摘要：本文针对成都地铁在砂卵石地层拟采用泥水平衡盾构施工的优缺点进行了详细的分析，根据其他地区类似地层的相似经验，评价出泥水平衡盾构在成都地铁砂卵石地层中的适应性，可供类似工程参考和借鉴。
关键词：成都地铁；泥水盾构；砂卵石地层
1引言
在城市扩张过程中，城市面积的不断扩大，区域板块之间更需要经济互通，距离的增加，使轨道交通提高速度、加大输送量迫在眉睫；新老线路的相互交错，使新线将下穿更多风险源。本文针对成都地铁某线路拟采用直径8.63m的泥水盾构进行适应性分析，确保隧道施工安全，工程优质高效完成。
2工程概况
成都轨道交通某号线全长28.74km，均采用地下线；设车站20座，换乘站14座，地下区间隧道23.44km（双延米，含出入线，20个区间），其中：盾构法区段20.88km（占89.06%），明挖法区段：1.26km（占5.38%）,矿山法区段：1.30km（占5.56%）。本线路先后下穿河道10处，其中最长下穿长度达1160m，施工安全风险较高。根据成都地铁以往经验，盾构法区段均采用土压平衡式盾构进行施工。考虑到本线路下穿河道较多，泥水平衡式盾构在透水地层中施工的安全性，针对下穿河道区段进行盾构选型对比分析。
3遇到的问题
2006年，鉴于成都地铁工程首次采用盾构法施工，盾构在富水砂卵石地层条件下施工在国内也尚属首次，由中铁隧道局集团有限公司承建的成都地铁1号线某区间作为成都地铁施工的试验段开展课题研究，为了摸索和总结不同类型盾构机对成都地层的适应性，为后续工程提供借鉴和参考，达到试验段施工的目的，在本标段的右线、左线分别采用泥水平衡盾构机、土压平衡盾构机施工，最终确定为土压平衡盾构更适用于成都地层的施工。
泥水平衡盾构在施工期间遇到的问题分析：
（1）泥水盾构在卵石地层掘进刀具消耗大，排浆管路磨耗严重。
（2）泥水盾构掘进卵石地层排渣效率低排浆口易堵塞，掘进速度慢。
（3）泥水盾构在泥岩中掘进刀盘易结泥饼，造成掘进效率低。
（4）泥水盾构在泥岩中掘进产生废浆量较大，浪费水资源增加成本。
4采取的措施
（1）对于解决刀具磨损严重，消耗大的问题，采取刀具加大加厚（刀刃宽18-22变为28-30，尺寸由17寸变为18寸，刀体上增设耐磨层）方式解决。
（2）盾构掘进卵石地层因掘进速度、刀盘转速不匹配、泥水压力波动过大造成掌子面失稳坍塌等，会出现刀盘卡住现象；为避免刀盘卡住，卵石地层中掘进速度不宜过快，压力波动控制在0.2bar以内，可有效避免卡刀盘现象。
（3）本工程拟采用直径8.63m泥水平衡盾构，盾构直径较大所以配套的管路直径变大（排浆管路直径350mm），相应排浆口处格栅空隙加大，可满足粒径10cm-20cm卵石排出，降低滞排几率。
（4）对于粒径大于20cm的卵石，采用排浆口处的破碎机进行破碎，多次破碎至可排出为止，防止卵石堆积造成堵仓。
（5）全断面卵石地层自身无造浆能力，输送卵石需较大比重和粘度的泥浆，提高携渣能力防止堵仓。
（6）较大粒径卵石通过格栅进入排浆泵，容易造成卡泵，可采用在排浆泵与排浆管中间位置增加一道旁通管路，两条排浆管上增加两个集石箱，盾构机上空间（根据成都卵石地层情况，卵石含量大于70%，粒径一般为10-25cm，个别大于50cm；同样适用增加集石箱的办法来解决大粒径卡泵现象；直径8.63m盾构机上空间较大，可满足增加两个集石箱，加大储存量减少清箱次数），对于粒径25cm以上的卵石在此处收集，防止进入排浆泵造成卡泵，也减缓对后面管路的磨损。
（7）复合地层（开挖面上部卵石下部强风化泥岩）掘进：泥水盾构在该复合地层中掘进，由于泥岩地层自身有造浆能力，可产生高比重泥浆更有利于出渣，降低渣土滞排几率。
5盾构选型对比分析
5.1土压盾构、泥水盾构优、缺点对比分析
（1）土压平衡盾构
优点：1)渣土可直接运送至地面，设备少、现场占地面积小、成本低。2)出土效率高。3)适用地层范围宽。目前土压盾构工法几乎对所有地层均可适用。
缺点：1)掘削摩阻力大,即掘削扭矩大,致使盾构机的装备扭矩大、功耗大；2)土压盾构工法对周围地层的扰动大,故地层隆起、沉降均较泥水盾构大。3)直径不能过大。由于在大直径盾构隧道施工过程中，装备扭矩很难满足盾构掘进扭矩需求。
（2）泥水平衡盾构
优点：1)泥水盾构利用泥浆平衡掘削地层的地下水压、土压，同时泥浆渗入地层形成不透水泥膜,所以掘削土体对地层的扰动小,故地表沉降小。2)上述工况下,适于高地下水压,江底、河底、海底隧道施工。3)由于泥水渗入地层的浸泡及润滑作用,对于大直径盾构隧道施工，可有效降低盾构的刀盘的掘削扭矩,所以同样扭矩驱动设备的情况下,泥水盾构的直径可以做得更大。4)适用于软粘土层、滞水细砂层、砂砾层、漂砾层、固结淤泥层等特殊地层。5)由于泥水的浸泡及润滑作用,掘进过程盾构机体摆动小。6)渣土直接通过排浆管排出，洞内无渣土暴露，文明施工较好控制.7）泥水盾构相比于土压盾构在下穿江河、湖泊时施工安全系数较高；如发生透水事故，泥水盾构可通过气垫仓调整压力和调整泥浆比重使掌子面重新建立泥膜，快速处理问题恢复掘进；如遇在河道下方换刀，泥水盾构在掌子面制作气密性良好的泥膜，保证气压稳定，相比较土压盾构安全性能更高。8）通过泥水盾构压力控制系统可自动调节泥水仓压力，保证压力稳定，精度可控制在0.02bar以内，保证地层稳定。
缺点：1)设置泥水管理系统、泥水处理系统，致使工序、设备复杂，成本高。2)渣土通过泥水循环排放，排放效率不高，在地层自身造浆能力强的情况下，产生的废浆量大，处理难度大。3)由于泥水配制系统、泥水处理系统的存在,致使地表占地面积大。4）在含有大粒径砂卵石地层中掘进时，易造成泥浆循环管路堵塞。5)在造浆能力强的地层掘进时,易出现泥浆粘附筛板、循环管道,致使循环管道、泥浆分离设备堵塞。6)由于泥浆分离设备的运转，产生较大施工噪音。
5.2工期分析
泥水盾构在卵石地层中掘进速度较慢，并且存在堵仓、堵管等现象，需停机清理造成掘进不连续，该地层平均每天掘进2-3环（参考洛阳地铁类似地层掘进效率，管片环宽1.5m）,在全断面中风化泥岩中掘进避免造成糊刀盘，掘进速度较慢，再加上撕裂刀破岩能力低，该地层平均每天掘进3环（参考衡阳湘江盾构项目类似地层掘进效率，管片环宽2m,平均每天掘进2环）,综合考虑掘进效率较低，工期较长。
5.3造价分析
直径8.63m的泥水平衡盾构概算与土压平衡盾构概算相比需增加的费用如下表：
6结论
区间隧道多次下穿、侧穿河流、河堤及地面建（构）筑物，施工安全风险大，盾构掘进对地层沉降控制要求高。采用泥水平衡盾构施工，可有效控制地层沉降，技术可行，但需增加投资；综合考虑安全、技术、环保等各方面的因素,经过比较泥水平衡盾构也可以用于本项目施工。
参考文献
[1]杨书江.成都地铁泥水平衡及土压平衡盾构法施工对比[J].建筑机械化.2011,06：24-27.
[2]季玉国，杨荣斌.过江隧道大型泥水盾构刀具使用与管理[J].隧道建设,2016,07：877-880.
[3]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨[J].隧道建设，2003,01：4-6，10.
[4]陈馈.重庆过江隧道盾构江施工泥水处理技术[J].建筑机械化，2004，10：34-36.
[5]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
论文作者:王金
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/28
标签：盾构论文; 泥水论文; 地层论文; 卵石论文; 成都论文; 隧道论文; 泥浆论文; 《基层建设》2019年第21期论文;