成都地鐵盾構施工重難點分析及對盾構機的要求

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正文：

一、線路設計

成都地鐵盾構段的長度為5.2千米，最小曲線半徑為140米，最大坡度是33‰，線間距處于8米至10米這一范圍內。從隧道設計的角度來講，這是一種單園盾構區間，所應用的管片類型為C50預制鋼筋混凝土通用環管片，其襯砌管片內外徑分別是3.5米與4米，再者寬度為1.2米，同時這也是一種綜合結構，有三項組成部分，一是標準塊，共一個；二是相鄰塊，共兩個；三是快速封蓋，共1個。即3+2+1結構。

二、工程重難點分析

（一）砂卵石地層掘進時盾構主驅動扭矩問題

成都人口密集，并且地鐵的優勢突出，由此提高地鐵密集度，使其進一步作用于卵石層與碴土，導致前者的細顆粒含量大大降低，并且增大后者摩擦阻力，在此條件下，刀頭對于攪拌扭矩的需求有所增大，通常處于1400kNm至2000kNm范圍內[1]。隨著盾構機的逐步掘進，土倉會施加壓力，此時刀盤扭矩必定加大，根據1號與2號地鐵線的施工經驗，必須嚴格控制額定扭矩，最佳狀態是2400kNm，同樣需要將脫困扭矩控制在合理范圍中，不得大于3000kNm。由此可見，在成都地鐵修建過程中，必須詳細、深入考慮并分析主驅動扭矩。

（二）砂卵石地層盾構的欠壓掘進問題

成都地鐵修筑現場的土層為卵石層，其具備鮮明特征及優勢，主要是具有較低細顆粒含量、良好的透氣性以及盾構機難以實現壓力的建立。不過，同樣存在一定劣勢，經常出現欠壓掘進現象，進而對地層產生不利影響，導致其發生較大沉降。此外，在刀盤掘進的過程中，很多時候會對地層造成擾動由此導致超挖問題出現，所以這時不能補充同步灌漿。

因此，即使在那時沒有發生沉降，也很容易形成空洞，而盾構之后卻會陸續出現沉降現象，在完成隧道建設一年多之后，1號線與2號線仍舊會發生這一狀況。

（三）在砂卵石掘進過程中，盾構刀盤以及刀具磨損的問題

一方面，砂卵石層非常強烈地磨損刀頭和刀具。另一方面當刀頭旋轉時，所切割的卵石碴土會二次磨損兩者。刀盤主體和刀具很容易損壞，當從洞中出來時，嚴重磨損刀盤。針對這一情況，必須加強兩者的保護工作，盡量減小磨損，并且開展設計布局工作，確保其科學性與合理性，該舉措有利于長距離掘進的實現，此外還需盡可能降低換刀率。

（四）盾構土倉，螺絲機磨損和卡片機問題

當在砂卵石地層中鉆孔時，卵石碴土不僅會導致切割機刀具磨損，還會磨損筒倉和螺絲機。而且，由于切割的卵石尺寸和形狀不同，并且會積聚，因此很容易卡在螺絲機中。結果螺桿機不能順暢掘進，并且在嚴重的情況下，會發生軸斷裂。

三、盾構機的重點設計考慮

以上，分析了成都地鐵重難點，在此基礎上，將1號線與2號線盾構施工以及我國相同類型的盾構機建設作為重要依據，選用與成都地鐵最為合適的盾構機，確?？梢赃_到其施工要求，而土壓平衡盾構機便是。

在盾構機的設計中，它適應各種復雜的地層，如粘土，淤泥，沙子，礫石，卵石土壤和富含水分。它還可以通過適當的輔助手段在砂卵石地層中進行開挖，完全可以滿足上述施工的難度需求[2]。因此，不僅要保證盾構機絕對的技術進步，還需確保其經濟性以及可靠性。特別是刀盤設計、工具布置以及長距離隧道的耐磨設計和碴土的改進。

（一）刀盤的設計及刀具布置理念

對于成都地鐵，刀盤的設計本著“以排為主、排破結合”這一原則，并且對主梁及刀盤提出更高要求，必須確保兩者的剛度與強度達標，從而實現高扭矩、大推力。與此同時，需要將一開放式格柵設置于面板之上，以避免土倉中有大于螺旋機通過粒徑的亂石進入，確保其不會進一步堵塞螺旋機，并且對碴土流動比較有利。

開口率比較大，而且最好將其控制在28%至33%這一范圍內，反之，若是開口率過小，必將阻擋碴土進入土倉，對正常出碴產生較大影響，且在刀盤前部進行聚集，重復磨損刀盤刀具。同時，開口率過大無法確保挖掘面穩定性，特別是在欠壓掘進的情況下，容易發生諸如坍塌涌水等現象。另外，這些開口應在整個刀盤上科學均勻地布置，以確保碴土徑向方向流動的順暢性，進而作用于碴土，減小其在刀盤中心區發生堵塞的可能性，并且降低該區域結泥餅概率。

（二）長距離隧道耐磨設計

就刀盤及刀具來講，兩者與挖掘面直接接觸，正因如此，必須對兩者性能進行充分考慮，尤其是耐磨性，這最為關鍵。刀盤使用HADD0X鋼板，而刀頭采用E5類材料，具有良好的耐磨性和抗沖擊性。在設計和生產過程中，都應該焊接敷設刀盤面板，所用材料為耐磨性較強的復合鋼板，并將耐磨合金焊接到外圈梁上，利用耐磨網格保護刀盤背面。

在設計制造過程中，一項較為關鍵的設計為，以土倉及螺旋機為對象，進行耐磨設計，特別是螺旋機，通常制造單位將合金塊焊接到葉片軸前端，并且為筒體前端及其底部分別設計能夠更換的襯套與耐磨塊。

（三）碴土改良系統設計

要實現碴土的徹底改良，避免結泥餅，提高和易性，確保碴土外排的順暢性，應構建注入量及壓力都非常合適的泡沫系統與膨潤土系統。

在設計泡沫系統時，所應用的設計方式為單管單泵，為刀盤設計四個獨立噴嘴，使噴潤土能夠從刀盤前注入，并且可以與噴潤土管道共同應用，并且這也是防堵塞設計，有利于每路泡沫的噴出，當刀盤噴口的阻力各不相同時，不僅可保證其噴出時壓力相等，還可保證噴出數量相等，進而強化碴土改良效果。

結束語

在開展盾構施工管理工作過程中，一方面，應該以施工重難點為對象，進行詳細、精準的分析；另一方面，制定盾構機設計要求，保證其各種性能參數滿足施工需求，為順利施工打下牢固基礎。