盾构工法的选择

盾构工法的选择1.盾构与土质的关系表4.3盾构机与适用土质、辅助工法的关系地质条件手掘式盾构半机械掘削式盾构机械掘削盾构网格式盾构泥水式盾构土压式盾构土压盾构泥土盾构分类土质N值含水率(%)辅助工法辅助工法辅助工法辅助工法辅助工法辅助工法辅助工法无有种类无有种类无有种类无有种类无有种类无有种类无有种类冲积性粘土腐植土淤泥、粘土砂质淤泥粘土砂质淤泥粘土00～20～55～10300100-3008050×××△×△△○AAA×××××××△A×××△×××○A×○○△△---A×○○△△---A×○○○△---A×○○○△---A洪积性粘土垆姆粘土砂质垆姆粘土砂质垆姆粘土10～2015～2520505020○○△---○○○---△○○---××××××○○○---△△△---○○○---软岩风化页岩、泥岩5020×-○-○-××------砂质土混杂淤泥粘土的砂松散砂密实砂10～1510～303020△×△○△○AA·BA·B△×△○×○AA·B△×△○△○AA·BA·B××××××○△○-○-A○△△-△△AA○○○---砂砾大卵石松散砂砾固结砂混有大卵石的砂砾大卵石层10～4040×△××△○△△A·BA·BA·BA·B×△△×△○○△A·BA·BA·BA·B×△×××○××A·BA·B××××××××△○△△○-△△AAA△△△△△△△△AAAA○○○○----注（1）手掘式盾构、半机械掘削式盾构、机械掘削式盾构、网格式盾构，原则上采用气压工法。无：不使用辅助工法○：原则上适合条件A：化学注浆工法有：使用辅助工法△：使用时须加讨论B：降水法×：原则上不适合的条件-：特殊情况下也可以使用（2）○主要表示希望选定的工法，但是也包括部分土质不适合的不得不采用的情形。详尽地掌握好各种盾构工法的特征是确定盾构工法的关键。其中，选择适合土质条件的确保工作面稳定的盾构机种及合理辅助工法最重要，表4.3示出了盾构机种与适用土质、辅助工法的关系。此外，盾构的外径、覆盖土厚度、线形（曲线施工时的曲率半径等）、掘进距离、工期、竖井用地、路线附近的重要构造物、障碍物等地域环境条件的考虑也至关重要。当然还应考虑安全性和成本，通常要求按上述综合考虑选定合适的盾构。这里对表4.3中示出的各种盾构的适用土质条件简介如下：（1）手掘式盾构；手掘式盾构由于头部敞开的缘故，对于硬软间杂的开挖面以及砾石、卵石等地基比较适用，一般采用压气施工保持开挖面的稳定性。但是这一盾构型式是以开挖面能够长时间自立稳定为基本条件。在开挖面不够稳定时需通过化学注浆进行地基加固，在地下水位较高会由涌水而影响开挖面稳定性时需采取降水等辅助措施。一般来说，洪积形成的砂砾、砂、固结粉砂、粘土层易于自立稳定，最适于这种型式的使用。冲积形成的松散砂、粉砂、粘土层由于开挖面不能够自立稳定，所以需要采用辅助措施。这种型式的盾构是盾构的原型，虽然直到70年代末期一直得到广泛的使用，但最近由于不依靠辅助施工的闭胸式盾构的增加使其使用例已变得极少。（2）半机械式盾构；一般来说半机械式盾构适用于开挖面可以自立稳定的围岩条件。适合的土质主要是洪积形成的砂砾、砂、固结粉土及粘土，对于软弱的冲积层是不适用的。在使用压气施工、地下水降低施工、化学加固等辅助施工方面与手掘式盾构相同。（3）机械式盾构：机械式盾构在头部安装有可连续开挖土砂的旋转刀盘。刀盘可分为面板型和轮辐型。面板型是通过面板来维持开挖面稳定、并通过开口率解决块石、卵石的排出问题；轮辐型一般用于开挖面易于稳定的小断面盾构，针对块石、卵石而使用。机械式盾构与手掘式盾构、半机械式盾构相同，主要用于开挖面可以自立稳定的洪积地层中。对于开挖面不易自立稳定的冲积地层应结合压气施工、地下水降低施工、化学加固施工等辅助措施而使用。（4）挤压式盾构：挤压式盾构最适合于冲积形成的粉质砂土层。由于是从开口部取出土砂，所以不能用于硬质地层。另外，砂粒含量如太大的话会出现土砂的压缩而造成堵塞；相反如果地基的液性指数太高的话则很难控制土砂的流入，会出现过量取土的现象。为了获取合适的推进力，必须通过研究土质条件、开挖面开口比来决定。由于能够适用的地基非常有限，加之所引起的地基变形比较大，所以近几年已没有应用的实例。（5）泥水加压式盾构：一般比较适合于在河底、海底等高水压力条件下隧道的施工。泥水加压式盾构适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘土层、弱固结的互层地基以及含水率高开挖面不稳定的地层；洪积形成的砂砾、砂、粉砂、粘土层以及含水很高固结松散易于发生涌水破坏的地层，是一种适用于多种土质条件的盾构型式。但是对于难以维持开挖面稳定性的高透水性地基、砾石地基，有时也要考虑采用辅助施工方法。（6）土压平衡式盾构：土压平衡式盾构适用于含水量和粒度组成比较适中的粉土、粘土、砂质粉土、砂质粘土、夹砂粉粘土等土砂可以直接从掘削面流入土舱及螺旋排土器的土质。但对含砂粒量过多的不具备流动性的土质，不宜选用。（7）泥土压式盾构：是一种适应含砂量过高而不具备流动性，通过添加水、泥水及添加料使泥土压力可以较好地作用到掘削面上，且可使掘削土砂的流动性增加，通过排土器顺利排出的盾构。泥土压式盾构适用于冲积砂砾、砂、粉土、粘土等固结度比较低的软弱地基；洪积地基以及软硬相间的互层等地基，在土质方面的适用性是最广泛的。但是，在高水压地基中，仅用螺旋排土器难以保持开挖面的稳定性，还需采用安装保持压力的过滤器、连接压送泵、改良切削土等方法。2.盾构工法的选定程序侧重于土质条件的选择盾构工法的程序如图4.7所示。3.实例这里给出一些被实际工程证实过的成功的选择盾构工法的实例。这些实例对类似的工程设计均有一定借鉴价值。有的实例设计中甚至可以直接套用。（1）掘削地层是工作面自立性好的粘土层，或者间隙水压0.1MPa以下的砂、砂砾层，上部覆盖层是不透气的粘土层，且厚度一般不低于10m的情形下，可选用开放式压气盾构，为了提高工作效率宜选用半机械掘削盾构机。（2）掘削地层具自立性，上部存在连续的粘土层，地下水位较低，这种情形可选用压气的手掘式盾构。若地层中存在直径较大的漂砾（最大直径800mm）时，可不装反铲设备。（3）某供水隧道工程的掘进地层是高水压的砂砾层（砾径300mm以下）和洪积粘土层的互交层，工区内存在铁路、河流及邻近构造物，但有可确保泥水处理设备的场地，故选用泥水式盾构工法。（4）某供水隧道工程的掘进地层以粘土为主，间隙水压较高，地层中存在甲烷气体，工区内存在铁道、高速公路、施工中选用泥土式盾构工法。掘削地层是间隙水压高的砂砾和洪积粘土的互交层时，也可选用泥土式盾构工法，但对这种情形应选用合适的泥材，并对工作面进行认真的监测管理。（5）掘削地层是含大漂砾的含水的粉砂层、洪积粘土层的互交层，且间隙水压高，施工路线须横穿铁道、河流、道路，这种情形应考虑采用泥土式盾构工法。作为应付含大漂砾的砂砾层的措施，可在面板前安装盘形滚刀破碎漂砾，用旋转排土装置防止地下水剧涨造成的螺旋输送机内的掘削土的喷射，以此确保工作面的稳定。另外，途中设立中间竖井对切削刀头和面板进行检修。（6）掘削地层是砂砾层、砂层、洪积粒土层的互交层，间隙水压高、盾构机须横穿铁道、河流，故选用泥土式盾构工法。对漂栎的处理措施同前。图4.7盾构工法选定程序图