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北京地區(qū)盾構(gòu)機(jī)選型需考慮的因素

Tag：盾構(gòu)機(jī)  
    內(nèi)容摘要：根據(jù)城市地鐵的使用要求以及城市交通網(wǎng)的規(guī)劃，地鐵隧道必然存在曲線部分，而節(jié)能型車站通常為進(jìn)站上坡出站下坡，也有坡度較大的豎曲線部分；另外地鐵隧道線形設(shè)計或施工時，常為避開既有構(gòu)筑物，不得已改變線形，也會出現(xiàn)曲線。 

    1、工程地屬條件 

    (1)粘性土及粉土層 

    盾構(gòu)機(jī)在此地層中施工時，一般較容易控制，但常會發(fā)生刀盤粘附導(dǎo)致增大阻力和螺旋輸送機(jī)的粘附堵塞，因而盾構(gòu)機(jī)選型時應(yīng)注重在刀盤形式、開口率、刀具、加泥位置等考慮解決方法。 

    (2)砂性土層盾構(gòu)機(jī)在砂性土層施工比在粘土層施工稍為困難。砂性土一般摩擦阻力大，滲透性好，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)擠壓下水分很快排出，土體強(qiáng)度提高，故不僅盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)摩擦阻力大，而且開挖面土壓力也較大，常會導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩和總推力不足。另外，盾構(gòu)機(jī)密封艙內(nèi)刀具切削下來的砂土不易攪拌成均勻的塑流體，特別是在無水砂性土層中施工，有時甚至實(shí)現(xiàn)不了與開挖面土壓力保持動態(tài)平衡的需要，操作不當(dāng)會出現(xiàn)開挖面上方的局部坍塌。再有，北京地區(qū)砂性土中石英含量較大，刀具磨損較嚴(yán)重，并伴有損壞盾尾密封系統(tǒng)的現(xiàn)象。因此盾構(gòu)機(jī)選型時，應(yīng)將設(shè)備的推力、刀盤的扭矩、形式、開口率，以及加泥加泡沫系統(tǒng)等內(nèi)容作為重點(diǎn)統(tǒng)籌考慮。 

    (3)砂卵石地層 

    北京地區(qū)的砂卵石地層一般級配良好，含砂率在25％ ～40％之間．盾構(gòu)機(jī)在此地層中施工遠(yuǎn)比在砂性土層中施工困難：首先是盾構(gòu)機(jī)密封艙內(nèi)建立土壓平衡比較困難，甚至盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)不了土壓平衡的功能；其次是大粒徑砂卵石不但切削或破碎困難，而且切削下來的碴土經(jīng)螺旋輸送機(jī)向外排出也十分困難；再次是刀盤(刀具)和螺旋輸送機(jī)以及密封艙內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，而且盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的震動和噪音對周邊環(huán)境影響較大等等。因此盾構(gòu)機(jī)選型 時，必須從如何解決上述三個問題出發(fā)，對刀盤支撐方式、刀盤形式，刀具形狀及布置方式，加泥加泡沫系統(tǒng)等方面認(rèn)真研究，保證所選機(jī)型適應(yīng)砂卵石地層的施工。 

    (4)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、中細(xì)砂互層 

    對于此類地層，盾構(gòu)機(jī)施工比較容易．有時甚至不用加泥只需加水即能順利施工。 

    (5)中砂、粉質(zhì)粘土、砂卵石互層 

    對于此類地層，盾構(gòu)機(jī)施工比砂性土層困難，而遠(yuǎn)比砂卵石層容易，所需注重問題與前三項(xiàng)類似，但因?yàn)閹最惖刭|(zhì)交互的原因，情況有較大變化。 

    2、工程水文條件 
    
    對于采用密閉式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)施工，除工作井施工需要考慮降水外，區(qū)間隧道盾構(gòu)機(jī)施工時對地下水只需稍加注意即可(對于密封0.6MPa以下的水壓力，就目前盾構(gòu)機(jī)技術(shù)水平已很容易)。對于城市特殊水，因其產(chǎn)生原因和作用于土體的狀況復(fù)雜多變，不易一概而論。有些情況其對地層土體物理力學(xué)性能的影響較大，如土體被特殊水長期浸泡變軟或由于管道滲漏其周圍土體不斷被水帶走后形成不規(guī)則空穴等等，給盾構(gòu)施工沉降控制造成很大困難。因此盾構(gòu)機(jī)選型肘對城市特殊水的影響需特別加以考慮。 

    3、曲線施工 

    根據(jù)城市地鐵的使用要求以及城市交通網(wǎng)的規(guī)劃，地鐵隧道必然存在曲線部分，而節(jié)能型車站通常為進(jìn)站上坡出站下坡，也有坡度較大的豎曲線部分；另外地鐵隧道線形設(shè)計或施工時，常為避開既有構(gòu)筑物，不得已改變線形，也會出現(xiàn)曲線。因此盾構(gòu)機(jī)所裝備的功能，應(yīng)滿足曲線推進(jìn)的要求。設(shè)計在曲線段一般采用楔形管片，但為減少曲線施工對土層的干擾，專家認(rèn)為除采用楔形管片外，設(shè)計盾構(gòu)機(jī)時還可以考慮采用油壓分區(qū)控制、實(shí)現(xiàn)千斤頂可自由編組；或采用仿形刀裝置、鉸接機(jī)構(gòu)等功能綜合解決。 

    4、地下構(gòu)筑物眾多 

    北京是一個擁有一千多萬人口的特大城市，地下修建了大量的構(gòu)筑物，如上下水管道、煤氣、熱力、電力、通訊、人防工程等。北京又是一個古老的城市，除地下可能有大量文物外，舊繁華市區(qū)還可能存在一些年代久遠(yuǎn)、損壞嚴(yán)重、存在嚴(yán)重滲滑的各種管道。而由于歷史的原因，北京市城市建設(shè)檔案管理相對滯后，很難弄清地下各種構(gòu)筑物的分布狀況。工程勘測時，因鉆孔距離的局限，隧道沿線總存在勘測的空當(dāng)，實(shí)際上還存在地鐵隧道上方地面現(xiàn)有大量房屋建筑，不能實(shí)施勘測。因此盾構(gòu)法施工過程中，會遇到各種障礙物或異物，并且往往不具備從地面進(jìn)行處理的條件，給盾構(gòu)掘進(jìn)施工帶來意想不到的困難。盾構(gòu)機(jī)選型時，應(yīng)考慮北京地下構(gòu)筑物眾多的現(xiàn)實(shí)，提出相應(yīng)的解決辦法。 

    5、淺覆土及隧道穿越建筑物下方 

    隧道穿越建筑物下方，特別是舊有民房(穿越其它現(xiàn)存構(gòu)筑物兩者距離過近的情況也可劃歸此類)，是城市隧道采用盾構(gòu)法施工的首選原因；另由于種種原因，地鐵隧道總會有局部埋深不大，隧道覆土較淺的地段，故盾構(gòu)機(jī)在上述條件下施工不可避免。對此稍作分析即可知道，這兩種情況下盾構(gòu)法施工所需要考慮的問題都是如何控制土體(地面)沉降或變形，避免引起地面建筑物下沉、傾斜、開裂或者避免造成相鄰構(gòu)筑物損壞。根據(jù)盾構(gòu)法施工經(jīng)驗(yàn)．如果施工控制不好，確實(shí)會引起隧道前方或周邊土體產(chǎn)生較大沉降與變形，造成地面房屋開裂或嚴(yán)重干擾相鄰構(gòu)筑物。因而盾構(gòu)機(jī)選型時，將盾構(gòu)機(jī)配備控制土體沉降與變形的功能以及具有操作簡便、靈巧等性能作為重點(diǎn)考察內(nèi)容。 

    6、同一臺盾構(gòu)機(jī)多次解體、搬運(yùn)、組裝調(diào)試與掘進(jìn) 

    根據(jù)北京地區(qū)地質(zhì)條件，盾構(gòu)機(jī)的使用壽命一般可達(dá)6km甚至10km以上，而盾構(gòu)法隧道工程標(biāo)段劃分不會過大，估計在兩個區(qū)間左右，即單線長度不大于4km，低于盾構(gòu)機(jī)的使用壽命。專家認(rèn)為應(yīng)考慮我國國情，盡可能增加盾構(gòu)機(jī)用于工程施工的長度。故所選盾構(gòu)機(jī)在確保適應(yīng)北京各類地層施工的前提下，須充分考慮盾構(gòu)機(jī)分塊的合理性，既要保證盾構(gòu)機(jī)的整體質(zhì)量，又要滿足便于組裝、解體和搬運(yùn)的要求。

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