成都地鐵盾構(gòu)施工重難點(diǎn)分析及對盾構(gòu)機(jī)的要求

成都軌道建設(shè)管理有限公司 四川 成都 610041

正文：

一、線路設(shè)計(jì)

成都地鐵盾構(gòu)段的長度為5.2千米，最小曲線半徑為140米，最大坡度是33‰，線間距處于8米至10米這一范圍內(nèi)。從隧道設(shè)計(jì)的角度來講，這是一種單園盾構(gòu)區(qū)間，所應(yīng)用的管片類型為C50預(yù)制鋼筋混凝土通用環(huán)管片，其襯砌管片內(nèi)外徑分別是3.5米與4米，再者寬度為1.2米，同時(shí)這也是一種綜合結(jié)構(gòu)，有三項(xiàng)組成部分，一是標(biāo)準(zhǔn)塊，共一個(gè)；二是相鄰塊，共兩個(gè)；三是快速封蓋，共1個(gè)。即3+2+1結(jié)構(gòu)。

二、工程重難點(diǎn)分析

（一）砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)扭矩問題

成都人口密集，并且地鐵的優(yōu)勢突出，由此提高地鐵密集度，使其進(jìn)一步作用于卵石層與碴土，導(dǎo)致前者的細(xì)顆粒含量大大降低，并且增大后者摩擦阻力，在此條件下，刀頭對于攪拌扭矩的需求有所增大，通常處于1400kNm至2000kNm范圍內(nèi)[1]。隨著盾構(gòu)機(jī)的逐步掘進(jìn)，土倉會(huì)施加壓力，此時(shí)刀盤扭矩必定加大，根據(jù)1號(hào)與2號(hào)地鐵線的施工經(jīng)驗(yàn)，必須嚴(yán)格控制額定扭矩，最佳狀態(tài)是2400kNm，同樣需要將脫困扭矩控制在合理范圍中，不得大于3000kNm。由此可見，在成都地鐵修建過程中，必須詳細(xì)、深入考慮并分析主驅(qū)動(dòng)扭矩。

（二）砂卵石地層盾構(gòu)的欠壓掘進(jìn)問題

成都地鐵修筑現(xiàn)場的土層為卵石層，其具備鮮明特征及優(yōu)勢，主要是具有較低細(xì)顆粒含量、良好的透氣性以及盾構(gòu)機(jī)難以實(shí)現(xiàn)壓力的建立。不過，同樣存在一定劣勢，經(jīng)常出現(xiàn)欠壓掘進(jìn)現(xiàn)象，進(jìn)而對地層產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致其發(fā)生較大沉降。此外，在刀盤掘進(jìn)的過程中，很多時(shí)候會(huì)對地層造成擾動(dòng)由此導(dǎo)致超挖問題出現(xiàn)，所以這時(shí)不能補(bǔ)充同步灌漿。

因此，即使在那時(shí)沒有發(fā)生沉降，也很容易形成空洞，而盾構(gòu)之后卻會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，在完成隧道建設(shè)一年多之后，1號(hào)線與2號(hào)線仍舊會(huì)發(fā)生這一狀況。

（三）在砂卵石掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)刀盤以及刀具磨損的問題

一方面，砂卵石層非常強(qiáng)烈地磨損刀頭和刀具。另一方面當(dāng)?shù)额^旋轉(zhuǎn)時(shí)，所切割的卵石碴土?xí)文p兩者。刀盤主體和刀具很容易損壞，當(dāng)從洞中出來時(shí)，嚴(yán)重磨損刀盤。針對這一情況，必須加強(qiáng)兩者的保護(hù)工作，盡量減小磨損，并且開展設(shè)計(jì)布局工作，確保其科學(xué)性與合理性，該舉措有利于長距離掘進(jìn)的實(shí)現(xiàn)，此外還需盡可能降低換刀率。

（四）盾構(gòu)土倉，螺絲機(jī)磨損和卡片機(jī)問題

當(dāng)在砂卵石地層中鉆孔時(shí)，卵石碴土不僅會(huì)導(dǎo)致切割機(jī)刀具磨損，還會(huì)磨損筒倉和螺絲機(jī)。而且，由于切割的卵石尺寸和形狀不同，并且會(huì)積聚，因此很容易卡在螺絲機(jī)中。結(jié)果螺桿機(jī)不能順暢掘進(jìn)，并且在嚴(yán)重的情況下，會(huì)發(fā)生軸斷裂。

三、盾構(gòu)機(jī)的重點(diǎn)設(shè)計(jì)考慮

以上，分析了成都地鐵重難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，將1號(hào)線與2號(hào)線盾構(gòu)施工以及我國相同類型的盾構(gòu)機(jī)建設(shè)作為重要依據(jù)，選用與成都地鐵最為合適的盾構(gòu)機(jī)，確?？梢赃_(dá)到其施工要求，而土壓平衡盾構(gòu)機(jī)便是。

在盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)中，它適應(yīng)各種復(fù)雜的地層，如粘土，淤泥，沙子，礫石，卵石土壤和富含水分。它還可以通過適當(dāng)?shù)妮o助手段在砂卵石地層中進(jìn)行開挖，完全可以滿足上述施工的難度需求[2]。因此，不僅要保證盾構(gòu)機(jī)絕對的技術(shù)進(jìn)步，還需確保其經(jīng)濟(jì)性以及可靠性。特別是刀盤設(shè)計(jì)、工具布置以及長距離隧道的耐磨設(shè)計(jì)和碴土的改進(jìn)。

（一）刀盤的設(shè)計(jì)及刀具布置理念

對于成都地鐵，刀盤的設(shè)計(jì)本著“以排為主、排破結(jié)合”這一原則，并且對主梁及刀盤提出更高要求，必須確保兩者的剛度與強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)高扭矩、大推力。與此同時(shí)，需要將一開放式格柵設(shè)置于面板之上，以避免土倉中有大于螺旋機(jī)通過粒徑的亂石進(jìn)入，確保其不會(huì)進(jìn)一步堵塞螺旋機(jī)，并且對碴土流動(dòng)比較有利。

開口率比較大，而且最好將其控制在28%至33%這一范圍內(nèi)，反之，若是開口率過小，必將阻擋碴土進(jìn)入土倉，對正常出碴產(chǎn)生較大影響，且在刀盤前部進(jìn)行聚集，重復(fù)磨損刀盤刀具。同時(shí)，開口率過大無法確保挖掘面穩(wěn)定性，特別是在欠壓掘進(jìn)的情況下，容易發(fā)生諸如坍塌涌水等現(xiàn)象。另外，這些開口應(yīng)在整個(gè)刀盤上科學(xué)均勻地布置，以確保碴土徑向方向流動(dòng)的順暢性，進(jìn)而作用于碴土，減小其在刀盤中心區(qū)發(fā)生堵塞的可能性，并且降低該區(qū)域結(jié)泥餅概率。

（二）長距離隧道耐磨設(shè)計(jì)

就刀盤及刀具來講，兩者與挖掘面直接接觸，正因如此，必須對兩者性能進(jìn)行充分考慮，尤其是耐磨性，這最為關(guān)鍵。刀盤使用HADD0X鋼板，而刀頭采用E5類材料，具有良好的耐磨性和抗沖擊性。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，都應(yīng)該焊接敷設(shè)刀盤面板，所用材料為耐磨性較強(qiáng)的復(fù)合鋼板，并將耐磨合金焊接到外圈梁上，利用耐磨網(wǎng)格保護(hù)刀盤背面。

在設(shè)計(jì)制造過程中，一項(xiàng)較為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)為，以土倉及螺旋機(jī)為對象，進(jìn)行耐磨設(shè)計(jì)，特別是螺旋機(jī)，通常制造單位將合金塊焊接到葉片軸前端，并且為筒體前端及其底部分別設(shè)計(jì)能夠更換的襯套與耐磨塊。

（三）碴土改良系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)碴土的徹底改良，避免結(jié)泥餅，提高和易性，確保碴土外排的順暢性，應(yīng)構(gòu)建注入量及壓力都非常合適的泡沫系統(tǒng)與膨潤土系統(tǒng)。

在設(shè)計(jì)泡沫系統(tǒng)時(shí)，所應(yīng)用的設(shè)計(jì)方式為單管單泵，為刀盤設(shè)計(jì)四個(gè)獨(dú)立噴嘴，使噴潤土能夠從刀盤前注入，并且可以與噴潤土管道共同應(yīng)用，并且這也是防堵塞設(shè)計(jì)，有利于每路泡沫的噴出，當(dāng)?shù)侗P噴口的阻力各不相同時(shí)，不僅可保證其噴出時(shí)壓力相等，還可保證噴出數(shù)量相等，進(jìn)而強(qiáng)化碴土改良效果。

結(jié)束語

在開展盾構(gòu)施工管理工作過程中，一方面，應(yīng)該以施工重難點(diǎn)為對象，進(jìn)行詳細(xì)、精準(zhǔn)的分析；另一方面，制定盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)要求，保證其各種性能參數(shù)滿足施工需求，為順利施工打下牢固基礎(chǔ)。