曾宪锋
粤水电轨道交通建设有限公司 广东省广州市 510610
摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。由于交通压力不断增大，城市轨道交通建设压力日益加大，在轨道交通系统构建中使用盾构法能够提升城市轨道交通隧道结构的掘进速度与质量，为城市轨道交通车辆运行安全性的提升提供保障。本文就城市轨道交通盾构法施工盾构机选型展开探讨。
关键词：地铁；土压平衡盾构；盾构选型
引言
盾构法在城市轨道交通建设中得到了广泛应用，针对不同区域地质条件、水文条件的地下交通建设，极大地推动了我国盾构法修建技术的发展与实践。
1盾构施工技术的优势与劣势分析
在城市轨道交通隧道结构建设中应用盾构施工技术有诸多优势，首先它能够提升隧道结构掘进的速度，同时它还能够大大强化轨道交通隧道施工的自动化水平，其次盾构法施工技术在具体施工中对周围环境的附加影响相对较小，最后盾构法施工具有较高的经济性。总体来说轨道交通隧道结构应用盾构施工技术能够有效提升自动化效果，减少人工操作难度，不影响地面交通运行且不会受到天气等外部因素影响，是一种操作效果较好的隧道掘进施工技术，不过盾构施工技术也有一定的劣势，首先其施工环境适应性不强，一些岩土结构特殊的区域不能使用这一施工技术，其次就是购入盾构机械需要投入一定的资金，前期成本较高。
2盾构机选型及配置分析
2.1盾构机选型分析
2.1.1颗粒级配与盾构选型
不同类型的盾构适用的地质类型也是不同的。盾构的选型必须做到针对不同的工程，不同的地质特点进行针对性设计，才能使盾构更好的适应工程。盾构的主要类型有泥水加压式、复合型土压平衡式盾构等。
根据土层中的颗粒级配与盾构选型的曲线图2-1，进行土压盾构和泥水盾构的选择。
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图2-2地层渗透性与盾构选型
地层渗透性与盾构机的选型关系见图2-2所示，地层渗透性与盾构选型图既说明了地层颗粒与渗透率的一般关系：细颗粒含量多的地层渗透率小，粗颗粒含量多的地层渗透率大，反映了渗透率与盾构选型的关系：颗粒粗渗透率大水量充足，碴土为流体状，螺旋机不能形成土塞，土仓建立不了压力，仅依靠大颗粒充满土仓来形成机械力支撑土体时，即使土仓充满水也会造成堵仓。当地层的渗透系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构；当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可以选用土压平衡盾构；因此，当地层的渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构。
泥水平衡盾构在主要为高水压饱和粉细砂地层中对控制开挖工作面稳定性、地表沉降方面及保证施工进度方面明显优于土压平衡盾构，更能保证施工安全。在众多的盾构类型中，土压平衡盾构机的适应性较大，能用于粘结性、非粘结性、有水或无水、软土或软岩、砾砂或圆砾、卵石、硬岩等多种复杂的地层，施工速度较高，能有效控制地表沉降。随着盾构机和辅助功能的完善与发展，如局部气压平衡系统的采用，加泥加泡沫系统的采用，以及防喷涌功能系统和保压泵渣装置的应用等，以使土压平衡盾构机具有了十分完善的功能和先进的技术性能。
2.2盾构机配置分析
2.2.1盾构刀盘
区间穿越地层主要为中风化泥质粉砂岩（软岩），根据地勘钻孔揭示，中风化泥质粉砂岩中石英含量较高，盾构在此类岩层中掘进，需克服的困难主要有：长距离掘进刀盘磨损问题；刀盘结泥饼问题；管片上浮问题。其中前两个问题主要通过盾构机刀盘配置来解决。盾构在中风化泥质粉砂岩中掘进，首先要求刀具具备破岩能力，从该点出发，刀盘配置需要以滚刀为主、刮刀为辅。根据国内外盾构施工经验，滚刀间距在70～90mm时，有利于破坏较硬岩石，同时，增大滚刀配置高度、加大刀具配置高差有利于破岩和保护刮刀。据此，某地区刀盘一般配置为：中心双刃滚刀、正面及周边采用单刃滚刀及刮刀组合；滚刀间距不大于90mm；滚刀与刮刀配置高差为约为38～47.5mm；同时，刮刀背向布置，并拉近刮刀之间的距离，在硬岩地段双向掘进时能够对刮刀有一定的保护作用；刀盘上的滚刀刀座和齿刀刀座相同，安装方式也相同，二者可进行互换。
为了克服刀盘及刀具磨损，采取措施为：刀盘面板加焊复合耐磨板，刀盘外周配以镶嵌合金的耐磨板，刀盘的背面和边缘过渡区，也焊有致密耐磨网格，用以提高刀盘的耐磨性能；对滚刀进行改进，在滚齿周边嵌装耐磨合金刀头，并堆耐磨焊，以增强刀具对岩层的切削性能，减少刀具的磨损；增加边缘区域切刀、刮刀的数量，提高刀盘边缘区域的耐磨性能，有效保证开挖直径，切刀、边刮刀均采用合金设计，提高刀具的耐磨性能以及耐冲击性能，刀座背部采用了耐磨焊层保护刀座，各面板处也布置了相应的导流刀具用于保护刀座；针对外周刀具增加了相应的保护刀具，用以提高刀具的使用寿命。盾构掘进机在土层中推进时的扭矩主要包含刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘侧面与土体之间力矩。随着土舱及掌子面碴土改良技术的发展，在土层开挖中刀盘的扭矩可以得到大幅度的降低。这里计算的只是在没有改良的情况下一种近似的理论扭矩，实际情况下一般要小于计算值。
2.2.2盾构掘进速度
盾构的掘进速度要与盾构掘进同步注浆能力相匹配，且确保满足盾构施工工期要求。
2.2.3盾构螺旋输送机。
螺旋输送机安装于前体的底部，渣螺旋输送机从隔板到拖车沿中心线的上仰角为23°。在掘进时，开挖的碴土在底部，螺旋输送机伸往渣舱的一段为可更换的耐磨片。螺旋输送机内部为一个带轴的螺杆，螺旋输送机的螺旋片能够在碴土中伸缩，这样可以在软岩中形成土塞，以有效防止喷涌现象。螺旋输送机叶片和筒壁整体上做耐磨、防锈处理。螺旋输送机应能排出不大于300?mm粒径的卵石，并具备自动开启控制系统。螺旋输送机前段叶片、螺旋轴、筒体装置相应耐磨块，减小螺旋输送机磨损。
螺旋输送机通过一个液压马达带一个减速机驱动，可以在0～22rpm范围内无级调速正反转，从而也可以很好的控制出土量。调节螺旋输送机的出土速度是控制土仓压力的重要方法之一。螺旋输送机的后料门可以关闭，这样在需要时可以关闭后门以处理喷涌等紧急情况。
2.2.4盾构管片注浆系统
为了防止地表沉降及管片上浮，盾构机还配备了独立的二次补浆系统可从管片背部进行补强注浆。盾尾同步注浆量应满足盾构主体通过后管片上方回填空隙。盾尾注浆孔口不少于4个，且安装相应传感器，确保能监测到每个注浆口的注浆压力、注浆量和总注浆量等参数。
2.2.5盾尾密封装置
盾尾密封装置设置三道盾尾密封刷，且能承受盾尾土压力、水压力及同步注浆产生的压力。盾尾密封油脂注入口不低于6个，且能监测到每个盾尾油脂注入的压力及每环掘进中盾尾油脂总注入量。
2.2.6盾构渣土改良措施。
盾构机配有两套碴土改良系统：泡沫系统、膨润土（泥浆）系统。两者都有单独的管路输送至盾体内，然后可以根据需要分别输送至刀盘面板的注入孔、土仓隔壁的主入孔及螺旋机的注入孔，注入孔注入材料的分配可以根据实际施工过程中的各种数据（刀盘扭矩、总推力、土压力、地面监测数据）的反馈和分析进行不断的改良。对于强风化泥岩、中风化泥岩、中风化砂岩，宜优先选用泡沫为渣土改良材料，且可以在该地层中掘进中保护刀盘，也可以采用膨润土和泡沫混合液作为渣土改良材料。加泥（泡沫）孔应尽可能多一些（特别是刀盘前面）并且泡沫注入口不少于6个，且注入孔布置应分散布置在刀盘上，以保证能分别注入刀盘前方土体内。
结语
为保证工程顺利进行满足土压平衡盾构施工的需要，选取适合工程地质状况、水文条件的盾构机进行施工是盾构法施工的关键，会直接影响区间隧道的安全、质量、工期和成本。
参考文献
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