广州地铁盾构机选型参考

广州地区地铁隧道施工用盾构机选型

1.1选型依据

本标段的盾构选型主要依据广州地铁三号线【AA站—BB站盾构区间】（以下简称【A－B】区间）盾构工程招标文件和岩土工程勘察报告，参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机的选型。

1.1.1工程条件

AA站～BB站区间隧道左右线总长6002.210m，其中盾构隧道左线长3000.010m，右线长3002.200m，最小转弯半径800m，最大坡度29.2‰；隧道内径φ5400mm，管片外径φ6000mm、管片环宽1500mm。本标段隧道采用两台盾构机施工，先后由AA站始发，向BB站掘进，施工隧道右、左线，掘进到达BB站后拆除。右、左线隧道盾构始发时间相差一个月。

1.1.2地质概况

(1)岩性特点

）厚根据岩土工程勘测报告，本区地层由第四系、白垩系下统组成，中间缺失第三系，第四系（Q

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8～18米。上部为第四系人工填土，厚0～4米，全新统海陆交互相沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂，厚0～7.9米；下部为上更新统陆相冲洪积形成的砂土层，厚0～8.2米；底部基岩残积形成的粘性土层，

b2）厚400～450米，由紫红色钙质粉砂岩，泥质粉砂岩、厚0～17.3米。白垩系下统白鹤洞组广岗段（K

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粉砂质泥岩夹浅灰色泥灰岩、泥岩组成，微层理发育，含方解石，常见钙质斑块及少量斑点状石膏。

洞身穿过的围岩有<3-2>、<4-1>、<4-2>、<5-1>、<5-2>、<6>、<7>、<8>、<9>各岩土层，洞身范围内主要为<7>、<8>、<9>岩土层，稳定性较好。

在隧道靠车站两端的YK13+824.2～YK15+950及YK12+250～YK14+344.7段隧道直接穿越淤泥层和砂层，隧道在该段埋深最浅（约为6.4m），且YK13+870～YK13+950段地表有淋砂涌通过，隧道在该段埋深最浅，与涌河内地表水存在较强的水力联系，在掘进过程中极易坍塌，还可能发生喷砂、喷涌，是盾

构机选型时考虑的重点。

隧道洞身范围围岩的天然最大抗压强度为58.7MPa。按围岩类别划分，在本标段内，洞身范围内包含了Ⅰ～Ⅳ类围岩，按单线隧道长度统计计算，左线各类围岩长度比例为：隧底—Ⅱ类围岩长696米，占27.6%；Ⅲ类围岩长175米，占6.9%；Ⅳ类围岩长1650米，占65.5%；隧顶—Ⅰ类围岩长696米，占27.6%；Ⅱ类围岩长175米，占6.9%；Ⅲ类围岩长1210米，占48%；Ⅳ类围岩长440米，占17.5%。右线各类围岩长度比例为：隧底—Ⅱ类围岩长436米，占17.3%；Ⅲ类围岩长540米，占21.4%；Ⅳ类围岩长1545米，占61.3%；隧顶—Ⅰ类围岩长705.5米，占28%；Ⅱ类围岩长270米，占10.7%；Ⅲ类围岩长1450米，占57.5%；Ⅳ类围岩长95米，占3.8%(洞身穿过地段各类围岩长度及分布情况见表7-1、7-2、7-3、7-4)。

(2)水文地质

根据地层的富水程度及储水介质的不同，本区间(AA至BB区间)地下分第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。

第四系孔隙水主要赋存于淤泥质砂及冲洪积砂层中，地下水埋深0～3米，为饱水层，根据抽水试验及渗透系数数值分析，水量丰富。由大气降水及河、涌、珠江水补给。基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化带的裂隙中，地下水埋深随基岩面的起伏而不同，一般为10～20米，由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同。

根据地质剖面，<4-1>、<4-2>、<5-1>、<5-2>、<6>、<9>为不透水～微透水层，岩体中基本无水，可视为隔水层，渗透系数K=4.6～5.7m/d；<3-2>是冲、洪积形成的中、细砂层，为中等透水层，渗透系数K=4.6～5.7m/d； <7>、<8>是岩层强风化、中等风化带，岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，为弱～中等透水层，渗透系数K=0.75～1.45m/d。

1.1.3线路的地面、周边环境

隧道覆土变化大，最大为29.4m，最小为6.6m左右。该标段区间线路在接近后滘涌以南从多栋建筑物下穿过。

1.1.4 地面沉降量控制及掘进方向控制误差

(1)沉降量控制在+10～-30mm范围内，能满足穿越密集建筑物地区的需求。

(2)设有自动导向系统，具有足够的掘进方向控制能力及自动纠偏能力，掘进方向误差不超过±50mm。

1.1.5盾构机寿命

主要部件寿命应大于9000m，主轴承寿命10000h，主轴承密封寿命大于6000h。

1.1.6施工工期要求

本标段盾构区间的盾构机掘进施工工期安排如下：

2003.5.15 第一台盾构机到达广州港

2003.6.15 第二台盾构机到达广州港

2003.5.16～2003.7.4第一台盾构机下井组装调试；

2003.7.5第一台盾构机从AA站右线始发；

2003.11.28～2003.12.17盾构机过右线矿山法段，再次始发；

2004.6.15第一台盾构机到达右线掘进终点；

2003.6.16～2003.8.4第二台盾构机下井组装调试；

2003.8.5第二台盾构机从AA站左线始发；

2003.12.28～2004.1.17盾构机过左线矿山法段，再次始发；

2004.6.28第二台盾构机到达左线盾构掘进终点；

2004.6.16～2004.7.30右、左线盾构机解体、吊出；

为了满足施工工期要求，考虑初始掘进和到达掘进及盾构维修保养时间等，单台盾构正常掘进时每月平均掘进速度为230.2m/月左右，平均掘进时按5～6环/天。

1.2盾构机选型确定

盾构机的选型必须做到针对不同的工程，不同的地质特点进行“量体裁衣”式设计和选型，才能使盾构机更好的适应工程施工要求。

根据盾构施工法的特点，盾构机选型主要取决于盾构经过的地层的地质情况，同时，所选盾构机必须具有与工期相适应的掘进速度，而且能够满足隧道施工的要求。

根据本区间地质特点，对盾构机有如下要求：

(1)盾构机必须具备较强的稳定开挖面、防止开挖面坍塌的能力。

(2)要具有能够适应不同地层的刀盘。

(3) 在地质复杂区段中，有必要的手段能够对前方地层进行超前探测，以便及时采取相应的施工技术措施。

(4)能够防止突发地下水和开挖面坍塌的袭击，应设置紧急关闭土仓的装置。

(5)盾构机有良好的密封性能。

(6)导向系统精度高，导向准确。

(7)为能及时更换刀具，人员必须进入土仓，应提供可靠的安全装置保护人员安全。

从目前国内外各种类型盾构机资料比较：盾构的主要类型有泥水式、插刀式（敞开式）盾构、土压平衡式、复合型盾构等。其中复合式盾构能够适应较大的地质范围与地质条件，既能用于粘结性、非粘结性、有水或无水、软土或硬岩等多种复杂的地层，同时又具有土压平衡盾构的功能，施工速度较高，能有效的控制地表沉降。根据广州地铁二号线各盾构工程的施工经验总结，具有复合式性能的盾构机