土压盾构技术在我国地铁隧道工程中的应用和发展

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1、1.我国城市地铁工程的概况城市地铁工程是一种快捷、安全、大众化的交通形式。世界上先进国家中，城市人口达200万以上的城市都建有地铁，并成为主要的交通方式。我国上海、北京、广州已建成7条约120km长的地铁，正在各大城市建设的地铁工程10项，长约250km。地铁区间隧道工程的施工己经越来越多地采用先进、安全的盾构掘进。上海、广州、北京、深圳、南京、天津等地铁工程目前有50余台土压盾构用于区间隧道施工。其中，90%为Ø6.14~6.34m的土压盾构，上海地铁还引进5台Ø6.3m×W10.9m双圆型土压盾构正在进行双圆隧道掘进施工。土压盾构具有土层适应性广、机械化程度高

2、、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点，在地铁隧道工程中有广泛的发展前途。2.土压盾构的机理和适用地层土压盾构依靠大刀盘旋转切削开挖面土体，土砂切削后进入刀盘后的密封土舱，通过土舱下部的螺旋输送机把土砂送至盾构机后部，如图l所示。通过调整刀盘转速、推进速度、螺旋机转速来调整切削土量和出土量，并保持土舱压力，使之与开挖面土压力保持平衡。图1土压平衡原理图Fig.1Schematicofprincipleofearthpressurebalance土压盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合型的土压盾构。在砂性、砂

3、砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工时，应在土舱、螺旋机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫，以改良土砂的塑流性能[1]。1989年，上海地铁1号线开工建设全长14.57km。其中，17.37km上、下行区位隧道采用盾构法施工。该区浅层土为第四纪沉积层，隧道埋深6~15m，隧道穿越的地层为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥质夹粉砂土，其主要指标见表1.表1上海地铁隧道穿越地层土的主要指标Table1KeyparametersofsoilstratapassedthroughbyShanghaimetrotunnel路桥求职路桥招聘路桥英才网英才网地铁隧道外径6.2m，环宽lm

4、，管片厚0.35m，由6块管片拼装而成。隧道掘进施工选用对开挖面影响小、机械化程度高、掘进速度快的Ø6.34m土压盾构。经国际招标，7台Ø6.34m土压盾构由法国FCB公司、上海隧道工程股份有限公司、上海隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合中标，利用法国混合贷款1.32亿法郎。第1台Ø6.34m土压盾构于1991年6月始发推进，如图2所示，其主要工作参数见表2。图2Ø6.34m土压平衡盾构Fig.2Ø6.34mEPBshieldmachine1993年2月上海地铁1号线全线贯通，掘进施工期仅20个月，每台盾构的月掘进长度达200~250m。盾构掘进施工推力为1000

5、0~12000kN，土压控制为0.16~2.0MPa，推进速度为10~30mm/min。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等，地面沉降控制为-3~+1cm。1995年上海地铁2号线24.12km区间隧道开始掘进施工，地铁1号线工程所用的7台Ø6.34m土压盾构经维修以后，继续用于2号线区间隧道掘进。同时，又从法国FMT公司和上海的联合体购置2台土压盾构，上海隧道工程股份有限公司制造1台土压盾构，共计10台土压盾构用于隧道施工。于2000年开工兴建的上海地铁4号线工程区间隧道仍使用这10台Ø6.34m土压盾构施工。2001年又向日本三菱重工购置4台Ø6.34m土

6、压盾构，共计14台盾构掘进施工。2002~2003年，上海地铁8号线、6号线、9号线相继建设，由于1990年购置的7台土压盾构每台已经掘进9km以上，早已超过5km/台的设计使用寿命。2002年以来，又陆续采购10台Ø6.34m土压盾构，使上海地铁使用的盾构达到24台。表2Ø6.34m土压平衡盾构主要工作参数Table2KeyworkingparametersofØ6.34mEPBshieldmachine路桥求职路桥招聘路桥英才网英才网4.南京地铁1号线区间隧道Ø6.34m土压盾构施工[2]南京地铁1号线全长22.72km。其中有10.9km区间隧道采用盾构法施

7、工。隧道外径6.2m隧道覆土厚6~15m，隧道穿越的地层有粉质粘土、粉砂、粉土，含水量饱和，透水性强。南京地铁1号线三山街站—珠江路站隧道由上海隧道工程股份有限公司施工，其他2个标段分别由中铁隧道集团公司和上海机械化施工公司施工。3台Ø6.34m土压盾构分别从日本三菱和德国海瑞克公司引进。2001年7月，第1台盾构从三山街站始发推进，盾构的主要工作参数与上海土压盾构相近。其推力为10000~12000kN，推速度为200~250m/月。盾构穿越内秦淮河时，河底与隧道的最小覆土厚约为0.7m采取多种技术措施，土压力设定控制在0.05~0.13MPa，使盾构顺利穿越。

8、5.北京地