岳振
徐州市建设工程检测中心 江苏徐州市 221000
摘要：随着我国地铁工程建设规模的扩大,隧道施工方法越来越受到社会的广泛关注。盾构法施工作为现代化隧道施工技术发展的产物,其在我国地铁施工中的应用范围极广。盾构法施工的特点主要表现为无震动伤害、无噪声污染、施工进度快且对地铁施工沿线地面交通及设施等影响小。研究结果表明,盾构机选型对地铁施工安全及进度起着直接性的作用。
关键词：城市；轨道；盾构法；原则
引言
盾构法施工是暗挖隧道施工中一种较为先进的施工方法。这种施工方法具有施工进度快无噪声与振动伤害对地铁沿线设施、地面交通、地面居民生活影响较小等特点。盾构机作为地铁隧道施工中的专用大型机械,其选型的正确与否,直接关系到地铁区间施工进度和工程安全状况。
1盾构机概述
盾构机是由动力机构、切削刀盘、液压顶进机构、岩土排运机构及检测导向机构等多个相互配合的部分组成的一种隧道掘进机械。它较适用于砾石、软土、硬岩等不同地质构造的隧道暗挖,具有较好的施工稳定性和掘进性能。盾构机在一个可以有效支撑地层压力,并且可以在地层中推进的圆形、矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构的掩护下,完成挖掘、出土、隧道支护等工作。这种施工方式具有施工速度快、自动化程度高、节省人力、经济合理、减少对地面建筑物的影响和不影响地面交通等特点。
2盾构机选型影响因素
盾构机的选型应当根据施工工期、施工地点的地质水文情况、经济效益、环境状况、安全状况等综合考虑。综合起来,影响盾构施工的因素较多主要有地层条件、隧道长度与线形、地下水的含量及水压、后续设备与盾构机的配套能力等。盾构机经过土层的流动性、可塑性、渗透性等情况,是盾构选型最基本的依据盾构机掘进过程中,对地上建筑物、地下建筑会带来不同程度的影响。因此,对施工周围环境的保护,也是影响盾构型式选择的因素之一随着我国城市现代化建设步伐的加快城市对各种施工影响的承受力会逐步降低。综合效益较理想但造价较昂贵的盾构施工法会成为各有关单位不得不仔细研究的问题。
3工程概况
长春市城市轨道交通6号线工程03标段正线全长约6.87?km，共设车站?5座、区间?5座、吴家店车辆段出入段线1座。其中，1座车站为既有换乘车站、2座车站为规划换乘车站。断面为单洞单圆形式，区间隧道最小覆土4.5?m，最大覆土约?15?m，隧道管片为C50P10钢筋混凝土预制管片，管片内径5.5?m，管片外径6.2?m，管片长度1.5?m，隧道转弯半径650?m，隧道最大设计坡度30‰，隧道使用土压平衡式盾构机掘进。
4工程地质条件
长春市城市轨道交通6号线工程03标段范围地貌为伊通河河谷堆积阶地，地形起伏较小，其区间地势较低，地面高程一般为202?m左右。本工程两侧多为绿地和正在施工场地，局部村庄。长春市城市轨道交通6号线工程03标段五工区吴家店车辆段出入段线，吴家店车辆段出入段线左线主要穿越地层为强风化泥岩、中风化泥岩、中风化砂岩，明挖基坑段主要位于粉质黏土、中粗砂层。
5盾构机选型要求
5.1根据工程地质状况、水文条件特点
根据盾构区间地质特点，盾构区间主要穿越地层为强风化泥岩、中风化泥岩、中风化砂岩，明挖基坑段主要位于粉质黏土、中粗砂层。该区为地质I区（伊通河谷冲积阶地），潜水水位埋深1.1~9.6?m，承压水分布于中粗砂层，水头埋深2.8~6.8?m，水头标高192.77~202.68?m。部分土体自稳能力较差，无法形成短暂的自然拱，隧道通过段深度范围内主要存在上层滞水、潜水，盾构通过时工作面易产生坍塌，盾构机磕头、突沉，盾构通过后易发生较大沉降现象。
5.2减少盾构机推进阻力
根据不同地质条件以及标准贯人锤击数值的大小,刀盘盘圈外径、切削刀最大切削轨迹外径及盾构机外径这三个外径的尺寸之间存在细微的差别。倘若处理方式不合理,会增大推进阻力,给盾构机整机推进性能带来较大程度的影响。因此,在设计主切削刀最大切削轨迹外径时,应当使它略大于盾构机外径应选择合适的刀具切削深度,合理设置刀盘盘圈刀具。这样既减少盾构机刀盘盘圈和盾构机外周的摩擦阻力,减少了推进阻力、切削噪声和切削时产生的振动,又不会过多的影响盾构机控制土体沉降的能力和整体掘进效果。
5.3刀盘驱动方式的选择
盾构机刀盘驱动方式主要包括液压马达驱动及电机驱动两大类。电机驱动又分为定速电机驱动、变频电机驱动,其中以变频电机驱动方式为主。变频驱动为变频电机驱动刀盘,其转动效率可保持在95%,且其噪声低、散热少,但其超负荷性能不好,即变频电机于短时超负荷或负荷稳定性差条件下时,电机故障风险将急剧增加。变频电机驱动于软地层且负荷均匀条件下的施工效果较好;液压马达驱动为电机驱动液压泵,并为之提供液压油(流量及压力),其作用原理为:液压油流经液压马达生成动力→驱动刀盘旋转→马达启动力传递作用(传动效率达70%,但发热及噪声较大)。综上,液压马达驱动刀盘于负荷稳定性工况下工作时,其超载性能明显高于变频电机驱动,再结合南京～高淳城际快速轨道机场段工程实际情况,电机驱动刀盘应是最佳方案。
5.4刀盘结构形式的选择
目前市场上交易的盾构刀盘主要有辐条式及面板式,而泥水盾构主要选用面板式刀盘;土压平衡盾构可选用辐条式刀盘、面板式刀盘或组合式刀盘,具体选定哪一种应该视工程地质条件而定。面板式刀盘优点:刀具布置简便,刀盘开口大小决定土仓内卵石粒径;缺点:刀盘开口率过小、刀盘面板对其施工效果的影响较大、渣土不易进入土仓、开挖面压力稳定性不高、地面沉降风险较大且施工过程中易形成泥饼等。辐条式刀盘主要由刀盘结构及六根辐条构成,其存在的优点:砂石、泥土流动顺畅,粘土附着防范效果好,不易形成堵塞、泥饼等现象,土压控制灵活性好,方便土压管理(无面板阻力,渣土经过开挖掌子面顺利进入土仓,且测量土压与开挖面土压相等),刀具使用寿命长(刀盘开口大,方便卵石及砾石进入土仓,刀具负荷等小于面板式刀盘)。若施工环境以砂性土、粘性土或黄土等为主,则盾构应选用辐条式刀盘;缺点:辐条式刀盘由六根辐条结构构成,则刀具布置难度系数较大,且在实际工程施工中,因难以布置足够数量的刀具而致使刀具使用寿命等降低。
结束语
盾构施工是地铁工程的关键部分，盾构机是重要施工设备，其具备效率高、稳定性好、成本低等多重优势。盾构法施工中，做好设备的选型是创造高品质工程的重要前提，合理的选型将直接影响到施工效果。根据选择的盾构机设备，形成科学的施工组织方案，最终将盾构施工的各项工作落实到位。
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