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1、南京地铁建设盾构机选型1 南京地铁1号线盾构隧道概况 南京地铁1号线一期工程南起奥体中心站,北至迈皋桥,全长21.72km,共15个区间。其中5个半区间采用土压平衡盾构施工,盾构推进总长度约10.9km。设计由上海隧道设计院和中铁洛阳隧道设计院承担。盾构隧道最大覆土厚度15m,最小厚度仅有0.7m;隧道纵坡为V形,最大纵度为33%,形成高站位,低区间;最小平面曲线半径为400m。盾构隧道主要穿越的地层有:可塑-软流塑的粉质粘土、粉土、粉细砂、粉砂夹细砂。其中淤泥质粘土具有高压缩性,极易产生土体流动,开挖
2、面极不稳定;粉细砂,粉砂夹细砂含水量丰富,透水性强,极易产生涌水、涌砂;尤其是有一段150m长的隧道处于严重的液化区,设计、施工中考虑了液化影响。 盾构隧道线路穿越的市中心区,街道狭窄,交通繁忙,道路两侧高楼林立,地下管线繁多。区间隧道要穿越秦淮河、金川河、古城墙、在建的玄武湖公路隧道,以及多栋建筑物。盾构穿越秦淮河时上面覆土仅有0.7m,与在建的玄武湖公路隧道底板最小净距也仅为1m,施工难度很大。 2 盾构机选型 南京地铁1号线盾构隧道内有4台盾构施工,其中3台为德国海瑞克公司生产,1台为日本
3、三菱公司生产。根据南京的地质和水文条件,主要是淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、粉土,地下水位位于地表下1～2m,渗透系数为5×10-3cm/s,易液化。采用的盾构类型只能是泥水盾构和土压平衡盾构两种。由于泥水盾构在施工中需要泥浆池进行泥水分离,占地较大,对环境会造成一定的污染,且盾构价格贵,设备技术不易掌握。土压平衡盾构适合于粉质粘土、含水砂质粉土层,另外,配备加泥装置,对控制地表沉降效果很好。因此,四台盾构均选用土压平衡盾构。 现以盾构三标的盾构机为例,介绍盾构机的主要参数。该台盾构机设计最大埋深18m
4、,最大爬坡为35‰,最小转变半径为300m;盾构最大推力为3560t,由16对32个千斤顶组成;盾构的外径为6340mm,盾构主机长7400mm,盾构总长度60m;刀盘最大旋转扭距为469.4t·m,刀盘的开口度为40%。 3 盾构隧道施工 3.1 盾构掘进的基本情况 南京地铁1号线盾构区间隧道单线推进长度为10.9km,分三个标段,分别由4台盾构掘进。其中盾构一标为中华门站北工作井—三山街站(试验段)和新街口—珠江路区间,由上海隧道公司采用日本三菱盾构施工;该标段单线推进长度3.206km,计
5、划2003年10月底完工,总工期31个月;该段隧道顶部覆土较薄,试验段仅有4～10m;盾构穿越内秦淮河时,需进行抗浮处理,盾构机距抗浮板底面仅有0.8m。盾构二标为三山街—张府园—新街口,单线推进长度3.06km,计划2003年10月底完工;该段由上海基础公司采用德国海瑞克公司的盾构施工。盾构三标为玄武门—许府巷—南京站区间,单线推进长度4.57km,计划2003年12月底完成;该标段由洛阳隧道局采用2台德国海瑞克公司的盾构施工。该标段工程难点较多,盾构需穿越玄武湖、在建的玄武湖隧道、古城墙、金川河和多栋建筑
6、群,盾构局部穿越粉细砂地层。从目前施工情况来看,盾构施工比较顺利,现成功穿越了在建的玄武湖隧道、内秦淮河、金川河,沉降控制达到预期的要求。盾构平均推进速度达8～10环/天,盾构三标最高可达17环/天。 3.2 盾构进出洞加固 盾构区间隧道共有24个进出洞端头,根据地质条件、水文条件和地面环境分析,需全部进行加固处理。盾构进出洞是盾构施工中技术难度大、工序较复杂的施工阶段,一旦处理不当,洞门外土体易塌方或流失,甚至使盾构失去控制。因此在认真做好地质与环境调查基础上采取合理的加固方案,严格控制盾构机进入
7、加固区前的操作,适当对开挖面注入膨润土泥浆等,并低速推进,低速转动大刀盘,严防超负荷运转,以免产生盾构进入接收工作井前大刀盘被搅拌桩或旋喷桩卡住而强行推进的不利现象。 进出洞端头井地层加固范围为隧道全断面开挖轮廓线外3.0m,始发端加固长度为6.0m,到达端加固长度为3.5m。但从施工情况看,在砂层地段3.5m的盾构到达段加固长度显得较短。 盾构工作井加固方法的选取应根据地质、水文、周围环境合理选取。南京地铁由于其地质的复杂性,因地制宜地采用了多种加固方法,如深层搅拌、高压旋喷、井点降水、冷冻法等
8、,有时可多种方法并用。深层搅拌法适合于粘性土层、淤泥质土层;高压旋喷法适用于砂性土、粉土。加固后的土体强度控制在无侧限抗压强度为0.5MPa左右。加固土体应均匀、密封防流砂,这对盾构安全进出洞至关重要。 从目前盾构进出洞施工情况看,盾构三标在出许府巷及进玄武门时施工比较顺利,但盾构二标、盾构一标在进出洞时出现了一些问题。例如,盾构二标在某站南端头盾构出洞时曾出现两次流砂,流砂量达110m3,主要
