中铁投资建设有限公司 天津 300000
摘要：选择合适的盾构机是盾构隧道施工成败的关键，选择盾构机应在深入研究分析区间的具体地质水文条件、隧道施工条件、环境条件的基础上，参考国内外已有的类似盾构工程经验，特别是同一地区盾构隧道工程的经验，遵循安全可靠、适用、经济、先进、环保的原则来选择。
关键词：盾构机、刀盘、同步注浆、地层适应性
0引言
根据“地质是基础、盾构机是关键、人是核心”的盾构施工理念，深入研究本工程盾构区间的地质情况和地面环境，用于地下工程的盾构机选型依据有很多标准，但主要还是取决于工程中所要遇到的地质状况。在区间穿越的地层主要为黏土、粉质黏土、部分粉砂等，建议选择有针对性的辐条式刀盘的土压平衡式盾构机，从施工阶段最大可能的规避可能面临的施工风险。
1工程概况
某地铁隧道工程右线区间全长为1026.8m，本工程区间隧道由北向南开始，区间沿线下穿居民区、地铁1号线区间结构、及车站主站房，地面建筑以平房和多层建筑为主。
该区间线路平面上由直线、缓和曲线和600m半径圆曲线组成，区间竖曲线为V字坡，线路最大纵坡28‰。盾构区间埋深范围为19.62m～31.47m，设置1处联络通道兼泵房。
1.1 工程地质概况
本区间穿越的地层有⑤2粉质粘土（k=5.79×
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cm/s）、⑥2粉质黏土（k=1.16×
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cm/s）、⑥3粉土（k=1.16×
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cm/s）、⑥4粉砂（k=2.31×
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cm/s，含微承压水）、⑦1粘土（k=5.79×
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cm/s）、⑦2粉质粘土（k=1.16×
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cm/s）等具体见剖面图1所示。
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图1 盾构区间地质剖面图
1.2 水文地质概况
场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水，赋存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。
1.3 不良工程地质
区间范围内分布有地震液化土层，主要为第Ⅰ陆相层④3粉土层，第Ⅰ海相层⑥3粉土层。其中④3粉土液化层呈层条带状分布，依据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909-2014），液化指数0.0~5095，液化等级为轻微。⑥3粉土液化层呈层状连续分布，依据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909-2014），液化指数0.00~17.65，液化等级为轻微~中等，大部分为轻微。
天津市属地面灾害易发区，以往检测资料显示，本区间所在区域1985~2013年地面沉降累计沉降量500~800mm，2009~2013年年平均沉降速率为16.18~18.8mm/a，地面沉降灾害弱发育。地面沉降对地铁的危害主要是产生过大的地面不均匀沉降将导致地铁结构变形和渗漏。
2本工程重难点分析
本工程区间穿越的敏感建筑较多，尤其是下穿地铁线结构、车站主站房、居民住宅建筑等，同时区间地质较差，盾构施工可能对以上建（构）筑物造成一定的影响，区间内土质因含水量大而导致土体流动性强，伴随区间隧道坡度起伏及转弯，增加了盾尾漏水漏砂的风险。一旦出现盾尾漏水漏砂，若处理不当，后果将造成巨大的损失。因此控制沉降变形是本工程的重点。
3 盾构选型概述
区间沿线地下管网较为密集，沿线左右两侧建筑物距离线位较近，盾构的选型应保证施工中各种建筑和地下管网的正常使用。盾构所穿越的地段大部分为粉质粘土、粉土。选择加泥式土压平衡盾构或泥水加压盾构均可满足要求。但泥水加压式盾构需泥水分离设备，施工占地较大，造价较高。根据施工实践证明，粉质粘土、粉土或粉砂土层中采用加泥式土压平衡盾构，均可将盾构施工的地面变形控制在＋10～-30mm范围内，满足市区较高的环境保护要求。两种工法比较表。
两种盾构工法比较表
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4盾构机适应性评价
4.1刀盘形式和刀具布置与地层的适应性评价
根据本区间的地质条件，隧道穿越地层主要为黏土、粉质黏土、部分粉砂。对比分析刀盘旋转原理，刀盘中心部位的线速度较低，粉质黏土、黏土在中心部位的流动性较差，黏土容易在中心部位沉积，因此本区间地铁盾构刀盘着重考虑的是盾构机在黏性土层中掘进时如何提高渣土的流动性，从而降低刀盘中心结泥饼的概率。根据盾构施工经验，建议使用辐条式刀盘。
4.2同步注浆系统与地层适应性评价
盾构法隧道施工中能否及时填充盾尾间隙，是控制地层沉降的关键。针对本工程的地质条件、隧道埋深和隧道穿越地区的重要管线及地面建构筑物的情况，所注入浆液要求能够同步及时填满整个管片背后间隙，而且要求浆液短时间内固结达到设计强度，满足抵抗土体变形下沉的要求。根据本工程的实际情况，同步注浆采用单液浆并根据现场实际情况调整浆液配比使壁后注浆浆液达到填充间隙的要求，必要可以在浆液中加其它材料。
盾构掘进1环（按1.5m的管片计算）注浆量：
Q1=π×(Rc2－r2)×L×η
=π×(3.212－3.12)×1.5×（1.5～2.5）
=3.27×（1.5～2.5）
=（4.91～8.18）m3
其中：Rc为盾构开挖半径R=3.23m；
r为管片外圆半径r = 3.1m；
L为盾构掘进1环长度L=1.5m；
η为填充系数η=1.5～2.5。
每环同步注浆时间应与掘进时间相同。
4.3 推力和刀盘扭矩的地层适应性评价
盾构机的总推力根据各种推进阻力的总和及所需的富裕量决定，对于土压平衡盾构机来说通常考虑的推进阻力有盾体与周围地层的摩擦力、开挖面的支撑压力、盾尾与管片及盾尾刷间的摩擦力、后配套的拖拉力等。推进阻力根据地层情况和盾构机的尺寸参数计算如下：
系统推力
所需的装备推力为上述推进阻力的总和乘以富裕量系数，此处取1.3～1.5。
F=
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=（1.3～1.5）×(6247.4+3560.18+12901.66+353.05)kN
=（1.3～1.5）×23062.29kN
=（29980.98～34593.44）kN
两台盾构机配置的推进系统最大推力为42000kN >34593.44kN，满足施工要求。
5结论
通过本文的分析与研究主要得出以下结论：
（1）所选择的盾构机适应该区间的地质情况，是合理。
（2）在盾构机的选型设计中，刀盘的设计极为重要，刀盘型式和刀具布置等方面。
（3）推力、扭矩大小的设计对于盾构机能否顺利掘进至关重要，在考虑到穿越复杂地质条件及提高富余的安全储备时，在可能的条件下应该选择较大值设计。
参考文献：
[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].北京:中国铁道出版社, 2004.
[2]竺维彬,鞠世键.复合地层中的盾构施工技术.北京:中国科学技术出版社，2006.
[3]黄健.盾构机选型的依据.工程机械与维修，2008， 12: 130-131
[4]王梦恕.不同地层条件下的盾构与TBM选型[]隧道建设，2006, 26 (2): 1-3, 8.