周祥春

摘 ? ?要：當(dāng)今地下空間的開發(fā)成為解決城市地面空間資源日益匱乏的重要方法，而地鐵作為地下空間開發(fā)方面解決城市地面交通日益擁堵現(xiàn)象的良藥，近年來(lái)一直為以公共交通導(dǎo)向型開發(fā)（TOD發(fā)展模式）所推崇，使得城市交通功能得到加強(qiáng)。盾構(gòu)法作為作為地鐵區(qū)間隧道廣泛采用的工法，已廣泛的應(yīng)用到地鐵建設(shè)工程實(shí)踐中，鑒于地下工程地質(zhì)水文條件及工程周邊環(huán)境，盾構(gòu)選型、施工掘進(jìn)參數(shù)合適與否將直接影響到工程安全、質(zhì)量。針對(duì)杭州8號(hào)線一期工程所處錢塘江兩岸所遇的特殊復(fù)雜工程條件，結(jié)合盾構(gòu)選型的原則與方法提出適用于砂層盾構(gòu)機(jī)型、配置特殊技術(shù)、施工掘進(jìn)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：選型，粉砂，參數(shù)

1 ? 前言

杭州地鐵8號(hào)線一期工程起于文海南路站，出站后沿2號(hào)大街鋪設(shè)，穿越錢塘江及其堤壩，上南岸線路通過(guò)規(guī)劃綠地折向河景路，沿道路東行，在大江東新城核心區(qū)西側(cè)偏離河景路，穿過(guò)核心區(qū)后再次折回河景路東行，至工程終點(diǎn)新灣路站。

2 ? 工程及水文地質(zhì)簡(jiǎn)介

工程所在沿線地形平坦，屬典型的沖海積平原地貌單元，填土、砂質(zhì)粉土、粉砂、淤泥質(zhì)土，其中淤泥質(zhì)土層為儲(chǔ)氣層，富含沼氣。地鐵區(qū)間隧道底位于12m～27m之間，粉砂層底板深度約18～22m，其滲透系數(shù)為10-5m/s，盾構(gòu)隧道不可繞避的穿越粉砂性土層，地表主要分布有地表水和潛水，由于粉砂層較厚沿線河道較多，造成地下水補(bǔ)給較快，在該地質(zhì)條件下盾構(gòu)始發(fā)、接收、掘進(jìn)過(guò)程均存在涌水涌砂的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)盾構(gòu)施工較為不利。

3 ? 盾構(gòu)選型原則和步驟

3.1 ?選型原則

盾構(gòu)選型主要從安全性、對(duì)地層適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)先進(jìn)性等幾個(gè)方面綜合考慮，

盡量減少輔助工法及工序，并確保開挖面穩(wěn)定和快速掘進(jìn)，總原則是安全性第一，以確保盾構(gòu)法施工的安全性，適應(yīng)地層能提高盾構(gòu)設(shè)備較為穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，繼而在安全可靠又穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，在考慮盾構(gòu)機(jī)攤銷費(fèi)用，即經(jīng)濟(jì)性的前提下采用先進(jìn)技術(shù)。

沿線的地質(zhì)條件較為平緩起伏不大的情況下，在選則盾構(gòu)機(jī)型時(shí)應(yīng)兼顧具有特殊性的地層的影響，還要滿足區(qū)間隧道長(zhǎng)度、外徑、埋深、施工場(chǎng)地、周圍環(huán)境等影響條件，同時(shí)后配套與主機(jī)匹配的前提下應(yīng)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、布置合理和易于維護(hù)保養(yǎng)的特點(diǎn)。

3.2 ?盾構(gòu)選型步驟

盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工作方式和出渣方法分為泥水氣壓平衡盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)，地層的滲透系數(shù)小于10-7m/s時(shí)，通常選用土壓平衡盾構(gòu);當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)在10-7～10-4m/s之間，兩者均可選用;當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)大于10-4m/s時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用泥水盾構(gòu)。

土壓平衡盾構(gòu)刀盤切削下來(lái)的土體，經(jīng)過(guò)土倉(cāng)底部通道，由螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出，在螺旋輸送機(jī)內(nèi)形成壓力梯降，來(lái)保持土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，使開挖面土層處于穩(wěn)定，控制地面沉降，故從地對(duì)地層適應(yīng)性角度，土壓平衡盾構(gòu)主要適用于粉土、粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉土、粉砂層等黏稠土壤的施工。結(jié)合大量的施工案例，當(dāng)?shù)貙臃秶哿！ち５牡目偭窟_(dá)到40%及以上時(shí)，宜選用土壓平衡盾構(gòu)，而當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，螺旋輸送機(jī)難以形成有效的土壓下降，螺旋噴涌的風(fēng)險(xiǎn)增大，為確保開挖面的穩(wěn)定，宜采用泥水盾構(gòu)，如因地質(zhì)原因需采用土壓平衡盾構(gòu)，需對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備進(jìn)行特殊改造，增大螺旋輸送機(jī)的長(zhǎng)度或采用一級(jí)螺旋輸送機(jī)或采用保壓泵，同時(shí)后配套應(yīng)相應(yīng)的調(diào)整，整機(jī)費(fèi)用將增加。

本工程盾構(gòu)隧道穿越區(qū)域主要為富水粉砂層及淤泥質(zhì)土層，滲透系數(shù)介于10-3～10—8m/s，其顆粒組成0.075～0.005之間占比為28.5～72.2%，受到周邊可用場(chǎng)地條件的限值，選用土壓平衡盾構(gòu)，需通過(guò)向土倉(cāng)內(nèi)及刀盤面板注入膨潤(rùn)土、泡沫劑并均勻攪拌改善渣土性能，使得改良后的土體具有較好和易性能較好的傳遞土壓在螺旋輸送機(jī)內(nèi)形成壓力梯度，同時(shí)降低涌水流砂和發(fā)生噴涌的風(fēng)險(xiǎn)。工程區(qū)間隧道平均線路長(zhǎng)度約1.7km，考慮到長(zhǎng)距離掘進(jìn)，刀盤和刀具易磨損區(qū)域應(yīng)采用耐磨材料，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)的耐磨設(shè)計(jì)，并配備磨損檢測(cè)裝置。

4 ? 施工參數(shù)

富水粉砂地層自穩(wěn)性差，盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤切削土體形成渣土，渣土充滿土倉(cāng)，使得土倉(cāng)維持一定壓力并與掌子面水土壓力平衡來(lái)穩(wěn)定開挖面，該掘進(jìn)模式主要通過(guò)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度、千斤頂推力和螺旋輸送機(jī)的出渣量共同產(chǎn)生壓力，并通過(guò)測(cè)量土倉(cāng)壓力來(lái)隨時(shí)調(diào)整、控制推進(jìn)速度、頂推力和螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，保持既定的掘進(jìn)效率。

應(yīng)預(yù)估每環(huán)的出渣量，控制土倉(cāng)內(nèi)的渣土量，保證土倉(cāng)壓力值，同時(shí)改良土體，降低滲水量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土倉(cāng)壓力，避免土倉(cāng)內(nèi)渣土過(guò)稀而發(fā)生噴涌。掘進(jìn)中要嚴(yán)格控制出渣量，加強(qiáng)巡檢，如有異常應(yīng)停機(jī)保壓排查，同時(shí)要加大盾尾油脂的注入量并密切觀測(cè)壓力，避免堵管，并防止盾尾被擊穿或鉸接密封處滲水。

此地層掘進(jìn)除受到隧道下穿范圍地層影響外，外圍高水壓的影響。應(yīng)采用土壓平衡模式掘進(jìn)。下穿河道前，要對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查和保養(yǎng)，保證設(shè)備的完好，特別是盾尾密封、鉸接密封、刀具的完好。掘進(jìn)時(shí)要盡量降低對(duì)地層的擾動(dòng)，防止土倉(cāng)與水系的直接連通，加泡沫或高分子聚合物增加對(duì)地層的止水性，確保盾尾密封效果，通過(guò)調(diào)整漿液配合比，提高漿液的凝固速度。

4.1 ?各掘進(jìn)參數(shù)的相對(duì)關(guān)系

遵照選型原則選擇與地層相適應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)型，不可忽視掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)選擇得當(dāng)與否，關(guān)系到地表沉降的有效控制、盾構(gòu)機(jī)工作狀態(tài)可靠與否、刀具及配套機(jī)械設(shè)備的損耗大小。在掘進(jìn)中起主要調(diào)節(jié)作用的參數(shù)為：油缸推力、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、土倉(cāng)壓力、螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，刀盤轉(zhuǎn)速及油缸推力可以調(diào)節(jié)土倉(cāng)壓力、切削速度，調(diào)節(jié)切削的渣土量，螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)出渣速度，同時(shí)又影響這刀盤扭矩、掘進(jìn)速度。在掘進(jìn)中，需要結(jié)合地質(zhì)情況對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合觀測(cè)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)確保工程的順利推進(jìn)。

4.2 ?粉砂層中掘進(jìn)參數(shù)參考表

5 ?結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)機(jī)作為地下工程隧道施工高度自動(dòng)化的專用機(jī)械設(shè)備，選型合理與否直接關(guān)系到工程風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量、成本，需綜合考慮，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。既涉及到工程所處的水文和地質(zhì)條件，又與地面環(huán)境條件、隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、盾構(gòu)機(jī)本身的部件配置密切相關(guān)，本文通過(guò)對(duì)典型粉砂地層盾構(gòu)選型較重要的三方面滲透性、顆徑、水壓進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合施工過(guò)程中推力、扭矩、出土量、同步注漿量、土倉(cāng)壓力等掘進(jìn)參數(shù)的分析給出施工參數(shù)建議值，為盾構(gòu)選型和施工參數(shù)選擇提供參考建議。

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