穿萬福橋、、省展覽館東東側(cè)房屋群、、西御河人防防通道、2～5層的房屋、天天府廣場下穿穿隧道，并近近距離水平穿穿越中銀大廈廈（36層）、輕工大大廈（12層）。工程地質(zhì)盾構(gòu)4標(biāo)段隧道最大大覆土厚13m，最小坡度2‰～22‰，左右線間距距12.03～13m，最小曲線半半徑700m；隧道穿越的的地層主要為為卵石層，局局部為砂夾層層；卵石的單單軸抗壓強(qiáng)度度為68.1～96.5MPa；卵石粒徑以以30～70mm為主，部分粒粒徑為80～120mm，最大粒徑210mm，偶見漂石，，卵石含量占占55％～75％（重量比））；充填物為為細(xì)砂、中砂砂為主，夾少少量粘性土，，含量約10％～35％，稍密～密密實(shí)。隧道下下穿人民南路路立交橋、電電力調(diào)度公司司房屋（4層）、機(jī)場立立交橋、火車車南站股道。。水文地質(zhì)地下水系為第第四系孔隙潛潛水和基巖裂裂隙水兩種類類型?？紫稘摑撍饕癫夭赜谏奥咽镣恋貙又校氐叵滤宦癫夭剌^淺，水量量豐富，滲透透系數(shù)為k=1.736×10-4m/s，為強(qiáng)透水層層，補(bǔ)給來源源為大氣降水水和地表河流流、溝渠?；鶐r裂隙水主主要賦存于泥泥巖強(qiáng)風(fēng)化裂裂隙帶中，透透水性較差。。泥水盾構(gòu)方案案1）盾構(gòu)類型與與地層滲透性性的關(guān)系根據(jù)德法等國國的盾構(gòu)施工工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)氐貙拥臐B透系系數(shù)小于10-７m/s時，可選用土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)；當(dāng)滲透系系數(shù)在10-７m/s和10-4m/s之間時，既可可選用泥水盾盾構(gòu)，也可在在碴土改良的的情況下選用用土壓平衡盾盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙訉拥臐B透系數(shù)數(shù)大于10-4m/s時，則宜采用用泥水盾構(gòu)。。成都地鐵盾盾構(gòu)試驗(yàn)段隧隧道穿越地層層的滲透系數(shù)數(shù)為1.736××10-4m/s，大于10-4m/s，采用泥水盾盾構(gòu)施工是可可行的。泥水盾構(gòu)方方案2）開挖面穩(wěn)穩(wěn)定機(jī)理泥水盾構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定開挖面面的機(jī)理如如下：（1）以泥水壓壓力來抵抗抗開挖面的的土壓力和和水壓力以以保持開挖挖面穩(wěn)定，，同時，控控制開挖面面變形和地地基沉降；；（2）在開挖面面形成弱透透水性泥膜膜，保持泥泥水壓力有有效作用于于開挖面。。類型1：泥水幾乎乎不產(chǎn)生滲滲透，只形形成泥膜。。類型2：土體孔隙隙大，泥水水全部滲走走不產(chǎn)生泥泥膜。類型3：介于類型型l和類型2之間，即泥泥水滲走的的同時也形形成泥膜。。泥水盾構(gòu)方方案3）卵石地層層泥膜形成成困難的原原因在砂卵石地地層，泥水水向土體過過量滲透，，全部泥水水可經(jīng)過地地層的孔隙隙流走，無無法形成泥泥膜，不僅僅泥水壓力力不能有效效作用于開開挖面，而而且會引起起土體孔隙隙水壓力上上升，有效效應(yīng)力下降降，這對開開挖面穩(wěn)定定是不利的的。因此，，對滲透系系數(shù)大的砂砂卵石地層層，必須采采取措施以以加速泥膜膜的形成。。泥水盾構(gòu)方方案4）在卵石地地層泥膜形形成的方法法泥水中除加加入膨潤土土外，還應(yīng)應(yīng)在泥水中中加入增粘粘劑（CMM）或加入聚聚丙烯酰胺胺（PAA），泥水在在向地層孔孔隙中滲透透的同時，，自身形成成體積增大大的團(tuán)粒與與地層土顆顆粒吸附結(jié)結(jié)合，對滲滲透形成阻阻力，該阻阻力隨滲透透距離的增增大而增大大，當(dāng)滲透透距離達(dá)到到某一定值值時，滲透透阻力與泥泥水壓力平平衡，滲流流停止，形形成滲透泥泥膜。表面面吸附聚集集泥膜僅局局限于開挖挖面的表面面，而滲透透泥膜則深深入地層，，泥膜厚度度等于滲透透距離。泥泥水盾構(gòu)中中形成的泥泥膜都屬于于動泥膜，，邊生成邊邊部分被刀刀具切削而而破壞，由由于滲透泥泥膜較厚，，比吸附聚聚集泥膜對對開挖面穩(wěn)穩(wěn)定有利。。對于滲透透泥膜而言言，應(yīng)控制制泥水的參參數(shù)及掘進(jìn)進(jìn)參數(shù)，使使其成膜時時間短于刀刀盤對應(yīng)的的掘削時間間。泥水盾構(gòu)方方案5）刀盤類型型與刀具的的布置在砂卵石地地層，卵石石屬松散體體，地層對對卵石缺少少約束力，，且由于卵卵石的抗壓壓強(qiáng)度較高高，滾刀只只能部分破破碎卵石，，不能對卵卵石進(jìn)行有有效破碎。。在刀盤上宜宜配置重型型撕裂刀、切刀、周周邊刮刀等等刀具，重重型撕裂刀刀為先行刀刀，超前切切刀布置，，先行切削削地層，先先對卵石進(jìn)進(jìn)行沖擊和和撕裂，對對卵石進(jìn)行行部分破碎碎并解除地地層對卵石石的約束力力，然后由由超前量較較小的切刀刀切削剩余余部分。經(jīng)經(jīng)重型撕裂裂刀松動和和部分破碎碎的卵石，，通過刀盤盤的開口進(jìn)進(jìn)入到泥水水艙，在泥泥水艙內(nèi)通通過破碎機(jī)機(jī)進(jìn)行二次次破碎。由于受盾構(gòu)構(gòu)尺寸的限限制，在泥泥水倉內(nèi)布布置的破碎碎機(jī)能破碎碎卵石的粒粒徑一般不不大于500mm。因此采用用泥水盾構(gòu)構(gòu)時，在設(shè)設(shè)計(jì)刀盤時時，宜采用面板板式刀盤，通過刀盤盤的開口來來限制進(jìn)入入泥水倉的的卵石的粒粒徑。滾刀破巖機(jī)機(jī)理在推力的作作用下，安安裝在刀盤盤上的盤形形滾刀緊壓壓巖面，隨隨著刀盤的的旋轉(zhuǎn)，盤盤形滾刀繞繞刀盤中心心軸公轉(zhuǎn)，，并繞自身身軸線自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。在刀盤盤強(qiáng)大的推推力、扭矩矩作用下，，盤形滾刀刀在掌子面面中心切縫縫上滾動，，當(dāng)推力超超過巖石的的強(qiáng)度時，，盤形滾刀刀下的巖石石直接擠壓壓破碎，盤盤形滾刀貫貫入巖石，，掌子面被被盤形滾刀刀擠壓碎裂裂而形成隧隧道同心圓圓溝槽。隨隨著溝槽深深度的增加加，巖體表表面裂紋加加深擴(kuò)大，，當(dāng)超過巖巖石剪切和和拉伸強(qiáng)度度時，相鄰鄰?fù)膱A溝溝槽間的巖巖石成片剝剝落，形成成石碴。滾刀破碎卵卵石漂石機(jī)機(jī)理在滾刀破碎碎卵石的過過程中，依依靠刀圈在在接觸點(diǎn)施施加高壓力力，逐漸產(chǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)應(yīng)力，從而而將卵石破破碎。如果果是較小的的卵石，破破碎過程就就如用鋼釬釬打入一樣樣。大漂石石則從表面面出現(xiàn)細(xì)小小的剝落開開始，然后后逐漸累積積，根據(jù)滾滾壓連帶效效果和滾刀刀的連續(xù)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的的沖擊，以以刀尖為起起點(diǎn)開始出出現(xiàn)裂痕，，最后實(shí)現(xiàn)現(xiàn)破碎。為了能使?jié)L滾刀在砂卵卵石地層中中更有效地地工作，需需要被足夠夠的力安全全地將卵石石固定在某某一位置上上，以便使使?jié)L刀能夠夠?qū)υ撀咽┘蛹羟星袘?yīng)力將其其破碎。滾滾刀是否能能有效破碎碎卵石和漂漂石，要看看卵石和漂漂石是否固固結(jié)在周圍圍地層中。。如果地層層固結(jié)很好好，卵石和和漂石被緊緊密地?cái)D在在地層中，，是完全能能夠被滾刀刀有效破碎碎的。滾刀(a)表面出現(xiàn)小塊剝落(b)斜線部分為剝落部分(c)被破碎成2～3大塊(d)持續(xù)破碎卵石漂石破破碎機(jī)理成都地層采采用滾刀破破巖的難點(diǎn)點(diǎn)在于有的的地段固結(jié)結(jié)不好，砂砂層很松散散，卵石和和漂石在刀刀盤攪動下下到處跑動動，難以被被滾刀壓住住進(jìn)行破碎碎。如果卵卵石和漂石石不能被固固定住，那那么就會被被推進(jìn)地層層直至被推推到旁邊，，不僅不能能被破碎，，相反被推推到滾刀旁旁邊的卵石石就象磨刀刀石一樣對對刀具造成成磨損，直直到卵石最最終被刀盤盤或其他卵卵石連續(xù)擠擠壓而破碎碎。對于松松散的砂卵卵石，宜采采用重型撕撕裂刀進(jìn)行行破碎。重型撕裂刀刀的破碎機(jī)機(jī)理是利用用撕裂刀隨隨刀盤高速速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生生的沖擊慣慣性能力進(jìn)進(jìn)行“錘擊擊”破碎。。此時宜相相應(yīng)提高刀刀盤轉(zhuǎn)速，，如果刀盤盤轉(zhuǎn)速偏低低或扭矩不不足，則撕撕裂刀只能能起到松土土器的作用用，不能有有效破碎卵卵石。土壓平衡盾盾構(gòu)方案1）盾構(gòu)類型型與粘土含含量的關(guān)系系根據(jù)日本的的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)當(dāng)?shù)貙又姓痴惩梁坎徊蛔?0%，不推薦使使用泥水盾盾構(gòu)。粘土土含量不足足時，使用用泥水盾構(gòu)構(gòu)在開挖面面上很難形形成泥膜，，開挖面易易坍塌。成成都地鐵盾盾構(gòu)隧道穿穿越的地質(zhì)質(zhì)粘土含量量極少，特特別是盾構(gòu)構(gòu)2標(biāo)幾乎不含含粘土，泥泥膜形成較較困難，因因此使用泥泥水盾構(gòu)具具有一定的的風(fēng)險(xiǎn)，較較適宜采用用土壓平衡衡盾構(gòu)施工工。土壓平衡盾盾構(gòu)方案2）開挖面穩(wěn)穩(wěn)定機(jī)理土壓平衡盾盾構(gòu)是依靠靠推進(jìn)油缸缸的推力給給土艙內(nèi)的的土碴加壓壓，使土壓壓作用于開開挖面使其其穩(wěn)定，主主要適用于于粘稠土壤壤的施工，，掘進(jìn)時，，由刀盤切切削下來的的土體進(jìn)入入土倉后由由螺旋輸送送機(jī)輸出，，在螺旋機(jī)機(jī)內(nèi)形成不不透水的土土塞，保持持土艙壓力力穩(wěn)定。土土壓平衡盾盾構(gòu)施工中中，土倉內(nèi)內(nèi)的碴土起起著平衡開開挖面水土土壓力，支支撐開挖面面的作用，，應(yīng)具有良良好的塑性性變形、內(nèi)內(nèi)摩擦角小小及滲透率率小等特點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)碴土中的的含砂量超超過某一限限度時，碴碴土的塑流流性明顯變變差，土倉倉內(nèi)的土體體因固結(jié)作作用而被壓壓密，導(dǎo)致致碴土難以以排送；需需向開挖面面注入添加加劑，以改改善土體的的塑流性。。開挖面添添加劑的目目的如下：：①排除或或置換開挖挖面的孔隙隙水來改善善止水性，，②補(bǔ)充地地層不足的的細(xì)顆粒來來改善塑流流性，③減減低切削土土體與盾構(gòu)構(gòu)之間的附附著性。土壓平衡盾盾構(gòu)方案3）強(qiáng)透水地地層土塞形形成困難的的原因當(dāng)?shù)貙拥臐B滲透系數(shù)大大于10-4m/s，添加劑易易被稀釋，，在土艙內(nèi)內(nèi)不易形成成具有良好好塑性及止止水性碴土土，螺旋輸輸送機(jī)難以以形成土塞塞效應(yīng)，在在螺旋機(jī)出出碴門處易易發(fā)生噴涌涌，造成土土艙內(nèi)壓力力不易控制制，易引起起開挖面坍坍塌及造成成地面沉降降。土壓平衡盾盾構(gòu)方案4）實(shí)現(xiàn)土壓壓平衡的措措施在飽水的卵卵石地層，，需使用添添加劑進(jìn)行行碴土改良良。其原理理為將開挖挖土砂與添添加劑在開開挖面混合合，形成具具有不透水水和塑流性性的碴土，，通過推進(jìn)進(jìn)油缸給土土倉加壓，，使土壓作作