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富水砂砾石地层地铁区间隧道盾构机选型分析
下面是本店铺给大家带来关于富水砂砾石地层地铁区间隧道盾
构机选型分析,以供参考。
成都地铁一号线一期工程盾构区间隧道将基本在局部含大漂石
的砂砾地层通过,且地下水位高,因此盾构机型式的确定是很关键的。
盾构机选型受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件、工期要求、
造价等多种因素的制约,本文综合各种因素对盾构机的选型进行了分
析,提出了一些针对成都地铁一号线盾构机选型的建议供参考。
1工程背景
1.1工程地质及水文地质条件
成都地铁一号线一期工程北起红花堰,南至规划的世纪广场,线
路总长15.15km。其中红花堰站到桐梓林站之间的区间隧道拟采用盾
构法施工,总长约为10.6km。据目前的地质勘察资料,盾构通过区
间基本位于Q3层,该Q3卵石士层为中密到密实,稍湿到饱和,直径
大于5cm的砾石含量一般都在50%以上,可能还随机分布直径大于
20cm的砾石层甚至胶结砾石层,部分区段还夹砂土透镜体,土中第
四系孔隙潜水较发育,渗透系数K=10~20m/d。地下水位均在盾构上
方,北段水位埋深大致为4.5~6.8m,南段水位埋深大致为7.0~10.0m。
1.2工程地质特点及难点
成都地铁将要穿越的地层的地质条件十分复杂和困难,采用盾构
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法施工,面临的困难是地下水位高、大砾石和漂石的处理以及长距离
在砂砾石地层中掘进,怎样综合处理好上述三种因素,国内尚无先例,
在国外也无完全成熟的经验,因此盾构机的选择很关键。
2盾构机的适应性分析
参考国内外在类似含砂砾地层施工的工程实例,成都地铁一号线
一期工程将着重考虑敞开式盾构机、加泥式土压平衡盾构机和泥水平
衡式盾构机这三种盾构设备的适应性及其特殊设计制造的可能性。下
面分别阐述三种盾构机如何适应成都的特殊情况。
2.1敞开式盾构机的适应性
敞开式盾构机的特点是掘削面呈敞露状态,故挖掘状态是干挖
态,所以出土效率高。这种形式的盾构可根据其机械化程度的差异,
分为人工式、半机械式、机械式三种。全敞开式盾构机用于掘削面自
稳性好的地层(如:洪积层压实砂、砂砾、固结粉砂及黏土)。对自稳
性差的地层(如:冲积层中的砂层、粉砂层及黏土层)而言,应辅以压
气、降水、注浆加固等措施,以便确保掘削面的稳定。敞开式盾构在
成都地层掘进的前提是需沿线大范围的地面降水,同时为了保障施工
沿线上方建筑的安全,以及防止开挖掌子面的失稳,采用预注浆和超
前管棚等辅助施工措施是必要的。
敞开式盾构机在成都地层中使用的优点是:①对盾构设备的要求
较低,可实现国产化;②可形成多种断面形式,如矩形、马蹄形等;
③漂石、砂卵石等对开挖的制约小。
但敞开式盾构机在成都地层中使用也有许多不利因素,主要表现
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在以下几个方面:①需要采取强有力的辅助施工措施进行超前地层加
固,否则,掌子面土体难以实现自稳,会诱发严重的安全事故。虽然
成都地层在降水情况下地表的下沉量较小,但是地面高楼林立,防范
措施必不可少,而以目前的工程实例来看,在成都地层中实施预注浆
和超前管棚这些辅助措施的效果并不好;②对地下水生态环境会造成
严重破坏。由于需要沿线大范围地面降水,这将在施工地段周围产生
很大的降水漏斗,周围的水环境将受到严重的不利影响,甚至会导致
地面绿化带的枯死。同时,当注入有机浆液加固地层时,会使地下水
受到污染(如1974年日本福岗曾发生注浆污染地下水事件);③虽然
敞开式盾构机的设备费用和人工开挖费用较低,但加上其辅助加固费
用,成本不一定得到降低;④为了节约成本,如果采取人工开挖,施
工进度缓慢,容易延误工期,会影响整个工程的进度。同时若采用了
压气的辅助工法,则当压气气压0.15ψPa时,操作人员会患高压病,
直接威胁人体健康;⑤成都地铁一号线将穿过小沙河、府河及南河三
条河流的下方,这些地方怎样降水通过是一难题。
综合上述各种利弊因素,在成都地区采用敞开式盾构机进行施工
需要慎重考虑。
2.2加泥式土压平衡盾构机的适应性
土压平衡式盾构属于闭胸式盾构,盾构掘进时其前端刀盘旋转切
削土体,切削下来的土体涌入土舱,当切削土体充满土舱时,由于盾
构的推进作用,致使切削土体对切削
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