丁長(zhǎng)鑫

（長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012）

0 引言

在21世紀(jì)，人們?cè)絹碓阶⒅丨h(huán)保，同時(shí)地上空間越來越緊迫，綜合各方面的因素，地下空間的開發(fā)成為人類的一個(gè)發(fā)展方向，城市化的加速發(fā)展使得城市地下空間開發(fā)利用也同步加快。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展與城市化水平的提高，城市地下空間開發(fā)利用得到了前所未有的發(fā)展。盾構(gòu)施工方法被廣泛地應(yīng)用到了城市地下空間的開發(fā)中，起到舉足輕重的作用，然而針對(duì)不同工程，不同工程地質(zhì)條件，盾構(gòu)機(jī)選型會(huì)面臨很多復(fù)雜的因素，本文結(jié)合昆明某隧道工程項(xiàng)目，針對(duì)其工程地質(zhì)條件，考慮到該工程的不利因素，對(duì)本工程盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行選型。

1 工程地質(zhì)概況

市體育館站—西安路站路段包含約140m的液化砂土地層，西安路站—省博物館站路段包含約泥炭質(zhì)土、有機(jī)質(zhì)土夾層。市體育館站—西安路站路段隧道洞身范圍的土層主要為第四系全新統(tǒng)＜9－3－2＞粉質(zhì)黏土、＜9－6＞粉砂、＜9－8＞礫砂。西安路站—省博物館站路段隧道區(qū)間洞身范圍的土層主要為第四系全新統(tǒng)＜9－2＞黏土、＜9－3＞粉質(zhì)黏土、＜9－4＞泥炭質(zhì)土、＜9－6＞粉砂、＜9－8＞礫砂、＜9－9＞中砂。下伏土層有＜9－4＞泥炭質(zhì)土、＜9－5＞粉土、＜9－5－1＞粉土、＜9－6＞粉砂。

2 本工程影響盾構(gòu)機(jī)選型的不利因素

2.1 下穿建（構(gòu)）筑物及管線

兩個(gè)區(qū)間地面存在多個(gè)建筑物，其中西安路站—省圖書館站區(qū)間下穿建筑物較多，建筑物使用年份較久，且多為灌注樁，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。同時(shí)該范圍管線主要分布在道路兩側(cè)。主要有雨水管、污水管、供電管、給水管、通訊管、燃?xì)夤艿?，區(qū)間在下穿建筑物及管線時(shí)，如果盾構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)土體流失、漏水漏砂、土壓力過低、出土量過大等現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)造成建筑物或管線下沉，后果嚴(yán)重，這些問題都給盾構(gòu)穿越帶來了很大的困難。盾構(gòu)穿越區(qū)間建筑物調(diào)查情況如表1所示。

2.2 在不良地質(zhì)中掘進(jìn)

本標(biāo)段盾構(gòu)穿越地層局部地段為礫砂、中砂，掘進(jìn)時(shí)阻力大，地層透水率大，含水量高且具有承壓性。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)須注意其對(duì)施工設(shè)備的不利作用，防止出現(xiàn)漏水、漏砂等現(xiàn)象。在本工區(qū)盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工的難點(diǎn)還表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.2.1 盾構(gòu)通過泥炭質(zhì)土及有機(jī)質(zhì)土地段

西安路站—省博物館站區(qū)間部分地段存在泥炭質(zhì)土或有機(jī)質(zhì)土夾層，局部地段盾構(gòu)隧道底板位于上述兩種軟弱地層上。該兩種土層地質(zhì)參數(shù)極差，為流塑狀，孔隙比高，含水量高，承載能力低，受擾動(dòng)變形大，固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，盾構(gòu)在該種地層掘進(jìn)控制姿態(tài)較困難，甚至有可能出現(xiàn)“栽頭”的現(xiàn)象。而且若隧道底板位于該種土層中，隧道后期不均勻沉降難以控制，威脅隧道后期運(yùn)營(yíng)安全。需要對(duì)區(qū)間隧道影響范圍內(nèi)存在有機(jī)質(zhì)土和泥炭土的地段實(shí)施加固保護(hù)。

表1 區(qū)間臨近建（構(gòu)）筑物的鑒定調(diào)查表

2.2.2 盾構(gòu)通過可液化地段

市體育館站—西安路站區(qū)間約140m范圍內(nèi)隧頂及拱腰分布有厚度較大的中等液化砂土地層，且該液化地層位于區(qū)間隧道與車站接口部位；為防止地震或振動(dòng)時(shí)液化造成隧道失穩(wěn)或不均勻變位導(dǎo)致?lián)p壞，需對(duì)液化地段盾構(gòu)通過地層進(jìn)行加固。

3 區(qū)間埋深變化大

本標(biāo)段線路埋深變化較大，西安路博物館區(qū)間埋深在9.5～23.3m之間，因此需要充分注意對(duì)漿液質(zhì)量、注漿量、注漿壓力、土壓力的控制，同步注漿要滿足地面沉降的要求。根據(jù)地質(zhì)情況同步注漿可采用雙液漿或者單液漿，在必要時(shí)采用二次注漿進(jìn)行補(bǔ)漿。

另外在該種地質(zhì)中，由于地層壓縮性好，盾構(gòu)調(diào)向和糾偏時(shí)，掘進(jìn)方向不易控制，地層本應(yīng)給盾體鉸接處提供的側(cè)反力由于地層壓縮而被抵消，使調(diào)向和糾偏操作作用不明顯，需要結(jié)合注漿操作才能較好地保持方向的控制，確保隧道較好的線性。

4 針對(duì)本工程盾構(gòu)機(jī)選型

4.1 選型原則及依據(jù)

選型原則及依據(jù)如圖1所示。

盾構(gòu)選型從安全性、可靠性、適用性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，所選擇的機(jī)型應(yīng)盡可能減少輔助施工并能保持開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件。

圖1 盾構(gòu)機(jī)選型流程圖

4.2 盾構(gòu)類型的確定

4.2.1 根據(jù)工程適用性來確定

每種類型的盾構(gòu)都具有自己適應(yīng)的地質(zhì)范圍，但是同時(shí)對(duì)其他地層都有不同程度的局限性，綜合本工區(qū)的地質(zhì)條件和地面情況，適宜的盾構(gòu)類型主要有泥水平衡盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)。泥水盾構(gòu)對(duì)于地質(zhì)條件要求比較嚴(yán)格，主要針對(duì)于無黏聚力的含水砂層以及軟流塑、流動(dòng)性強(qiáng)等特別松軟的地層，也可廣泛用于各種軟弱地層的施工。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適用于各種滲透性較小的軟土層，適用范圍廣。首先對(duì)該工程區(qū)間下穿越區(qū)間多為泥土、黏土、密砂等地質(zhì)條件，靠土的不透水性在螺旋機(jī)內(nèi)形成土塞效應(yīng)抵抗水土壓力。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在泥土地質(zhì)條件下施工時(shí)，由于泥土的連續(xù)性較好，出渣速度快，掌子面容易控制，能夠很好地滿足周邊建筑物沉降的要求。其次土壓平衡盾構(gòu)相對(duì)泥水平衡盾構(gòu)只需要出渣車和配套的門吊，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用較低，而泥水盾構(gòu)需要配置泥水處理設(shè)備，費(fèi)用較高。再次泥水平衡盾構(gòu)配置的泥水處理設(shè)備占地較大，在施工工程需要較大場(chǎng)地，不適用市區(qū)施工環(huán)境。

4.2.2 使用盾構(gòu)機(jī)的類型主要從地層滲水系數(shù)來確定。

當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)大于10－4m／s時(shí)，宜選用泥水盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙酉禂?shù)小于10－7m／s時(shí)，可選用土壓平衡盾構(gòu)。當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)在10－7～10－4m／s之間時(shí)，即可選用土壓平衡盾構(gòu)，也可以選用泥水平衡盾構(gòu)。地層滲透性與盾構(gòu)選型關(guān)系如圖2所示。盾構(gòu)穿越區(qū)間各地層滲水系數(shù)如表2所示。

依據(jù)地層滲透性與盾構(gòu)選型示意圖及隧道洞身地質(zhì)情況，區(qū)間地層絕大部分處于土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)區(qū)，少部分地層土壓及泥水平衡盾構(gòu)均可適應(yīng)。

5 結(jié)語

該工程洞身穿越區(qū)間地層滲透系數(shù)較差，能形成很好的土塞效應(yīng)，掌子面很好地得到控制，通過二次注漿方法很好地控制了地表沉降?？紤]造價(jià)及施工環(huán)境等因素，本工程采用土壓平衡盾構(gòu)很好地滿足了本工程要求。

圖2 地層滲透性與盾構(gòu)選型示意圖

表2 各區(qū)間隧道通過地層滲水系數(shù)表

［1］郭家慶.成都地鐵盾構(gòu)4標(biāo)段泥水與土壓兩種盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47（6）：57－61.

［2］宋克志，王夢(mèng)恕.淺談隧道施工盾構(gòu)機(jī)的選型［J］.鐵道建筑，2004（8）：38－41.

［3］楊書江.成都地鐵泥水平衡及土壓平衡盾構(gòu)法施工對(duì)比［J］.建筑機(jī)械化，2011（6）：24－27.

［4］琚時(shí)軒.土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)的特點(diǎn)及適應(yīng)性分析［J］.工程機(jī)械，2007，38（12）：20－24.