污染地层盾构选型研究

杨志勇， 江玉生， 安宏斌， 雷军

(1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院， 北京 100083；2.中铁十二局集团第二工程有限公司， 太原 030000)

污染地层盾构选型研究

杨志勇1， 江玉生1， 安宏斌2， 雷军2

(1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院， 北京 100083；2.中铁十二局集团第二工程有限公司， 太原 030000)

以北京地铁7号线08标百子湾站—化工路站区间为工程背景，针对该区间隧道穿越污染地层问题，为确保污染地层中隧道安全、健康的建成，通过现场取样及化验对土壤及地下水污染情况进行详细分析，在充分考虑污染土的特性和地层因素、安全因素、环境因素及经济因素的基础上，对污染地层盾构选型进行研究。研究结果表明：泥水平衡盾构工法有效规避了施工人员接触污染物，防止了污染物对人员和环境的影响，应作为污染地层隧道施工方法的首选。

污染地层；盾构选型；泥水平衡盾构

盾构工法以其快速、安全、高效等优点已经成为城市地铁区间隧道工程的主要工法[1-4]，随着我国城市地铁建设的大发展，地铁建设环境越来越复杂[5-6]，部分地铁隧道将穿越污染较大的工厂生产区域，这些区域地层污染严重，给地铁建设带来了极大的挑战。

以北京地铁7号线08标百子湾站—化工路站区间(简称：百—化区间)为工程背景，针对该区间隧道穿越严重污染地层盾构选型问题进行研究，研究结果具有较强的工程实用价值，且可为今后国内外污染地层盾构选型提供借鉴。

1 工程简介

百—化区间隧道埋深8.4～10.0 m，隧道穿越地层主要为粉细砂层，局部为粉土层、粉质黏土层、中粗砂层、圆砾层，盾构隧道穿越地层比例见图1，区间受潜水影响，水位埋深在11.5～13.0 m。百—化区间隧道设计采用盾构法施工，隧道管片外径6.0 m，内径5.4 m，环宽1.2 m。

图1 隧道穿越地层统计

百—化区间所处地段在20世纪50年代开始陆续建设了许多化工厂及化工配套厂，主要有北京化工厂、北京化工二厂、北京有机化工厂、北京市氧气厂、普莱克斯实用气体有限公司、北京化工实验厂、化学试剂二厂、北京化工机械厂、北京第二制药厂、北京煤炭机械厂等。具体分布位置如图2所示。随着北京市城市建设和经济的发展，以及对环境治理要求的日益提高，为彻底改变北京综合环境质量，遵照北京市的总体发展规划，位于四环路内外的工厂要陆续停产外迁。近年许多污染较大的工厂逐渐停产并搬迁出北京。百—化区间地段的化学厂等均已于2007年前后停产搬迁。

图2 百—化区间所处地段化工厂位置

2 污染地层分析

2.1 土壤污染分析

为查清百—化区间污染土的主要污染物，沿百—化区间共钻探30个采样孔，对隧道穿越地层土壤进行了取样及化验，化验结果表明百—化区间隧道穿越的地层土壤污染严重，主要污染物为重金属砷、总石油烃类(C6～C9)、氯乙烯、1，2-二氯乙烷和氯仿，详细结果见表1。

表1 污染物浓度

2.2 地下水污染分析

通过对地下水监测井取样分析结果表明，百—化区间浅层地下水明显受到污染，调查区域内地下水埋深约在11～16 m，地下水系具有一定的连通性，主要污染物为氯乙烯、1，2-二氯乙烷，详见表2。

表2 地下水污染物浓度

2.3 污染物的危害

百—化区间污染物可以通过接触和呼吸被人体吸收，刺激皮肤，造成的皮肤损伤，引起肌体各种不良反应，最主要的危害中枢神经系统，造成人员失眠乏力，记忆力不好，认知力减退，神经衰弱等，长期接触还会诱发肺癌，呼吸道癌，皮肤癌，造成末梢神经伤害，循环器官的伤害和机体免疫机能下降。

3 盾构选型

3.1 盾构类型比选

目前在地铁工程中应用比较广泛的是土压平衡盾构和泥水平衡盾构，敞开式盾构在地铁工程中应用比较少见，且敞开式盾构明显不适应百—化区间含水污染地层，因此本节主要讨论土压平衡盾构和泥水平衡盾构的比选。

针对百—化区间污染地层基本情况，结合土压平衡盾构和泥水平衡盾构特点，对盾构适应性进行比选，详见表3。

表3 百—化区间盾构类型比选

3.2 盾构选型确定

结合百—化区间地层特点，充分考虑污染土的特性，在综合比较了安全因素、环境因素和经济因素的基础上，确定百—化区间采用泥水平衡盾构施工。采用泥水平衡盾构施工具有以下几个方面的优势。

(1)百—化区间穿越地层主要为粉细砂层，泥水平衡盾构适应性更好。

(2)泥水平衡盾构采用封闭的泥浆输送泵和管道运送渣土，开挖的渣土自盾构开挖舱到地面泥水处理站全程封闭，可以彻底将隧道内污染物隔离，洞内无污染土、污染水和有毒气体暴露，环境干净，从根本上解决了污染物对施工人员健康的影响。

(3)泥水平衡盾构施工对地层扰动小，引起地表沉降较小，确保了百—化区间风险工程的安全。

4 结语

污染地层盾构施工，首要是确保施工及周边人员身体健康不受影响，泥水平衡盾构工法有效规避了施工人员接触污染物，防止了污染物对人员和环境的影响，应作为污染地层隧道施工方法的首选。

百—化区间选用泥水平衡盾构施工，施工过程中未发生人员中毒现象，所有施工人员在隧道工程完成后体检均显示身体健康，工程未对人员的身体健康造成任何影响，盾构选型正确。

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Research on Selection of Shield in Pollution Stratum

Yang Zhiyong1， Jiang Yusheng1， An Hongbin2， Leijun2

(1.School of Mechanics and Civil Engineering， China University of Mining and Technology， Beijing 100083， China; 2.The 2nd Engineering Co.， Ltd. of the 12th Bureau Group of China Railway， Taiyuan 030000， China)

With reference to the engineering of the interval tunnel between Bai Ziwan and Huagong Road in Beijing Metro Line 7 Lot， where the tunnel passes through pollution stratum， this paper analyzes in detail the conditions of soil and groundwater pollutions by means of field sampling and test to built the tunnel safety and healthy in pollution stratum， and studies the selection of shield in pollution Stratum based on full consideration of the characteristic of polluted soil， and such factors relating to stratum， safety， environment and economy. The results show that: slurry balance shield method could effectively protect construction workers from exposing to pollutants， prevent the impact of pollutants on workers and environment. This method should be the first choice for tunnel construction in pollution stratum.

Pollution stratum; Shield selection; Slurry balance shield

2014-01-24；

：2014-02-26

国家科技支撑计划子课题(2013BAB10B02-4)，铁道部科技

杨志勇(1980—)，男，博士后，E-mail：yangzy1010@126.com。

1004-2954(2014)11-0113-03

U455.43

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.026

研究开发计划项目(2010G016-J)