成都地铁盾构试验段盾构选型探讨

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1、成都地铁盾构试验段盾构蓬型揉"7,-7陈馈(中铁隧道集团有限公司河南洛阳471009)【摘要】成都地铁盾构试验段沿线建筑物密集、地下管线纵横、盾构隧道穿越的地层粘土含量极少，大部分为饱水的卵石层，卵石含量高，且强度大；同时，地层中含有少量大粒径漂石，漂石的最大粒径达670mm；并且地层渗透系数大，地下水位较高。由于在卵石地层泥膜形成困难，在强透水地层形成土塞困难，因此不论是采用泥水盾构还是土压平衡盾构施工均具有较大的风险和难度，本文对盾构试验段的盾构选型方案进行了探讨．【关键词】卵石漂石渗透系数盾构．1．工程概况．·’成都地铁1号线为南北走向，北至新都大丰镇、

2、南至华阳，全长31．6km，其中一期工程盾构施工区间北起红花堰、．南止于火车南站，‘全长18．601kin，共11个区间。由于成都地铁地质条件复杂，为有效降低盾构法在技术i工期和投资上的风险，选定人民北路站至天府广场站区间段(盾构2标)、省体育馆站至火车南站区间段(盾构4标)的各一条隧道为盾构法试验段。盾构2标段包含人民北路站～文武路站、文武路站～骡马市站、骡马市站～天府广场站等三个区间，盾构4标段包含省体育馆站～倪家桥站、倪家桥站～桐梓林站、桐梓林站～火车南站等三个区间。盾构2标段隧道最大覆土厚20m，最小坡度2％0"---23‰，左右线间距ll"--15m

3、，‘最小曲线半径400m；隧道穿越的地层主要为卵石层，局部为砂夹层；卵石的单轴抗压强度为55．1～165MPa；卵石粒径以30"-"80rnna为主，部分粒径大于160mm并含有少量漂石(粒径大于200mm)，且局部漂砾富集成层，目前已知的最大漂石粒径为670mm，卵石含量占60％,---80％(重量比)，充填物为细砂及圆砾，稍密～密实。隧道下穿万福桥、省展览馆东侧房屋群、西御河人防通道、2"-5层的房屋和天府广场下穿隧道，并近距离水平穿越中银大厦(36层)、轻工大厦(12层)。盾构4标段隧道最大覆土厚13m，最小坡度2‰"---22％0，左右线间距12．03

4、"--13m，最小曲线半径700m；隧道穿越的地层主要为卵石层，局部为砂夹层；卵石的单轴抗压强度为68．I'--96．5MPa；卵石粒径以30"--70mm为主，部分粒径为80一,120mm，最大粒径210mm，偶见漂石，卵石含量占55％--,-75％(重量比)：充填物为细砂、中砂为主，夹少量粘性土，含量约10％"--35％，稍密～密实。隧道下穿人民南路立交桥、电力调度公司房屋(4层)、机场立交桥和火车南站股道。地下水系为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型。孔隙潜水主要埋藏于砂卵石土地层中，地下水位埋藏较浅，水量丰富，渗透系数为k=1．736×10一‰；为强透

5、水层，补给来源为大气降水和地表河流、沟渠。基岩裂隙水主要赋存于泥岩强风化裂隙带中，透水性较差。2盾构类型的选择2．1泥水盾构方案1)盾构类型与地层渗透性的关系根据德法等国的盾构施工经验，当地层的渗透系数小于10‘7m／s时可选用土压平衡盾构；当渗透系数在10"7rn／s和10r4m／s之间时既可选用泥水盾构，也可在碴土改良的情况下选用土压平衡盾构；当渗透系数大于10r4m／s时则宜采用泥水盾构。成都地铁盾构试验段隧道穿越地层的渗透系数为1．736×10—4m／s，大于10r4m／s，采用泥水盾构施工是可行的。1652)开挖面稳定机理泥水盾构利用泥浆作为支护材料

6、，在泥水与开挖面地层接触后，当泥水压力大于地层的水压力时泥水中的细颗粒成分渗入地层的孑L隙中，从而使地层的渗透系数变小；泥水中的水通过孔隙流入地层，这部分流入地层的水称为过滤水，对应水的流人量称为滤水量，滤水的产生使地层的孔隙水压上升，把该水压的升高部分称为过剩地下水压；随着时间的增加，细颗粒成分填充地层孔隙的填充率越来越大，渗水系数越来越小；滤水量越来越小，过剩水压增加速度越来越慢，最后收敛到某一数值上，即被完成填充。另一方面，因泥水中的粘土颗粒带负电荷且均匀地悬浮于泥水中，而地层中的土颗粒带正·电荷，泥水中的粘土颗粒均匀地吸附聚集中开挖面，形成均匀的泥膜。

7、渗透填充和表面吸附聚集是形成泥膜的两大关键因素。开挖面的稳定是通过泥浆渗透形成不透水的泥膜，通过泥水压力来平衡作用于开挖面的土压力和水压力，开挖面的稳定与泥膜能否形成至关重要。。3)卵石地层泥膜形成困难的原因在砂卵石地层中使用泥水盾构的风险就是泥膜形成困难。在砂卵石地层中地层孔隙较大，当有效孔隙L>3Dma；(泥水最大粒径)时全部泥水可经过地层的孔隙流走，无法形成泥膜，由于易出现逸泥现象，泥水压力管理较困难，易造成掌子面坍塌或地面沉降的危险。4)在卵石地层泥膜形成的方法泥水中除加入膨润土外还应加入增粘剂或聚丙烯酰胺，泥水在向地层孔隙中渗透的同时自身形成体积增大

8、的团粒与地层土颗粒吸附结合，对渗透形成