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1、西安地铁施工盾构选型分析西安地铁施工盾构选型分析陈馈(中铁隧道集团有限公司,河南洛阳471009)针对西安市轨道交通二号线的地质特征,即黄土的高粘性,湿陷性及砂性土的高磨耗性,高透水性,提出了相应的盾构选型结论及盾构的设计特点.轨道交通;盾构;土压平衡;辐条式刀盘[摘要][关键词][中图分类号]U455.3+9[文献标识码]B[文章编号]1001-1366(2006)09-0034-03AnalysisonselectionofmetroconstructionshieldmachineinXianCHENKui盾构是集机,电,液,控于一体的地下隧道
2、工程机械,具有安全,快速,自动化程度高,对环境影响小,实现工厂化作业的优点,在城市隧道施工中被大量采用.盾构作为盾构法施工的大型专用机械设备,其选型正确与否,无论是对于盾构施工的技术水平,还是对于盾构施工的成本和效益,均起着举足轻重的关键作用.因此,应高度重视盾构的选型工作.1盾构类型的选择盾构选型主要依据工程地质及水文地质,区间隧道设计及施工条件,施工规范及相关标准,结合工程的特点和难点对盾构类型,驱动方式,功能要求,主要参数,辅设配置等进行研究,从安全性,可靠性,适用性,先进性,经济性等方面综合考虑.西安市轨道交通二号线试验段工程张家堡站-尤家庄
3、站地处渭河二级阶地,地形平坦开阔,拟采用盾构法施工.盾构区间左线长1450.75m,右线长1450.6m;隧道埋深13.6～21.6m.盾构区间穿越的地层主要为黄土,古壤土,砂性土,盾构在地下水位以下施工,且新黄土和砂性土渗透系数较大,因此不宜使用敞开的手掘式盾构或半机械式盾构,宜使用密闭型的土压平衡盾构或泥水加压平衡盾构.1.1盾构类型与颗粒级配的关系盾构类型与颗粒级配的关系详见图1.图中右边区域为粘土,淤泥质土区,为土压平衡盾构适用的颗粒级配范围;左边区域为砾石粗砂区,为泥水盾构适用的颗粒级配范围;中间区域为细砂区域,两种盾构都能适用.本工程穿越
4、地层主要为黄土,古壤土,砂性土,细颗粒含量多,碴土易形成不透水的流塑体,容易充满土仓的每个部位,在土仓中可以建立压力平衡开挖面土体,较适宜采用土压平衡盾构.1.2盾构类型与地层类别的关系土压平衡盾构主要适用于粉土,粉质粘土,淤泥质粉土,粉砂层等粘稠土壤的施工,在粘性土层中掘进时,由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出,在螺旋机持土仓压力稳定,使开挖面土层处于稳定.图1盾构类型与颗粒级配的关系内形成压力递降,保泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制,采用膨润土悬浮液(俗称泥浆)作为支护材料.开挖面的稳定是将泥浆送入泥水室内,在开挖面上
5、用泥浆形成不透水的泥膜,通过该泥膜保持水压力,以平衡作用于开挖面的土压力和水压力.开挖的土砂以泥浆形式输送到地面,通过泥水处理设备进行分离,分离后的泥水进行质量调整,再输送到开挖面.从地质条件来看,本工程可使用土压平衡盾构和泥水平衡盾构.但泥水盾构对粘土的分离较困难,施工成本高,因此本工程最适宜采用土压平衡盾构施工.1.3选型结论与土压平衡盾构相比,泥水盾构的造价要高出20%～30%;且泥水盾构需要长距离的送排泥泵,需在地面设置泥水分离站,导致能耗大幅度增加.同时粘性土分离困难,分离成本大,泥水盾构在施工中需要有一套完备的泥水处理系统与之配套,施工场
6、地占地大,且易导致对环境的污染.经综合对比分析,选用土压平衡盾构最适合西安的地质,能确保安全,优质,高效,经济地完成区间隧道工程施工.2刀盘及驱动的选择2.1刀盘结构形式的选择刀盘有面板式和辐条式两种,泥水盾构一般采用面板式刀盘;土压平衡盾构根据土质条件可采用面板式或辐条式.面板式刀盘的优点是通过刀盘的开口限制进入土仓的卵石粒径,其缺点是由于受刀盘面板的影响,开挖面土压≠测量土压,因而土压管理困难;由于受面板开口率的影响,碴土进入土仓不顺畅,易粘结和堵塞,且刀具负荷大,寿命短.在粘土层施工时,则由于刀盘支承将土仓分隔成两个区域,中心区域内的土体流动较
7、差,当土体逐渐增多并最终形成泥饼时,会完全丧失流动性,造成出土不畅,阻力增大,开挖面压力控制不稳定,对控制地面沉降不利.辐条式刀盘(图2)仅有几根辐条,土,砂流动顺畅,有利于防止粘土附着,不易粘结和堵塞;由于没有面板的阻挡,碴土从开挖面进入土仓时没有土压力的衰减,开挖面土压=测量土压,因而能对土压进行有效的管理,能有地控制地面沉降;同时刀具负荷小,寿命长.在黄土,古壤土,砂性土等地层施工时,宜选择辐条式刀盘.2.2刀盘驱动方式的选择驱动方式有三种,一是变频电机驱动,二是液压驱动,三是定速电机驱动.鉴于定速电机驱动刀盘转速不能调节,一般不采用.液压驱动
8、通过电机→液压泵→液压马达进行动力传送,其传动效率约在65%～70%,且液压驱动不仅效率低,而且噪声大,功耗
