成都地铁盾构4标段泥水与土压两种盾构机的适应性分析讲解

现代隧道技术

成都地铁盾构4标段泥水与土压两种盾构机的适应性分析

文章编号：1009-6582（2010）06-0057-05 MODERNTUNNELLINGTECHNOLOGY

成都地铁盾构4标段泥水与土压两种盾构机的适应性分析

郭家庆

（中铁隧道股份有限公司，河南新乡

453000）

摘要成都地铁盾构4标段是成都地铁一号线盾构施工试验段，为便于以后盾构机能更准确地选型，本试验

段分别采用一台泥水盾构机与一台土压盾构机进行左右线的掘进。通过对两台掘进机的适应性分析可以看出：泥水盾构的缺点是容易堵塞、出碴效率低、对地层完整性要求高、在含泥地层中容易封住开口、对进出洞密封要求高、施工中需要较大场地、施工成本高；优点是对地层扰动小、便于带压进舱。土压平衡盾构的缺点是刀盘磨损严重、地表沉降控制难度高，带压进舱困难；优点是不受出碴限制、掘进速度快、便于维护、成本低。施工实践证明：在地表要求不太严格的情况下适于用土压平衡盾构；在地表要求高、场地较大情况下，适合用泥水盾构。关键词

土压盾构机

泥水盾构机

成都地铁

试验段

适应性

中图分类号：U455.43

文献标识码：A

1引言

成都地铁盾构4标段是成都地铁一号线盾构施

在桐梓林站—火车南站区间穿过电力调度中心4层楼房、机场立交桥、火车南站股道。

本标段内地表多为第四系全新人工填土覆盖，其下为全新统冲积层粘性土、粉土、砂土、卵石土，再其下为第四系上更新统冰水、冲积层（为卵石土夹砂层透镜体）；下伏基岩为白垩系上统灌口组紫红色泥岩。

据初勘钻探及探井揭露，漂石最大粒径为270

工试验段，为了选出最适应成都地铁的盾构机型，本试验段选用了一台海瑞克泥水平衡盾构机和一台海瑞克土压平衡盾构机进行掘进。本文主要内容是对这两种盾构机在成都地铁一号线盾构4标段的使用情况进行分析比较。

2工程概况

成都地铁1号线盾构4标段起于省体育馆站南

mm，一般含量为5%～10％，局部富集层高达20%~30%；漂石分布随机性较强，但主要分布于卵石层中下

部，一般埋深大于6.5m。漂石单轴抗压强度最大值为

端，止于火车南站北端，共分为省体育馆路—倪家桥—桐梓林—火车南站3个区间。左线隧道长2328.2单线延米，采用1台德国海瑞克土压平衡盾构（盾构编号S401）进行施工；右线隧道长2572.23单线延米，采用1台德国海瑞克泥水盾构（盾构编号S367）进行施工。2台盾构均从火车南站始发。

本标段线路基本沿人民南路中部敷设，其间在倪家桥站—桐梓林站区间穿过二环路、人南立交桥，

修改稿返回日期：2010-06-07

94.3MPa，最小值为92.8MPa，平均值为93.7MPa。

3

德国海瑞克泥水盾构机（间接控制型）在成都地铁一号线盾构4标段的施工难点泥水输送系统排碴比较困难

泥水输送系统容易在两个区域发生堵塞：

3.1

３．１．１泥水盾构机容易堵塞

作者简介：郭家庆（1980-），男，工程师，现从事盾构设备技术管理工作，E-mail:guojqcd@.

第47卷第6期(总第335期)2010年12月出版

57

Vol.47，No.6，Total.No.335Dec.2010

现代隧道技术

MODERNTUNNELLINGTECHNOLOGY

成都地铁盾构4标段泥水与土压两种盾构机的适应性分析

（1）隔栅前面的堵塞

其堵塞原因是地层中的异物,例如降水井的铁圈，破碎机不能破碎，造成在隔栅前堵塞。一旦发生这种堵塞，泥水舱和气垫舱均堆积大量卵石，在清理气垫舱后，刀盘启动仍然困难。

（2）泵前堵塞

通过了隔栅的大卵石在泵轮叶片中卡住，有时甚至卡住2～3块，不能泵出，泵前管道内挤满了卵石，此种堵塞发生的次数较多（图1）。

减小隔栅尺寸可以避免泵前堵塞，但是会加大破碎机工作量，破碎机工作频率不能满足隔栅对减小后增大的破碎速度,按现有技术再想增加破碎机的频率比较困难。

有些盾构机内设有一个过滤大石头的密封箱，让大直径石头存在泵前箱中，过一定的时间后用人工来清理。在成都地区,这种大的卵石高达20%~

30%，清理的效率会更低，因此这种方法不可取。

图1泵前堵塞情况

Fig.1Blockinfrontofthepump

３．１．２在正常掘进中，泥水系统出碴效率低

从泥浆泵的设计来看，海瑞克泥浆泵的输送能力与其它厂家的同类盾构机相比是非常强的，理论设计为800m3/h（同直径的日本机型多为420m3/h，欧洲其它机型为540m3/h），在掘进过程中,为了追求最大的出碴效率，实际能达到

1000m3/h。

但是在实际施工中，发现盾构机的出碴能力非常差，主要是排出的泥浆含石砂量太少。经分析认为有以下原因：

首先,成都的卵石含量太多、太大，卵石的密度也大，这样就造成了大质量的卵石不易被泥浆带出。这个原因无法人为改变。

其次，盾构机方面，因为海瑞克盾构机是利用气压平衡原理，砂石到泥水舱泵的吸口还需要流动一

58

第47卷第6期(总第335期)2010年12月出版

Vol.47，No.6，Total.No.335Dec.2010

个较长的距离，而这一个长距离的泵送对卵石的吸引力较小。如果缩小气压舱的长度或不要气压舱直接利用泥水平衡，这将大大提高泥浆泵进口的出碴能力，从而提高盾构机的掘进速度。

成都地铁一号线采用间接控制型(德国式)，如图2。盾构机刀盘到盾构机出浆泵吸口距离大（泥水舱长度+气压舱长度），泵的吸力因为面扩散而使吸力大大降低，成都地层大直径砂卵石的比例大、质量重，流动比较困难。如果用直接控制型（日本、英国式）（图3）将可以大大缩短碴土从掌子面切削后到出碴泵吸口的距离，提高出碴能力。

图2间接控制型泥水盾构(德国式)

Fig.2Indirectly-controlledslurryshield(Germany)

图3直接控制型泥水盾构(日本、英国式)