程國(guó)良，李彥錦，楊 俊，陳 健

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430070；2.華中科技大學(xué)國(guó)家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430074；3.華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

現(xiàn)代都市人口集中、建筑密集、地上地下交通結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1]，對(duì)城市地下軌道交通建設(shè)工程的速度、噪聲、擾動(dòng)等都提出了較高的要求。盾構(gòu)法是一種全機(jī)械化的暗挖施工方法，具有速度快、噪聲小、擾動(dòng)小、勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此被廣泛運(yùn)用于我國(guó)的地下鐵路建設(shè)中。

與傳統(tǒng)的施工方法相比，盾構(gòu)法相對(duì)安全、快捷。但盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率很大程度上要受地層、水文等工作環(huán)境的影響。此外盾構(gòu)機(jī)的選型也受到工程設(shè)計(jì)參數(shù)，如隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑、隧道最大爬坡坡度等的約束[3]。在盾構(gòu)作業(yè)過(guò)程中，除刀盤上的部分刀具可以進(jìn)行停工更換以外，其構(gòu)型等方面都難以改變[4]。因此盾構(gòu)機(jī)選型必須考慮工程地質(zhì)條件與盾構(gòu)機(jī)之間的適應(yīng)性問(wèn)題。盾構(gòu)機(jī)的選型和工程地質(zhì)條件之間的低適應(yīng)性會(huì)嚴(yán)重影響盾構(gòu)機(jī)在施工中的性能發(fā)揮，增加事故發(fā)生的概率，帶來(lái)一系列成本增加、項(xiàng)目延期及人員安全等方面的風(fēng)險(xiǎn)[5]。Dammyr等[6]在研究中指出挪威海底隧道掘進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)與當(dāng)?shù)氐谋∪趸鶐r環(huán)境存在適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)；在Bilgin[7]的記錄中，土耳其10條不同隧道均因?yàn)樗x盾構(gòu)不能完全適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膹?fù)雜地層條件而產(chǎn)生磨刀盤、結(jié)泥餅等問(wèn)題，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致管片全部失效，隧道廢棄。郭松濤等[8]在研究中也指出有必要對(duì)盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理選型，提升盾構(gòu)對(duì)地層的適應(yīng)性，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，盾構(gòu)機(jī)選型及其地層適應(yīng)性分析是盾構(gòu)機(jī)選型工作中非常重要的一環(huán)。

鑒于以上原因，本文以武漢地鐵12號(hào)線項(xiàng)目中的丹科區(qū)間越江隧道為依托，分析大直徑盾構(gòu)在復(fù)合地層中穿越江底時(shí)可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上探討該區(qū)間盾構(gòu)選型為了適應(yīng)該區(qū)間地層環(huán)境而做出的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)，以為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

武漢市軌道交通12號(hào)線是武漢地鐵第四期建設(shè)規(guī)劃中最長(zhǎng)的線路，也是首條獨(dú)立環(huán)線，是亞洲最長(zhǎng)的城市地下軌道交通環(huán)線。線路全長(zhǎng)約60km，其中涉及盾構(gòu)區(qū)間38個(gè)，區(qū)間地質(zhì)條件復(fù)雜，2次穿湖(墨水湖、沙湖),3次過(guò)江(2次長(zhǎng)江、1次漢江)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的地層適應(yīng)性提出了較高要求。

1.1 丹科區(qū)間概況

武漢地鐵12號(hào)線科普公園站—丹水池站區(qū)間越江隧道位于二七長(zhǎng)江大橋下游，單洞雙線，自青山區(qū)科普公園站起依次下穿園林路、武九綜合管廊、武昌江堤、長(zhǎng)江航道、漢口江堤、京廣鐵路貨場(chǎng)支線、京廣鐵路、合武高架橋、丹南社區(qū)，到達(dá)丹水池站，如圖1所示。

圖1 越江隧道工程地理位置Fig.1 Geographical location of cross-river tunnel project

該隧道全長(zhǎng)4 011m，是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的穿越長(zhǎng)江地鐵隧道。其中穿越江面寬度約2 160m，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑12.55m，最大埋深45.5m，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。該區(qū)間地質(zhì)條件復(fù)雜，水壓大，長(zhǎng)距離穿越長(zhǎng)江，埋深大，具有長(zhǎng)、難、深、險(xiǎn)等特點(diǎn)，極具挑戰(zhàn)。

表1 隧道參數(shù)匯總Table 1 Summary of tunnel parameters

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

丹科區(qū)間隧道工程穿越地層復(fù)雜多變，具有多種地質(zhì)形態(tài)，且分布不均。在勘探深度內(nèi)包含覆蓋層和基巖兩大類。就覆蓋層而言，主要成分是富含承壓水的粉細(xì)砂及中粗砂，其承載力較高，壓縮性低，透水性中等或強(qiáng)，易發(fā)生涌砂破壞，工程性能較差；就基巖而言，主要成分是不同風(fēng)化程度的泥巖，其構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，裂面以高角度為主，巖芯以碎塊狀為主，最大單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到50MPa。

該隧道開(kāi)挖延伸方向上的土體性質(zhì)相差懸殊。隧道開(kāi)挖先后經(jīng)過(guò)的地層主要包括④21粉細(xì)砂、④22粉細(xì)砂、④2a粉質(zhì)黏土、e-1擠壓破碎嚴(yán)重的粉砂質(zhì)泥巖、e-2擠壓破碎較嚴(yán)重粉砂質(zhì)泥巖、e-3擠壓破碎的粉砂質(zhì)泥巖以及e-5泥質(zhì)粉砂巖，7種地層在掘進(jìn)范圍內(nèi)所占比例如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)隧道穿越地層比例示意Fig.2 The proportion of shield tunnel crossing stratum

復(fù)合地層的土體性質(zhì)差異除了體現(xiàn)在隧道開(kāi)挖延伸方向之外，也體現(xiàn)在開(kāi)挖斷面范圍內(nèi)。隧道會(huì)在江中段約2 701m處遇到基巖，隨著隧道掘進(jìn)，開(kāi)挖面將依次經(jīng)歷粉細(xì)砂-擠壓破碎嚴(yán)重粉砂質(zhì)泥巖復(fù)合斷面層、擠壓破碎粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖復(fù)合斷面層、粉細(xì)砂-擠壓破碎嚴(yán)重粉砂質(zhì)泥巖復(fù)合斷面層3處上軟下硬的復(fù)合斷面。整體區(qū)間的復(fù)合地層縱剖面如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)區(qū)間縱剖面復(fù)合地層示意Fig.3 Composite strata in longitudinal section of shield tunnel

本區(qū)間位于長(zhǎng)江一級(jí)階地，其地下水主要有上層滯水、孔隙承壓水和基巖裂隙水[9]。上層滯水主要賦存于填土層及表層黏性土的植物根管發(fā)育帶中，其含水量與透水性差異較大。勘察期間，初見(jiàn)水位埋深多在1.0～3.0m，該層孔隙水對(duì)擬建工程施工影響較小。第四系松散巖類孔隙水主要賦存于第四系砂礫層中，為本場(chǎng)區(qū)主要含水層，大多具承壓性，長(zhǎng)江水域該類含水層接受豎向補(bǔ)給，兩岸側(cè)主要接受側(cè)向補(bǔ)給，并進(jìn)行側(cè)向排泄；基巖裂隙水水量受節(jié)理裂隙發(fā)育程度控制，在擠壓破碎嚴(yán)重的粉砂質(zhì)泥巖中量較小，在擠壓破碎較嚴(yán)重的粉砂質(zhì)泥巖及擠壓破碎粉砂質(zhì)泥巖中水量較大，具微承壓性。

2 地層適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

盾構(gòu)與工程環(huán)境的適應(yīng)性指盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)各組成部分適應(yīng)工程環(huán)境各方面的能力[10]。盾構(gòu)機(jī)選型必須針對(duì)不同的工程地質(zhì)和水文特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。想要針對(duì)性地提高盾構(gòu)選型的適應(yīng)性，就必須分析待建工程的地質(zhì)和水文特征，提取施工重難點(diǎn)，識(shí)別其中可能存在的適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)。

總體而言，丹科區(qū)間隧道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，面對(duì)的地層環(huán)境復(fù)雜，水土壓力大，對(duì)盾構(gòu)機(jī)本身及其附屬設(shè)施的要求較高。其地層適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果如表2所示。

表2 適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)清單Table 2 Adaptation risk checklist

2.1 開(kāi)挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)

就盾構(gòu)選型而言，討論隧道開(kāi)挖面的穩(wěn)定性需要分析地質(zhì)水文條件和隧道設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的因素。

考慮工程地質(zhì)和水文特征等自然條件，丹科區(qū)間的砂類土層水頭高、透水性大、流塑性差且易擾動(dòng)，不利于維持盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定。同時(shí)區(qū)間巖層部分節(jié)理較為發(fā)育，這一點(diǎn)也會(huì)在開(kāi)挖時(shí)成為降低盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的不利因素。

從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，區(qū)間江中段埋深大，水土壓力大，最大水土壓力高達(dá)0.8MPa，巨大的壓力為盾構(gòu)開(kāi)挖面的穩(wěn)定性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。同時(shí)區(qū)間本身盾構(gòu)開(kāi)挖直徑超過(guò)了12m，開(kāi)挖作業(yè)面積大，相應(yīng)的對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定性要求會(huì)更高。

丹科區(qū)間設(shè)計(jì)為一條大直徑、大埋深、長(zhǎng)距離掘進(jìn)的隧道，本身有較高的開(kāi)挖面穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。加之砂類土和基巖環(huán)境中的種種不利因素，最終使得該區(qū)間在盾構(gòu)的開(kāi)挖面穩(wěn)定性方面呈現(xiàn)較顯著的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.2 刀盤刀具磨損風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)主要通過(guò)刀盤刀具切削土體來(lái)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)，復(fù)雜的地層環(huán)境對(duì)刀盤刀具的影響巨大。

齒刀在砂類土層中可以有效切削土體，但其在巖層中的破巖能力十分一般；滾刀刀刃鋒利，有較好的破巖效果，但在砂類土層中往往因入巖深度過(guò)大在刀刃處產(chǎn)生較大的摩擦力，導(dǎo)致刀刃產(chǎn)生較大磨損，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)滾刀正常轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙，從而導(dǎo)致滾刀偏磨，如圖4所示。丹科區(qū)間復(fù)合地層中的土體性質(zhì)差異較大，開(kāi)挖斷面范圍內(nèi)和開(kāi)挖延伸方向上均存在軟硬不同的土體，這對(duì)刀盤刀具在不同土體中的適應(yīng)能力構(gòu)成了不小的挑戰(zhàn)。

圖4 在粉細(xì)砂中轉(zhuǎn)動(dòng)受阻導(dǎo)致嚴(yán)重偏磨的滾刀Fig.4 Partially worn hob due to restricted rotation in fine sand

其次，過(guò)江隧道洞身大范圍穿過(guò)擠壓破碎嚴(yán)重的粉砂質(zhì)泥巖、擠壓破碎較嚴(yán)重粉砂質(zhì)泥巖，局部穿過(guò)擠壓破碎粉砂質(zhì)泥巖，巖體強(qiáng)度平均在40MPa左右，破碎顆粒粒徑5～20cm，在泥質(zhì)粉砂巖中單軸抗壓強(qiáng)度則高達(dá)60MPa。在這種環(huán)境下進(jìn)行掘進(jìn)，刀具壽命面臨極大的挑戰(zhàn)。

此外，考慮到本區(qū)間盾構(gòu)隧道距離長(zhǎng)、直徑大，刀具的行駛里程和磨損量會(huì)比普通盾構(gòu)更大，這更增加了刀盤刀具磨損風(fēng)險(xiǎn)，增加了掘進(jìn)過(guò)程中換刀和刀盤修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 密封失效風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)的密封系統(tǒng)是將盾構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部與外界環(huán)境隔離的系統(tǒng)。良好的密封系統(tǒng)可以防止地下水涌入盾構(gòu)內(nèi)部、防止同步注漿和二次注漿漏漿，也可以減小施工過(guò)程中的水土流失進(jìn)而控制地表沉降[11]。

丹科區(qū)間盾構(gòu)隧道的始發(fā)段和接收段都位于長(zhǎng)江一級(jí)階地，主要是富含地下水的粉細(xì)砂層和粗砂層。區(qū)間中部江底段共2 160m，江中最大水深32.94m，最大水壓可達(dá)0.72MPa。本區(qū)間使用的是泥水平衡盾構(gòu)，這種高水壓環(huán)境對(duì)其主軸承及盾尾的密封性能有較高要求。若盾構(gòu)選型和設(shè)計(jì)時(shí)考慮不當(dāng)，很容易導(dǎo)致密封系統(tǒng)失效或損壞，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和安全。

3 盾構(gòu)選型結(jié)果分析

丹科區(qū)間的盾構(gòu)機(jī)選型地層適應(yīng)性分析主要依據(jù)本區(qū)間的設(shè)計(jì)方案參數(shù)和地質(zhì)水文條件參數(shù)，參考國(guó)內(nèi)外已有類似地層的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)盾構(gòu)機(jī)維持開(kāi)挖面穩(wěn)定性的能力、刀盤刀具地層適應(yīng)性能力以及高水壓環(huán)境下的密封適應(yīng)能力進(jìn)行分析和驗(yàn)證。盾構(gòu)機(jī)目前選型方案各參數(shù)與本標(biāo)段所需條件對(duì)比如表3所示。

表3 盾構(gòu)機(jī)參數(shù)與本標(biāo)段需求對(duì)比Table 3 Comparison between shield machine parameters and project requirements

3.1 刀盤系統(tǒng)選型結(jié)果分析

本工程在開(kāi)挖斷面范圍內(nèi)和開(kāi)挖延伸方向上土體性質(zhì)差異較大，盾構(gòu)刀盤在設(shè)計(jì)時(shí)為了適應(yīng)這種復(fù)合地層做出了一系列針對(duì)性調(diào)整。

考慮到本工程的實(shí)際情況，為了兼顧渣土通過(guò)的流暢性與刀盤對(duì)掌子面的機(jī)械支撐，刀盤的開(kāi)口率確定為28%，且刀盤開(kāi)口部位設(shè)為便于流動(dòng)的楔形結(jié)構(gòu)，開(kāi)口逐漸變大有利于渣土流動(dòng)。刀盤結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

圖5 刀盤結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of cutter head

為適應(yīng)本區(qū)間對(duì)盾構(gòu)破巖能力的要求，本機(jī)刀盤采用全斷面滾刀的常壓換刀刀盤?？紤]到滾刀在砂類土層中可能出現(xiàn)的不適應(yīng)情況，本盾構(gòu)機(jī)配備的32把單軸雙刃滾刀均支持滾刀齒刀互換，如圖6所示。

圖6 滾刀齒刀互換Fig.6 The structure which facilitates the interchange of hobs and scrapers

此外，為了加強(qiáng)對(duì)刀盤刀具的狀態(tài)檢測(cè)，本機(jī)還配備了DCRM滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和刮刀磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器通過(guò)保持架焊接在刀盤上，可從刀盤內(nèi)部常壓更換，如圖7所示。本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)刀盤選型詳細(xì)結(jié)果如表4所示。

表4 盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)選型結(jié)果Table 4 Selection results of shield cutter head system

圖7 刀盤監(jiān)測(cè)傳感器Fig.7 Monitoring sensors on the cutter head

3.2 推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型結(jié)果分析

對(duì)于盾構(gòu)機(jī)選型工作而言，若要判斷其是否適應(yīng)待建區(qū)間的地層條件，就必須計(jì)算最大埋深處水土壓力、區(qū)間所需的推力和扭矩等關(guān)鍵參數(shù)。目前盾構(gòu)選型的推進(jìn)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)果如表5和圖8所示。

表5 推進(jìn)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型結(jié)果Table 5 Propulsion and drive system selection results

圖8 盾構(gòu)主機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.8 The structure of shield host

1)最深處土壓力計(jì)算

盾構(gòu)隧道最深處覆土為37.67m，長(zhǎng)江水位保證水位在22.5m左右，則最深處水土壓力計(jì)算由水土分算再求和獲得。理論計(jì)算最大水土壓力的公式如下：

P0=P1+P2+P3

(1)

P1=γwh

(2)

P2=K0[(γ-γw)h+γ(H-h)]

(3)

式中：P0為最大地下水壓力；P1為地下水壓力；P2為靜止土壓力；P3為變動(dòng)土壓力；γw為水的容重；K0為靜止土壓力系數(shù)；h為地下水位以下最大埋深；γ為土的容重；H為隧道埋深。

結(jié)合本區(qū)間的地質(zhì)情況，取P3=20kPa，最終計(jì)算得到總的水土壓力為0.727MPa，小于主驅(qū)動(dòng)密封壓力(0.8MPa)，如圖9所示，盾構(gòu)選型滿足施工需求。

圖9 盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定示意Fig.9 The stability of shield excavation face

2)盾構(gòu)推力計(jì)算

本工程最深處位于江面下約60.17m，江中覆土37.67m，盾構(gòu)的外部荷載按最大埋深處的松動(dòng)土壓力和2倍盾構(gòu)直徑的全土柱高產(chǎn)生的土壓計(jì)算，取兩者之間較大者作為盾構(gòu)計(jì)算的外部荷載。計(jì)算時(shí)取最大埋深位置，選取地質(zhì)參數(shù)為最大埋深處全斷面巖層，如表6所示。

表6 盾構(gòu)機(jī)最不利斷面地層參數(shù)Table 6 Stratigraphic parameters of the most unfavorable section of the shield

盾構(gòu)總推力需要包括盾殼和土體的摩擦力、土壓的正面阻力、水壓的正面阻力、盾尾密封與管片之間的摩擦力以及拖拉后配套所需的拉力?？紤]盾構(gòu)施工中的上坡、曲線施工以及糾偏的需求，推進(jìn)系統(tǒng)的推力儲(chǔ)備系數(shù)取1.5。盾構(gòu)機(jī)總推力的計(jì)算過(guò)程如表7所示。盾構(gòu)選型滿足區(qū)間推力需求。

表7 盾構(gòu)機(jī)推力計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)Table 7 Shield machine thrust calculation related data

3)盾構(gòu)扭矩計(jì)算

本盾構(gòu)機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用可軸向伸縮移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，包括主軸承、變頻電機(jī)、伸縮油缸、減速箱和安裝在配套拖車上的控制柜。

盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)時(shí)的扭矩包含切削扭矩、刀盤旋轉(zhuǎn)阻力矩、盾構(gòu)推力反力矩、密封裝置摩擦力矩、刀盤前端摩擦力矩、刀盤后方摩擦力矩、刀盤開(kāi)口剪切力矩、泥水倉(cāng)攪動(dòng)力矩。刀盤需要的最大扭矩計(jì)算公式如下，各變量含義和數(shù)值如表8所示。

T=μ·(T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8)

(4)

考慮到本工程為大直徑盾構(gòu)且有破巖需求，扭矩儲(chǔ)備系數(shù)取μ=1.4，計(jì)算過(guò)程各參數(shù)如表8所示。最終計(jì)算結(jié)果盾構(gòu)機(jī)最大扭矩滿足地層環(huán)境需求，盾構(gòu)機(jī)選型適應(yīng)本區(qū)間地層環(huán)境。

表8 盾構(gòu)機(jī)扭矩計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)Table 8 Shield machine torque calculation related data

3.3 密封系統(tǒng)選型結(jié)果分析

本機(jī)的主驅(qū)動(dòng)有內(nèi)、外2套密封系統(tǒng)，分別如圖10和圖11所示。外密封采用4道唇形密封+1道迷宮密封的形式，迷宮密封內(nèi)注有HBW油脂以防止砂土進(jìn)入主驅(qū)動(dòng)軸承。該密封系統(tǒng)具有自動(dòng)潤(rùn)滑、自動(dòng)密封、自動(dòng)檢測(cè)的功能。內(nèi)密封采用了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，并未像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣在開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)直接面對(duì)土壓力，而是縮回了盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部，與刀盤中心空腔相接觸，大大提高了密封的安全性，因此內(nèi)密封采用了3道唇形密封，密封間同樣注入油脂，增強(qiáng)密封耐壓性的同時(shí)也可以減小構(gòu)件的磨損。

圖10 主軸承4道外密封Fig.10 Four outer seals of main bearing

圖11 主軸承3道內(nèi)密封Fig.11 Three inner seals of main bearing

為了提高盾尾的止水性，本盾構(gòu)盾尾采用了4道鋼絲刷密封+1道鋼板束+1道止?jié){板的形式，其中2道鋼絲刷是焊接固定，另外2道使用螺栓固定。每個(gè)油脂腔內(nèi)都有15條油脂注入管。配備的止?jié){板可以在盾尾注漿壓力過(guò)大時(shí)阻擋砂漿進(jìn)入。本盾構(gòu)在盾尾還設(shè)計(jì)有1道膨脹應(yīng)急密封，如圖12所示。

圖12 盾尾密封Fig.12 Shield tail sealing system

當(dāng)鋼絲刷密封失效時(shí)，該應(yīng)急密封充氣膨脹，起到臨時(shí)防止涌水的作用，為更換前2道鋼絲刷密封提供了安全的作業(yè)環(huán)境。

本盾構(gòu)的密封選型詳細(xì)結(jié)果如表9所示。

表9 盾構(gòu)密封選型結(jié)果Table 9 Shield tunnel sealing system selection results

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合武漢軌道交通12號(hào)線5標(biāo)丹科區(qū)間越江隧道工程,針對(duì)高水位、大埋深、復(fù)合地層、大直徑等工程特點(diǎn),識(shí)別了該工況下顯著存在的適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了盾構(gòu)選型結(jié)果的分析，研究結(jié)果如下。

1)在高水位復(fù)合地層中進(jìn)行大直徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，區(qū)間土體性質(zhì)差異性大，土層中含水量高，水土壓力大，會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)的開(kāi)挖面穩(wěn)定性、刀盤刀具系統(tǒng)和密封系統(tǒng)性能都受到很大的挑戰(zhàn)。大直徑長(zhǎng)距離掘進(jìn)則加劇了這種風(fēng)險(xiǎn)。因此在此類工程的盾構(gòu)選型工作中需要格外注意以上幾點(diǎn)。

2)本工程越江隧道泥水盾構(gòu)設(shè)備針對(duì)砂類土層和基巖層進(jìn)行了刀盤刀具適應(yīng)性改進(jìn)；配備了充足的推力和扭矩，滿足本區(qū)間盾構(gòu)的施工控制需求；針對(duì)高水壓環(huán)境強(qiáng)化了盾構(gòu)的密封系統(tǒng)，有效保障了掘進(jìn)過(guò)程中的安全。

本文研究?jī)?nèi)容可為其他類似大直徑盾構(gòu)在復(fù)合地層和富水環(huán)境中掘進(jìn)時(shí)選型研究提供參考和借鑒。