成都地铁盾构施工重难点分析及对盾构机的要求

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正文：

一、线路设计

成都地铁盾构段的长度为5.2千米，最小曲线半径为140米，最大坡度是33‰，线间距处于8米至10米这一范围内。从隧道设计的角度来讲，这是一种单园盾构区间，所应用的管片类型为C50预制钢筋混凝土通用环管片，其衬砌管片内外径分别是3.5米与4米，再者宽度为1.2米，同时这也是一种综合结构，有三项组成部分，一是标准块，共一个；二是相邻块，共两个；三是快速封盖，共1个。即3+2+1结构。

二、工程重难点分析

（一）砂卵石地层掘进时盾构主驱动扭矩问题

成都人口密集，并且地铁的优势突出，由此提高地铁密集度，使其进一步作用于卵石层与碴土，导致前者的细颗粒含量大大降低，并且增大后者摩擦阻力，在此条件下，刀头对于搅拌扭矩的需求有所增大，通常处于1400kNm至2000kNm范围内[1]。随着盾构机的逐步掘进，土仓会施加压力，此时刀盘扭矩必定加大，根据1号与2号地铁线的施工经验，必须严格控制额定扭矩，最佳状态是2400kNm，同样需要将脱困扭矩控制在合理范围中，不得大于3000kNm。由此可见，在成都地铁修建过程中，必须详细、深入考虑并分析主驱动扭矩。

（二）砂卵石地层盾构的欠压掘进问题

成都地铁修筑现场的土层为卵石层，其具备鲜明特征及优势，主要是具有较低细颗粒含量、良好的透气性以及盾构机难以实现压力的建立。不过，同样存在一定劣势，经常出现欠压掘进现象，进而对地层产生不利影响，导致其发生较大沉降。此外，在刀盘掘进的过程中，很多时候会对地层造成扰动由此导致超挖问题出现，所以这时不能补充同步灌浆。

因此，即使在那时没有发生沉降，也很容易形成空洞，而盾构之后却会陆续出现沉降现象，在完成隧道建设一年多之后，1号线与2号线仍旧会发生这一状况。

（三）在砂卵石掘进过程中，盾构刀盘以及刀具磨损的问题

一方面，砂卵石层非常强烈地磨损刀头和刀具。另一方面当刀头旋转时，所切割的卵石碴土会二次磨损两者。刀盘主体和刀具很容易损坏，当从洞中出来时，严重磨损刀盘。针对这一情况，必须加强两者的保护工作，尽量减小磨损，并且开展设计布局工作，确保其科学性与合理性，该举措有利于长距离掘进的实现，此外还需尽可能降低换刀率。

（四）盾构土仓，螺丝机磨损和卡片机问题

当在砂卵石地层中钻孔时，卵石碴土不仅会导致切割机刀具磨损，还会磨损筒仓和螺丝机。而且，由于切割的卵石尺寸和形状不同，并且会积聚，因此很容易卡在螺丝机中。结果螺杆机不能顺畅掘进，并且在严重的情况下，会发生轴断裂。

三、盾构机的重点设计考虑

以上，分析了成都地铁重难点，在此基础上，将1号线与2号线盾构施工以及我国相同类型的盾构机建设作为重要依据，选用与成都地铁最为合适的盾构机，确保可以达到其施工要求，而土压平衡盾构机便是。

在盾构机的设计中，它适应各种复杂的地层，如粘土，淤泥，沙子，砾石，卵石土壤和富含水分。它还可以通过适当的辅助手段在砂卵石地层中进行开挖，完全可以满足上述施工的难度需求[2]。因此，不仅要保证盾构机绝对的技术进步，还需确保其经济性以及可靠性。特别是刀盘设计、工具布置以及长距离隧道的耐磨设计和碴土的改进。

（一）刀盘的设计及刀具布置理念

对于成都地铁，刀盘的设计本着“以排为主、排破结合”这一原则，并且对主梁及刀盘提出更高要求，必须确保两者的刚度与强度达标，从而实现高扭矩、大推力。与此同时，需要将一开放式格栅设置于面板之上，以避免土仓中有大于螺旋机通过粒径的乱石进入，确保其不会进一步堵塞螺旋机，并且对碴土流动比较有利。

开口率比较大，而且最好将其控制在28%至33%这一范围内，反之，若是开口率过小，必将阻挡碴土进入土仓，对正常出碴产生较大影响，且在刀盘前部进行聚集，重复磨损刀盘刀具。同时，开口率过大无法确保挖掘面稳定性，特别是在欠压掘进的情况下，容易发生诸如坍塌涌水等现象。另外，这些开口应在整个刀盘上科学均匀地布置，以确保碴土径向方向流动的顺畅性，进而作用于碴土，减小其在刀盘中心区发生堵塞的可能性，并且降低该区域结泥饼概率。

（二）长距离隧道耐磨设计

就刀盘及刀具来讲，两者与挖掘面直接接触，正因如此，必须对两者性能进行充分考虑，尤其是耐磨性，这最为关键。刀盘使用HADD0X钢板，而刀头采用E5类材料，具有良好的耐磨性和抗冲击性。在设计和生产过程中，都应该焊接敷设刀盘面板，所用材料为耐磨性较强的复合钢板，并将耐磨合金焊接到外圈梁上，利用耐磨网格保护刀盘背面。

在设计制造过程中，一项较为关键的设计为，以土仓及螺旋机为对象，进行耐磨设计，特别是螺旋机，通常制造单位将合金块焊接到叶片轴前端，并且为筒体前端及其底部分别设计能够更换的衬套与耐磨块。

（三）碴土改良系统设计

要实现碴土的彻底改良，避免结泥饼，提高和易性，确保碴土外排的顺畅性，应构建注入量及压力都非常合适的泡沫系统与膨润土系统。

在设计泡沫系统时，所应用的设计方式为单管单泵，为刀盘设计四个独立喷嘴，使喷润土能够从刀盘前注入，并且可以与喷润土管道共同应用，并且这也是防堵塞设计，有利于每路泡沫的喷出，当刀盘喷口的阻力各不相同时，不仅可保证其喷出时压力相等，还可保证喷出数量相等，进而强化碴土改良效果。

结束语

在开展盾构施工管理工作过程中，一方面，应该以施工重难点为对象，进行详细、精准的分析；另一方面，制定盾构机设计要求，保证其各种性能参数满足施工需求，为顺利施工打下牢固基础。