2010年咸陽盾構(gòu)TBM培訓(xùn)講座不同地質(zhì)條件下的盾構(gòu)選型陳饋二Ｏ一O年三月十八日盾構(gòu)的“類型”盾構(gòu)的“機(jī)型”盾構(gòu)的“模式”盾構(gòu)的“型式”盾構(gòu)選型的原則盾構(gòu)選型的依據(jù)盾構(gòu)選型的步驟盾構(gòu)選型的方法盾構(gòu)選型時(shí)必須考慮的特殊因素盾構(gòu)選型實(shí)例講座提綱引言盾構(gòu)法是建造地下隧道最先進(jìn)的施工方法之一，自從1825年布魯諾爾在英國泰晤士河下首次使用手掘敞開式矩形盾構(gòu)技術(shù)開挖出第一條隧道以來，盾構(gòu)技術(shù)經(jīng)歷了180多年的應(yīng)用與發(fā)展，已使盾構(gòu)法能夠適用于任何水文地質(zhì)條件下的施工，無論是松軟的，堅(jiān)硬的，有地下水的，無地下水的，地下暗挖隧道工程都可用盾構(gòu)法。布魯諾爾發(fā)明的世界上第一臺(tái)盾構(gòu)僅掘進(jìn)458m長的隧道就歷時(shí)18年(1825-1843)，施工中經(jīng)歷了5次特大洪水，犧牲了6條生命。目前，盾構(gòu)法隧道的施工技術(shù)在世界許多國家不斷得到發(fā)展，但在推廣與應(yīng)用上出現(xiàn)了一些施工事故，這些事故的發(fā)生，80%以上是因盾構(gòu)的選型失誤所引起，不僅影響了整個(gè)工程的工期，還造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和不必要的人員傷亡。盾構(gòu)是根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等具體特征來“度身定做”非標(biāo)特種設(shè)備，不同于常規(guī)設(shè)備，其核心技術(shù)不僅僅是設(shè)備本身的機(jī)電工業(yè)設(shè)計(jì)，還在于設(shè)備如何適用于各類工程地質(zhì)。盾構(gòu)施工的成功率，主要取決于盾構(gòu)的選型，決定于盾構(gòu)是否適應(yīng)現(xiàn)場的施工環(huán)境，盾構(gòu)的選型正確與否決定著盾構(gòu)施工的成敗。廣州地鐵一號(hào)線

對風(fēng)化巖石地層施工的不適應(yīng)性，如在此地層段掘進(jìn)速度低、刀具磨耗嚴(yán)重、地表沉降大、出現(xiàn)泥餅現(xiàn)象等等，甚至還導(dǎo)致三棟3～4層樓房。廣州地鐵二號(hào)線由于盾構(gòu)刀具配置不合理，刀具凸出刀盤面板層次不協(xié)調(diào)，裝備扭矩不足，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)速度慢，刀盤經(jīng)常形成泥餅等廣州地鐵三號(hào)線施工時(shí),在上軟下硬地層掘進(jìn)異常困難，導(dǎo)致地表房屋大量損壞，最大開裂縫寬達(dá)12cm。防洪堤坍塌房屋開裂地表下沉廣州地鐵四號(hào)線小新區(qū)間左線施工時(shí)，由于刀盤與地層適應(yīng)性不好，盾構(gòu)在江底施工時(shí)，刀盤刀具磨損嚴(yán)重，最后不得已采用在右線相同位置開挖橫通道，到左線刀盤部位進(jìn)行刀盤面板修復(fù)。500m的過江段施工，即帶壓換刀12次，月均進(jìn)度僅72.3m開挖橫通道修復(fù)刀盤刀盤磨損嚴(yán)重深圳鐵一號(hào)線施工中三次遇到地質(zhì)突變，一次為上軟下硬地質(zhì)，兩次為孤石侵入隧道。導(dǎo)致刀盤面板14處被磨穿；滾刀嚴(yán)重的弦磨和損壞；所有切刀刮刀損壞。典型型砂砂礫礫石石地地層層砂礫礫石石地地層層中中刀刀具具的的磨磨損損狀狀況況砂礫礫石石地地層層中中刀刀具具的的磨磨損損狀狀況況砂礫礫石石地地層層中中刀刀具具的的磨磨損損狀狀況況1盾構(gòu)構(gòu)的的““類類型型””盾構(gòu)構(gòu)的的“類類型型””是指指與與特特定定的的盾盾構(gòu)構(gòu)施施工工環(huán)環(huán)境境，，特特別別是是與與特特定定的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)地地質(zhì)質(zhì)、、工工程程地地質(zhì)質(zhì)和和水水文文地地質(zhì)質(zhì)特特征征相相匹匹配配的的盾盾構(gòu)構(gòu)的的種種類類。。根據(jù)據(jù)施施工工環(huán)環(huán)境境，，隧隧道道掘掘進(jìn)進(jìn)機(jī)機(jī)的的““類類型型””分分為為軟軟土土盾盾構(gòu)構(gòu)、、硬硬巖巖掘掘進(jìn)進(jìn)機(jī)機(jī)(TBM)、復(fù)復(fù)合合盾盾構(gòu)構(gòu)三三類類。。因因此此，，盾盾構(gòu)構(gòu)的的““類類型型””分分為為軟軟土土盾盾構(gòu)構(gòu)和和復(fù)復(fù)合合盾盾構(gòu)構(gòu)兩兩類類。。軟土土盾盾構(gòu)構(gòu)軟土土盾盾構(gòu)構(gòu)是是指指適適用用于于未未固固結(jié)結(jié)成成巖巖的的軟軟土土、、某某些些半半固固結(jié)結(jié)成成巖巖及及全全風(fēng)風(fēng)化化和和強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化化圍圍巖巖條條件件下下的的一一類類盾盾構(gòu)構(gòu)。。軟土土盾盾構(gòu)構(gòu)的的主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)是是刀刀盤盤僅僅安安裝裝軟軟土土刀刀具具(先行行刀刀、、切切刀刀、、刮刮刀刀)，無無需需滾滾刀刀。。復(fù)合合盾盾構(gòu)構(gòu)復(fù)合合盾盾構(gòu)構(gòu)是是指指既既適適用用于于軟軟土土、、又又適適用用于于硬硬巖巖的的一一類類盾盾構(gòu)構(gòu)，，主主要要用用于于既既有有軟軟土土又又有有硬硬巖巖的的復(fù)復(fù)雜雜地地層層施施工工。。復(fù)合合盾盾構(gòu)構(gòu)的的主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)是是刀刀盤盤既既安安裝裝有有軟軟土土刀刀具具，，如如切切刀刀和和刮刮刀刀，，又又安安裝裝硬硬巖巖刀刀具具(滾刀刀)。2盾構(gòu)構(gòu)的的““機(jī)機(jī)型型””盾構(gòu)構(gòu)的的““機(jī)機(jī)型型””是是指指在在根根據(jù)據(jù)工工程程地地質(zhì)質(zhì)和和水水文文地地質(zhì)質(zhì)條條件件，，盾盾構(gòu)構(gòu)所所采采用用的的最最有有效效的的開開挖挖面面支支護(hù)護(hù)形形式式。。盾構(gòu)構(gòu)按按支支護(hù)護(hù)地地層層的的形形式式主主要要分分為為自自然然支支護(hù)護(hù)式式、、機(jī)機(jī)械械支支護(hù)護(hù)式式、、壓壓縮縮空空氣氣支支護(hù)護(hù)式式、、泥泥水水支支護(hù)護(hù)式式、、土土壓壓平平衡衡支支護(hù)護(hù)式式五五種種機(jī)機(jī)型型。。目前前應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣的的是是土土壓壓平平衡衡盾盾構(gòu)構(gòu)(土壓壓平平衡衡支支護(hù)護(hù)式式)和泥泥水水盾盾構(gòu)構(gòu)(泥水水支支護(hù)護(hù)式式)兩種種機(jī)機(jī)型型。。3盾構(gòu)構(gòu)的的““模模式式””盾構(gòu)構(gòu)的的““模模式式””是是指指在在一一定定““型型””的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，，根根據(jù)據(jù)特特定定的的盾盾構(gòu)構(gòu)施施工工環(huán)環(huán)境境，，在在確確保保開開挖挖面面穩(wěn)穩(wěn)定定的的前前提提下下，，盾盾構(gòu)構(gòu)所所采采用用的的最最有有效效的的““出出碴碴””方方式式。。“模模式式””是是盾盾構(gòu)構(gòu)的的一一種種操操作作方方式式。。土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)的“模式式”可分為敞敞開式、半敞敞開式、閉胸胸式三種。泥水盾構(gòu)的““模式”可分分為泥水平衡衡模式(也稱直接控制制模式)和氣壓復(fù)合模模式(也稱間接控制制模式或D模式)兩種。實(shí)例：廣州地地鐵復(fù)合式土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)廣州地鐵復(fù)合合式土壓平衡衡盾構(gòu)具有三三種模式，即即:敞開式、半敞敞開式（加氣氣模式）、閉閉胸式(土壓平衡模式式)。敞開式模式土壓平衡模式式加氣模式在掌子面足夠夠穩(wěn)定并且涌涌水能夠被控控制時(shí)，采用用“敞開模式式作業(yè)。在敞開模式下下，刀具切削削開挖面土體體，切削土進(jìn)進(jìn)入土倉，通通過位于土倉倉底部的螺旋旋輸送機(jī)將碴碴土排出。在在土倉的底部部，要有足夠夠的碴土供螺螺旋輸送機(jī)出出碴用，土倉倉的其他空間間是空的。在

敞開模式敞開模式下，，土倉通過螺螺旋輸送機(jī)的的出料口與隧隧道相通。當(dāng)當(dāng)推進(jìn)停止時(shí)時(shí)，可以隨時(shí)時(shí)進(jìn)入開挖倉倉而無需采取取其他措施。。在掌子面具有有足夠的自穩(wěn)穩(wěn)能力，且水水壓小于1.5bar的地層中，采采用半敞開模模式掘進(jìn)。半半敞開式作業(yè)業(yè)時(shí)，土倉下下部是刀盤切切削下來的碴碴土，上部為為壓縮空氣。。半敞開式作作業(yè)的開挖和和推進(jìn)與敞開開式作業(yè)基本本一致。半敞開式模式閉胸式用于圍圍巖不穩(wěn)定或或水壓高、水水量大的地層層。地下水壓＋土壓=土倉壓力土壓平衡模式某些泥水盾構(gòu)構(gòu)具有二種模模式:即泥水平衡模模式和氣壓復(fù)復(fù)合模式。（見視頻））泥水平衡模式式泥水平衡模式式其原理是通通過刀盤來切切削掌子面的的圍巖，位于于地面的送泥泥泵將漿液送送入開挖倉，，排泥泵將刀刀盤切削下來來并經(jīng)攪拌的的泥漿泵送至至地面的泥水水處理系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行分離，通通過控制送排排泥量來使開開挖倉維持一一定的壓力，，這個(gè)壓力即即可平衡掌子子面的水壓和和土壓，保證證掌子面的穩(wěn)穩(wěn)定。氣壓泥水復(fù)合合模式(D模式)采用“D”模式掘進(jìn)時(shí)，，開挖地層一一般自穩(wěn)性較較差?！癉”模式的泥水平平衡機(jī)理：開開挖倉內(nèi)的泥泥水壓力通過過氣壓調(diào)節(jié)方方式進(jìn)行控制制。4盾構(gòu)的“型式式”盾構(gòu)的“型式”涉及盾構(gòu)的“型”和“模式”不論是適用于于單一軟土地地層的軟土盾盾構(gòu)，還是適適用于復(fù)雜地地層的復(fù)合盾盾構(gòu)，都有土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)和泥水盾構(gòu)構(gòu)兩種機(jī)型。。土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)一般具有敞敞開式、半敞敞開式、閉胸胸式三種模式式；泥水盾構(gòu)構(gòu)一般具有泥泥水平衡模式式和氣壓復(fù)合合模式二種模模式。盾構(gòu)的“型”是在施工前決決定的，而“模式”則是在施工過過程中根據(jù)具具體的施工環(huán)環(huán)境由操作人人員實(shí)時(shí)決策策的。5盾構(gòu)選型的原原則盾構(gòu)選型是盾盾構(gòu)法隧道能能否安全、環(huán)環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、、經(jīng)濟(jì)、快速速建成的關(guān)鍵鍵工作之一，，盾構(gòu)選型型應(yīng)從安全適適應(yīng)性（也稱稱可靠性）、、技術(shù)先進(jìn)性性、經(jīng)濟(jì)性等等方面綜合考考慮，所選擇擇的盾構(gòu)型式式要能盡量減減少輔助施工工法并確保開開挖面穩(wěn)定和和適應(yīng)圍巖條條件，同時(shí)還還要綜合考慮慮以下因素：：①可以合合理使用的輔輔助施工法如如降水法、氣氣壓法、凍結(jié)結(jié)法和注漿法法等；②滿滿足本工程隧隧道施工長度度和線形的要要求；③后后配套設(shè)備、、始發(fā)設(shè)施等等能與盾構(gòu)的的開挖能力配配套；④盾盾構(gòu)的工作環(huán)環(huán)境。不同型式的盾盾構(gòu)所適應(yīng)的的地質(zhì)范圍不不同，盾構(gòu)選選型總的原則則是安全性適適應(yīng)性第一，，以確保盾構(gòu)構(gòu)法施工的安安全可靠；在在安全可靠的的情況下再考考慮技術(shù)的先先進(jìn)性，即技技術(shù)先進(jìn)性第第二位；然后后再考慮盾構(gòu)構(gòu)的價(jià)格，即即經(jīng)濟(jì)性第三三位。盾構(gòu)施施工時(shí)，施工工沿線的地質(zhì)質(zhì)條件可能變變化較大，在在選型時(shí)一般般選擇適合于于施工區(qū)大多多數(shù)圍巖的機(jī)機(jī)型。盾構(gòu)選型時(shí)主主要遵循下列列原則：（1）應(yīng)對工程地地質(zhì)、水文地地質(zhì)有較強(qiáng)的的適應(yīng)性，首首先要滿足施施工安全的要要求；（2）安全適應(yīng)性性、技術(shù)先進(jìn)進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性性相統(tǒng)一，在在安全可靠的的情況下，考考慮技術(shù)先進(jìn)進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合合理性；（3）滿足隧道外外徑、長度、、埋深、施工工場地、周圍圍環(huán)境等條件件；（4）滿足安全、、質(zhì)量、工期期、造價(jià)及環(huán)環(huán)保要求；（5）后配套設(shè)備備的能力與主主機(jī)配套，滿滿足生產(chǎn)能力力與主機(jī)掘進(jìn)進(jìn)速度相匹配配，同時(shí)具有有施工安全、、結(jié)構(gòu)簡單、、布置合理和和易于維護(hù)保保養(yǎng)的特點(diǎn)；；（6）盾構(gòu)制造商商的知名度、、業(yè)績、信譽(yù)譽(yù)和技術(shù)服務(wù)務(wù)。根據(jù)以上原則則，對盾構(gòu)的的型式及主要要技術(shù)參數(shù)進(jìn)進(jìn)行研究分析析，以確保盾盾構(gòu)法施工的的安全、可靠靠，選擇最佳佳的盾構(gòu)施工工方法和選擇擇最適宜的盾盾構(gòu)。盾構(gòu)選型是盾盾構(gòu)法施工的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，，直接影響盾盾構(gòu)隧道的施施工安全、施施工質(zhì)量、施施工工藝及施施工成本，為為保證工程的的順利完成，，對盾構(gòu)的選選型工作應(yīng)非非常慎重。6盾構(gòu)選型的依依據(jù)盾構(gòu)選型應(yīng)以以工程地質(zhì)、、水文地質(zhì)為為主要依據(jù)，，綜合考慮周周圍環(huán)境條件件、隧道斷面面尺寸、施工工長度、埋深深、線路的曲曲率半徑、沿沿線地形、地地面及地下構(gòu)構(gòu)筑物等環(huán)境境條件，以及及周圍環(huán)境對對地面變形的的控制要求的的工期、環(huán)保保等因素，同同時(shí)，參考國國內(nèi)外已有盾盾構(gòu)工程實(shí)例例及相關(guān)的盾盾構(gòu)技術(shù)規(guī)范范、施工規(guī)范范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，對盾構(gòu)類類型、驅(qū)動(dòng)方方式、功能要要求、主要技技術(shù)參數(shù)，輔輔助設(shè)備的配配置等進(jìn)行研研究。選型時(shí)時(shí)的主要依據(jù)據(jù)如下：（1）工程地質(zhì)、、水文地質(zhì)條條件；（2）隧道長度、、隧道平縱斷斷面及橫斷面面形狀和尺寸寸等設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)；（3）周圍環(huán)境條條件；（4）隧道施工工工程籌劃及節(jié)節(jié)點(diǎn)工期要求求；（5）宜用的輔助助工法；（6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比比較。7盾構(gòu)選型主要要步驟（1）在對工程地地質(zhì)、水文地地質(zhì)條件、周周圍環(huán)境、工工期要求、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性等充分分研究的基礎(chǔ)礎(chǔ)上選定盾構(gòu)構(gòu)的類型；對對敞開式、閉閉胸式盾構(gòu)進(jìn)進(jìn)行比選。（2）在確定選用用閉胸式盾構(gòu)構(gòu)后，根據(jù)地地層的滲透系系數(shù)、顆粒級(jí)級(jí)配、地下水水壓、環(huán)保、、輔助施工方方法、施工環(huán)環(huán)境、安全等等因素對土壓壓平衡盾構(gòu)和和泥水盾構(gòu)進(jìn)進(jìn)行比選。（3）根據(jù)詳細(xì)的的地質(zhì)勘探資資料，對盾構(gòu)構(gòu)各主要功能能部件進(jìn)行選選擇和設(shè)計(jì)（（如刀盤驅(qū)動(dòng)動(dòng)型式，刀盤盤結(jié)構(gòu)型式、、開口率，刀刀具種類與配配置，螺旋輸輸送機(jī)的形式式與尺寸，沉沉浸墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)與泥漿漿門的型式，，破碎機(jī)的布布置與型式，，送排泥管的的直徑等），，并根據(jù)地質(zhì)質(zhì)條件等確定定盾構(gòu)的主要要技術(shù)參數(shù)。。盾構(gòu)的主要要技術(shù)參數(shù)在在選型時(shí)應(yīng)進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算算，主要包括括刀盤直徑，，刀盤開口率率，刀盤轉(zhuǎn)速速，刀盤扭矩矩，刀盤驅(qū)動(dòng)動(dòng)功率，推力力，掘進(jìn)速度度，螺旋輸送送機(jī)功率、直直徑、長度，，送排泥管直直徑，送排泥泥泵功率、揚(yáng)揚(yáng)程等。（4）根據(jù)地質(zhì)條條件選擇與盾盾構(gòu)掘進(jìn)速度度相匹配的盾盾構(gòu)后配套施施工設(shè)備。8盾構(gòu)選型的主主要方法8.1根據(jù)地層的滲滲透系數(shù)進(jìn)行行選型地層滲透系數(shù)數(shù)對于盾構(gòu)的的選型是一個(gè)個(gè)很重要的因因素。通常，，當(dāng)?shù)貙拥臐B滲透系數(shù)小于于10-7m/s時(shí)，可以選用用土壓平衡盾盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙訉拥臐B透系數(shù)數(shù)在10-7m/s和10-4m/s之間時(shí)，既可可以選用土壓壓平衡盾構(gòu)也也可以選用泥泥水式盾構(gòu)；；當(dāng)?shù)貙拥耐竿杆禂?shù)大于于10-4m/s時(shí)，宜選用泥泥水盾構(gòu)。盾構(gòu)與滲透系系數(shù)的關(guān)系根據(jù)地層滲透透系數(shù)與盾構(gòu)構(gòu)的關(guān)系，若若地層以各種種級(jí)配富水的的砂層、砂礫礫層為主時(shí)，，宜選用泥水水盾構(gòu)；其他他地層宜選用用土壓平衡盾盾構(gòu)。8.2根據(jù)地層的顆顆粒級(jí)配進(jìn)行行選型一般來說，細(xì)細(xì)顆粒含量多多，碴土易形形成不透水的的流塑體，容容易充滿土倉倉的每個(gè)部位位，在土倉中中可以建立壓壓力，平衡開開挖面的土體體。盾構(gòu)類型與顆顆粒級(jí)配的關(guān)關(guān)系詳見下圖圖，圖中右邊邊藍(lán)色區(qū)域?yàn)闉檎惩?、淤泥泥質(zhì)土區(qū)，為為土壓平衡盾盾構(gòu)適用的顆顆粒級(jí)配范圍圍，左邊的黃黃色區(qū)域?yàn)榈[礫石粗砂區(qū)，，為泥水盾構(gòu)構(gòu)適用的顆粒粒級(jí)配范圍。。綠色區(qū)域?yàn)榇执稚?、?xì)砂區(qū)區(qū)，即可使用用泥水盾構(gòu)，，也可經(jīng)土質(zhì)質(zhì)改良后使用用土壓平衡盾盾構(gòu)，

中礫砂礫粗砂細(xì)砂淤泥粘土一般來說,當(dāng)巖土中的粉粉粒和粘粒的的總量達(dá)到40%以上時(shí),通常會(huì)選用土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu),相反的情況選選擇泥水盾構(gòu)構(gòu)比較合適。。粉粒的絕對對大小通常以以0.075mm為界。粘土淤泥砂質(zhì)礫石卵石土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)不含添加劑劑土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)含添加劑泥水盾構(gòu)含添添加劑泥水盾構(gòu)不含含添加劑粒徑尺寸表8.3根據(jù)水壓進(jìn)行行選型當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，適宜采用用泥水盾構(gòu)。。如果采用土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)，螺旋輸送送機(jī)難以形成成有效的土塞塞效應(yīng)，在螺螺旋輸送機(jī)排排土閘門處易易發(fā)生碴土噴噴涌現(xiàn)象，引引起土倉中土土壓力下降，，導(dǎo)致開挖面面坍塌。當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，如因地質(zhì)質(zhì)原因需采用用土壓平衡盾盾構(gòu)，則需增增大螺旋輸送送機(jī)的長度，，或采用二級(jí)級(jí)螺旋輸送機(jī)機(jī)。9盾構(gòu)選型時(shí)必必須考慮的特特殊因素盾構(gòu)選型時(shí)，，在實(shí)際實(shí)施施時(shí)，還需解解決理論的合合理性與實(shí)際際的可能性之之間的矛盾。。必須考慮環(huán)保、地質(zhì)和安全因素。(1)環(huán)保因素對泥水盾構(gòu)而而言，雖然經(jīng)經(jīng)過過篩、旋旋流、沉淀等等程序，可以以將棄土漿液液中的一些粗粗顆粒分離出出來，并通過過汽車、船等等工具運(yùn)輸棄棄碴，但泥漿漿中的懸浮或或半懸浮狀態(tài)態(tài)的細(xì)土顆粒粒仍不能完全全分離出來，，而這些物質(zhì)質(zhì)又不能隨意意處理，就形形成了使用泥泥水盾構(gòu)的一一大困難。降降低污染保護(hù)護(hù)環(huán)境是選擇擇泥水盾構(gòu)面面臨的十分重重要的課題，，需要解決的的是如何防止止將這些泥漿漿棄置江河湖湖海等水體中中造成范圍更更大、更嚴(yán)重重的污染。要將棄土泥漿漿徹底處理可可以作為固體體物料運(yùn)輸?shù)牡某潭纫彩强煽梢宰龅降?，，國?nèi)外都有有許多成功的的事例，但做做到這點(diǎn)并不不容易，因?yàn)闉?①處理設(shè)備貴，，增加了工程程投資②用來安裝這這些處理設(shè)備備需要的場地地較大③處理時(shí)間較較長(2)工程地質(zhì)因素素盾構(gòu)施工段工工程地質(zhì)的復(fù)復(fù)雜性主要反反映在基礎(chǔ)地地質(zhì)(主要是圍巖巖巖性)和工程地質(zhì)特特性的多變方方面。在一個(gè)個(gè)盾構(gòu)施工段段或一個(gè)盾構(gòu)構(gòu)合同標(biāo)段中中，某些部分分的施工環(huán)境境適合選用土土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)，但某些部部分又很適合合選用泥水盾盾構(gòu)。盾構(gòu)選選型時(shí)應(yīng)綜合合考慮并對不不同選擇進(jìn)行行風(fēng)險(xiǎn)分析后后擇其優(yōu)者。。(2)安全因素從保持工作面面的穩(wěn)定、控控制地面沉降降的角度來看看，使用泥水水盾構(gòu)要比使使用土壓平衡衡盾構(gòu)的效果果好一些，特特別是在河湖湖等水體下、、在密集的建建筑物或構(gòu)筑筑物下及上軟軟下硬的地層層中施工時(shí)。。在這些特殊殊的施工環(huán)境境中，施工過過程的安全性性將是盾構(gòu)選選型時(shí)的一項(xiàng)項(xiàng)極其重要的的選擇，如北北京鐵路地下下直徑線最終終選擇了泥水水盾構(gòu)。10盾構(gòu)選型實(shí)例例成都地鐵試驗(yàn)驗(yàn)段盾構(gòu)選型型選型分析成都地鐵盾構(gòu)構(gòu)試驗(yàn)段沿線線建筑物密集集，地下管線線縱橫，盾構(gòu)構(gòu)隧道穿越的的地層粘土含含量極少，大大部分為飽水水的卵石層，，卵石含量高高，且強(qiáng)度大大；同時(shí)，地地層中含有少少量大粒徑漂漂石，漂石的的最大粒徑達(dá)達(dá)670mm；并且地層滲滲透系數(shù)大，，地下水位較較高。由于在在卵石地層泥泥膜形成困難難，在強(qiáng)透水水地層形成土土塞困難，因因此，不論是是采用泥水盾盾構(gòu)還是土壓壓平衡盾構(gòu)施施工，均具有有較大的風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)和難度。。工程概概況成都地地鐵1號(hào)線為為南北北走向向，北北至新新都大大豐鎮(zhèn)鎮(zhèn)，南南至華華陽，，全長長31.6km，其中中一期期工程程盾構(gòu)構(gòu)施工工區(qū)間間北起起紅花花堰，，南止止于火火車南南站，，全長長18.601km，共11個(gè)區(qū)間間。由由于成成都地地鐵地地質(zhì)條條件復(fù)復(fù)雜，，為有有效降降低盾盾構(gòu)法法在技技術(shù)、、工期期和投投資上上的風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)，，選定定人民民北路路站至至天府府廣場場站區(qū)區(qū)間段段（盾盾構(gòu)2標(biāo)）、、省體體育館館站至至火車車南站站區(qū)間間段（（盾構(gòu)構(gòu)4標(biāo)）的的各一一條隧隧道為為盾構(gòu)構(gòu)法試試驗(yàn)段段。工程地地質(zhì)盾構(gòu)2標(biāo)段隧隧道最最大覆覆土厚厚20m，最小小坡度度2‰～23‰‰，左右右線間間距11～15m，最小小曲線線半徑徑400m；隧道道穿越越的地地層主主要為為卵石石層，，局部部為砂砂夾層層；卵卵石的的單軸軸抗壓壓強(qiáng)度度為55.1～165MPa；卵石石粒徑徑以30～80mm為主，，部分分粒徑徑大于于160mm，并含含有少少量漂漂石（（粒徑徑大于于200mm），且且局部部漂礫礫富集集成層層，目目前已已知的的最大大漂石石粒徑徑為670mm，卵石石含量量占60％～80％（重重量比比），，充填填物為為細(xì)砂砂及圓圓礫，，稍密密～密密實(shí)。。隧道道下穿穿萬福福橋、、省展展覽館館東側(cè)側(cè)房屋屋群、、西御御河人人防通通道、、2～5層的房房屋、、天府府廣場場下穿穿隧道道，并并近距距離水水平穿穿越中中銀大大廈（（36層）、、輕工工大廈廈（12層）。。工程地地質(zhì)盾構(gòu)4標(biāo)段隧隧道最最大覆覆土厚厚13m，最小小坡度度2‰～22‰‰，左右右線間間距12.03～13m，最小小曲線線半徑徑700m；隧道道穿越越的地地層主主要為為卵石石層，，局部部為砂砂夾層層；卵卵石的的單軸軸抗壓壓強(qiáng)度度為68.1～96.5MPa；卵石石粒徑徑以30～70mm為主，，部分分粒徑徑為80～120mm，最大大粒徑徑210mm，偶見見漂石石，卵卵石含含量占占55％～75％（重重量比比）；；充填填物為為細(xì)砂砂、中中砂為為主，，夾少少量粘粘性土土，含含量約約10％～35％，稍稍密～～密實(shí)實(shí)。隧隧道下下穿人人民南南路立立交橋橋、電電力調(diào)調(diào)度公公司房房屋（（4層）、、機(jī)場場立交交橋、、火車車南站站股道道。水文地地質(zhì)地下水水系為為第四四系孔孔隙潛潛水和和基巖巖裂隙隙水兩兩種類類型。。孔隙隙潛水水主要要埋藏藏于砂砂卵石石土地地層中中，地地下水水位埋埋藏較較淺，，水量量豐富富，滲滲透系系數(shù)為為k=1.736×10-4m/s，為強(qiáng)強(qiáng)透水水層，，補(bǔ)給給來源源為大大氣降降水和和地表表河流流、溝溝渠。?；鶐r巖裂隙隙水主主要賦賦存于于泥巖巖強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化裂裂隙帶帶中，，透水水性較較差。。泥水盾盾構(gòu)方方案1）盾構(gòu)構(gòu)類型型與地地層滲滲透性性的關(guān)關(guān)系根據(jù)德德法等等國的的盾構(gòu)構(gòu)施工工經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，當(dāng)當(dāng)?shù)貙訉拥臐B滲透系系數(shù)小小于10-７m/s時(shí)，可可選用用土壓壓平衡衡盾構(gòu)構(gòu)；當(dāng)當(dāng)滲透透系數(shù)數(shù)在10-７m/s和10-4m/s之間時(shí)，既既可選用泥泥水盾構(gòu)，，也可在碴碴土改良的的情況下選選用土壓平平衡盾構(gòu)；；當(dāng)?shù)貙拥牡臐B透系數(shù)數(shù)大于10-4m/s時(shí)，則宜采采用泥水盾盾構(gòu)。成都都地鐵盾構(gòu)構(gòu)試驗(yàn)段隧隧道穿越地地層的滲透透系數(shù)為1.736×10-4m/s，大于10-4m/s，采用泥水水盾構(gòu)施工工是可行的的。泥水盾構(gòu)方方案2）開挖面穩(wěn)穩(wěn)定機(jī)理泥水盾構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定開挖面面的機(jī)理如如下：（1）以泥水壓壓力來抵抗抗開挖面的的土壓力和和水壓力以以保持開挖挖面穩(wěn)定，，同時(shí)，控控制開挖面面變形和地地基沉降；；（2）在開挖面面形成弱透透水性泥膜膜，保持泥泥水壓力有有效作用于于開挖面。。類型1：泥水幾乎乎不產(chǎn)生滲滲透，只形形成泥膜。。類型2：土體孔隙隙大，泥水水全部滲走走不產(chǎn)生泥泥膜。類型3：介于類型型l和類型2之間，即泥泥水滲走的的同時(shí)也形形成泥膜。。泥水盾構(gòu)方方案3）卵石地層層泥膜形成成困難的原原因在砂卵石地地層，泥水水向土體過過量滲透，，全部泥水水可經(jīng)過地地層的孔隙隙流走，無無法形成泥泥膜，不僅僅泥水壓力力不能有效效作用于開開挖面，而而且會(huì)引起起土體孔隙隙水壓力上上升，有效效應(yīng)力下降降，這對開開挖面穩(wěn)定定是不利的的。因此，，對滲透系系數(shù)大的砂砂卵石地層層，必須采采取措施以以加速泥膜膜的形成。。泥水盾構(gòu)方方案4）在卵石地地層泥膜形形成的方法法泥水中除加加入膨潤土土外，還應(yīng)應(yīng)在泥水中中加入增粘粘劑（CMM）或加入聚聚丙烯酰胺胺（PAA），泥水在在向地層孔孔隙中滲透透的同時(shí)，，自身形成成體積增大大的團(tuán)粒與與地層土顆顆粒吸附結(jié)結(jié)合，對滲滲透形成阻阻力，該阻阻力隨滲透透距離的增增大而增大大，當(dāng)滲透透距離達(dá)到到某一定值值時(shí)，滲透透阻力與泥泥水壓力平平衡，滲流流停止，形形成滲透泥泥膜。表面面吸附聚集集泥膜僅局局限于開挖挖面的表面面，而滲透透泥膜則深深入地層，，泥膜厚度度等于滲透透距離。泥泥水盾構(gòu)中中形成的泥泥膜都屬于于動(dòng)泥膜，，邊生成邊邊部分被刀刀具切削而而破壞，由由于滲透泥泥膜較厚，，比吸附聚聚集泥膜對對開挖面穩(wěn)穩(wěn)定有利。。對于滲透透泥膜而言言，應(yīng)控制制泥水的參參數(shù)及掘進(jìn)進(jìn)參數(shù)，使使其成膜時(shí)時(shí)間短于刀刀盤對應(yīng)的的掘削時(shí)間間。泥水盾構(gòu)方方案5）刀盤類型型與刀具的的布置在砂卵石地地層，卵石石屬松散體體，地層對對卵石缺少少約束力，，且由于卵卵石的抗壓壓強(qiáng)度較高高，滾刀只只能部分破破碎卵石，，不能對卵卵石進(jìn)行有有效破碎。。在刀盤上宜宜配置重型型撕裂刀、切刀、周周邊刮刀等等刀具，重重型撕裂刀刀為先行刀刀，超前切切刀布置，，先行切削削地層，先先對卵石進(jìn)進(jìn)行沖擊和和撕裂，對對卵石進(jìn)行行部分破碎碎并解除地地層對卵石石的約束力力，然后由由超前量較較小的切刀刀切削剩余余部分。經(jīng)經(jīng)重型撕裂裂刀松動(dòng)和和部分破碎碎的卵石，，通過刀盤盤的開口進(jìn)進(jìn)入到泥水水艙，在泥泥水艙內(nèi)通通過破碎機(jī)機(jī)進(jìn)行二次次破碎。由于受盾構(gòu)構(gòu)尺寸的限限制，在泥泥水倉內(nèi)布布置的破碎碎機(jī)能破碎碎卵石的粒粒徑一般不不大于500mm。因此采用用泥水盾構(gòu)構(gòu)時(shí)，在設(shè)設(shè)計(jì)刀盤時(shí)時(shí)，宜采用面板板式刀盤，通過刀盤盤的開口來來限制進(jìn)入入泥水倉的的卵石的粒粒徑。滾刀破巖機(jī)機(jī)理在推力的作作用下，安安裝在刀盤盤上的盤形形滾刀緊壓壓巖面，隨隨著刀盤的的旋轉(zhuǎn)，盤盤形滾刀繞繞刀盤中心心軸公轉(zhuǎn)，，并繞自身身軸線自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。在刀盤盤強(qiáng)大的推推力、扭矩矩作用下，，盤形滾刀刀在掌子面面中心切縫縫上滾動(dòng)，，當(dāng)推力超超過巖石的的強(qiáng)度時(shí)，，盤形滾刀刀下的巖石石直接擠壓壓破碎，盤盤形滾刀貫貫入巖石，，掌子面被被盤形滾刀刀擠壓碎裂裂而形成隧隧道同心圓圓溝槽。隨隨著溝槽深深度的增加加，巖體表表面裂紋加加深擴(kuò)大，，當(dāng)超過巖巖石剪切和和拉伸強(qiáng)度度時(shí)，相鄰鄰?fù)膱A溝溝槽間的巖巖石成片剝剝落，形成成石碴。滾刀破碎卵卵石漂石機(jī)機(jī)理在滾刀破碎碎卵石的過過程中，依依靠刀圈在在接觸點(diǎn)施施加高壓力力，逐漸產(chǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)應(yīng)力，從而而將卵石破破碎。如果果是較小的的卵石，破破碎過程就就如用鋼釬釬打入一樣樣。大漂石石則從表面面出現(xiàn)細(xì)小小的剝落開開始，然后后逐漸累積積，根據(jù)滾滾壓連帶效效果和滾刀刀的連續(xù)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的的沖擊，以以刀尖為起起點(diǎn)開始出出現(xiàn)裂痕，，最后實(shí)現(xiàn)現(xiàn)破碎。為了能使?jié)L滾刀在砂卵卵石地層中中更有效地地工作，需需要被足夠夠的力安全全地將卵石石固定在某某一位置上上，以便使使?jié)L刀能夠夠?qū)υ撀咽┘蛹羟星袘?yīng)力將其其破碎。滾滾刀是否能能有效破碎碎卵石和漂漂石，要看看卵石和漂漂石是否固固結(jié)在周圍圍地層中。。如果地層層固結(jié)很好好，卵石和和漂石被緊緊密地?cái)D在在地層中，，是完全能能夠被滾刀刀有效破碎碎的。滾刀(a)表面出現(xiàn)小塊剝落(b)斜線部分為剝落部分(c)被破碎成2～3大塊(d)持續(xù)破碎卵石漂石破破碎機(jī)理成都地層采采用滾刀破破巖的難點(diǎn)點(diǎn)在于有的的地段固結(jié)結(jié)不好，砂砂層很松散散，卵石和和漂石在刀刀盤攪動(dòng)下下到處跑動(dòng)動(dòng)，難以被被滾刀壓住住進(jìn)行破碎碎。如果卵卵石和漂石石不能被固固定住，那那么就會(huì)被被推進(jìn)地層層直至被推推到旁邊，，不僅不能能被破碎，，相反被推推到滾刀旁旁邊的卵石石就象磨刀刀石一樣對對刀具造成成磨損，直直到卵石最最終被刀盤盤或其他卵卵石連續(xù)擠擠壓而破碎碎。對于松松散的砂卵卵石，宜采采用重型撕撕裂刀進(jìn)行行破碎。重型撕裂刀刀的破碎機(jī)機(jī)理是利用用撕裂刀隨隨刀盤高速速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生生的沖擊慣慣性能力進(jìn)進(jìn)行“錘擊擊”破碎。。此時(shí)宜相相應(yīng)提高刀刀盤轉(zhuǎn)速，，如果刀盤盤轉(zhuǎn)速偏低低或扭矩不不足，則撕撕裂刀只能能起到松土土器的作用用，不能有有效破碎卵卵石。土壓平衡盾盾構(gòu)方案1）盾構(gòu)類型型與粘土含含量的關(guān)系系根據(jù)日本的的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)當(dāng)?shù)貙又姓痴惩梁坎徊蛔?0%，不推薦使使用泥水盾盾構(gòu)。粘土土含量不足足時(shí)，使用用泥水盾構(gòu)構(gòu)在開挖面面上很難形形成泥膜，，開挖面易易坍塌。成成都地鐵盾盾構(gòu)隧道穿穿越的地質(zhì)質(zhì)粘土含量量極少，特特別是盾構(gòu)構(gòu)2標(biāo)幾乎不含含粘土，泥泥膜形成較較困難，因因此使用泥泥水盾構(gòu)具具有一定的的風(fēng)險(xiǎn)，較較適宜采用用土壓平衡衡盾構(gòu)施工工。土壓平衡盾盾構(gòu)方案2）開挖面穩(wěn)穩(wěn)定機(jī)理土壓平衡盾盾構(gòu)是依靠靠推進(jìn)油缸缸的推力給給土艙內(nèi)的的土碴加壓壓，使土壓壓作用于開開挖面使其其穩(wěn)定，主主要適用于于粘稠土壤壤的施工，，掘進(jìn)時(shí)，，由刀盤切切削下來的的土體進(jìn)入入土倉后由由螺旋輸送送機(jī)輸出，，在螺旋機(jī)機(jī)內(nèi)形成不不透水的土土塞，保持持土艙壓力力穩(wěn)定。土土壓平衡盾盾構(gòu)施工中中，土倉內(nèi)內(nèi)的碴土起起著平衡開開挖面水土土壓力，支支撐開挖面面的作用，，應(yīng)具有良良好的塑性性變形、內(nèi)內(nèi)摩擦角小小及滲透率率小等特點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)碴土中的的含砂量超超過某一限限度時(shí)，碴碴土的塑流流性明顯變變差，土倉倉內(nèi)的土體體因固結(jié)作作用而被壓壓密，導(dǎo)致致碴土難以以排送；需需向開挖面面注入添加加劑，以改改善土體的的塑流性。。開挖面添添加劑的目目的如下：：①排除或或置換開挖挖面的孔隙隙水來改善善止水性，，②補(bǔ)充地地層不足的的細(xì)顆粒來來改善塑流流性，③減減低切削土土體與盾構(gòu)構(gòu)之間的附附著性。土壓平衡盾盾構(gòu)方案3）強(qiáng)透水地地層土塞形形成困難的的原因當(dāng)?shù)貙拥臐B滲透系數(shù)大大于10-4m/s，添加劑易易被稀釋，，在土艙內(nèi)內(nèi)不易形成成具有良好好塑性及止止水性碴土土，螺旋輸輸送機(jī)難以以形成土塞塞效應(yīng)，在在螺旋機(jī)出出碴門處易易發(fā)生噴涌涌，造成土土艙內(nèi)壓力力不易控制制，易引起起開挖面坍坍塌及造成成地面沉降降。土壓平衡盾盾構(gòu)方案4）實(shí)現(xiàn)土壓壓平衡的措措施在飽水的卵卵石地層，，需使用添添加劑進(jìn)行行碴土改良良。其原理理為將開挖挖土砂與添添加劑在開開挖面混合合，形成具具有不透水水和塑流性性的碴土，，通過推進(jìn)進(jìn)油缸給土土倉加壓，，使土壓作作用于開挖挖面，以平平衡開挖面面的水土壓壓力。在飽飽水的砂卵卵石地層施施工，應(yīng)重重點(diǎn)防止地地下水的滲滲透和防噴噴涌，需選選擇不易被被水稀釋的的添加劑。。土壓平衡盾盾構(gòu)方案５）成都地地鐵卵石層層添加劑的的選擇成都地鐵的的地質(zhì)為卵卵石粒徑大大、含量大大、細(xì)砂含含量小的卵卵石層，不不適宜單獨(dú)獨(dú)使用泡沫沫劑?？赏ㄍㄟ^泡沫、、膨潤土注注入系統(tǒng)共共同對碴土土進(jìn)行改良良。泡沫及膨潤土注入系統(tǒng)示意圖每掘進(jìn)1環(huán)，泡沫劑劑的注入量量為35～50L。壓入膨潤土土（泥漿））的量為出出碴量的10％～20％土壓平衡盾盾構(gòu)方案６）卵石的的處理砂卵石地層層中，卵石石屬松散體體，地層對對卵石缺少少約束力，，滾刀不能能對卵石進(jìn)進(jìn)行有效破破碎。對土壓平衡衡盾構(gòu)，采采用以下處處理方法：：①將面板板式刀盤的的開口加大大，或采用用輻條式刀刀盤；②使使用較大直直徑的螺旋旋輸送機(jī)或或帶式螺旋旋輸送機(jī)。。盾構(gòu)方案比比選從設(shè)備的購購置成本來來看，泥水水盾構(gòu)需要要泥水分離離站，設(shè)備備的費(fèi)用高高于土壓平平衡盾構(gòu)，，選用土壓壓平衡盾構(gòu)構(gòu)較優(yōu)。從設(shè)備的運(yùn)運(yùn)行成本來來看，泥水水盾構(gòu)由于于泥水平衡衡、泥水分分離和泥水水輸送的需需要，其總總功率要高高于土壓平平衡盾構(gòu)，，選用土壓壓平衡盾構(gòu)構(gòu)較優(yōu)。從施施工工技技術(shù)術(shù)上上來來說說，，成成都都地地鐵鐵選選用用泥泥水水盾盾構(gòu)構(gòu)和和土土壓壓平平衡衡盾盾構(gòu)構(gòu)都都是是可可行行的的。。但但土土壓壓平平衡衡盾盾構(gòu)構(gòu)與與泥泥水水盾盾構(gòu)構(gòu)相相比比，，不不僅僅有有著著實(shí)實(shí)質(zhì)質(zhì)的的成成本本優(yōu)優(yōu)勢勢；；另另一一方方面