成都地铁3号线富水砂卵石地层盾构机选型探讨与建议

成都地铁3号线富水砂卵石地层盾构机选型探讨与建议

摘要：本文结合成都地铁3号线盾构区间穿越富水砂卵石、泥岩、泥岩与砂卵石混合地层等特殊而复杂的工程水文地质，在借鉴类似地层盾构施工经验和教训的基础上，提出成都地铁3号线bt

项目盾构机选型的基本原则，探讨了适应于成都地铁bt项目富水砂卵石地层盾构机配置的技术参数、基本要求和建议。从盾构整机、刀盘及刀具设计、旋转接头、主驱动系统、螺旋输送机、管片安装系统、推进系统、绞接系统、注浆系统、泡沫系统等其它方面对盾构机进行了系统的参数配制说明和要求，供成都地铁3号线及类似项目进行盾构选型配置参考。

关键词：成都地铁3号线；富水砂卵石地层；盾构适应性；盾构选型

中图分类号： u455.43 文献标识码： a 文章编号：

前言

成都地铁3号线由中国中铁股份有限公司采取bt模式组织实施，其中一期工程线路全长20.359km，全为地下线，设17座车站和17.5个区间，平均站间距1.227km，车站全为地下车站。区间隧道线路环境及设计条件复杂，特殊地段主要有2次下穿既有铁路、7次下穿市政河流、10次下穿市政立交、2次下穿市政隧道工程及多次穿越市政房屋建筑等复杂环境。区间隧道主要穿越（2-6）卵石土层，线路南段及中段部分地段穿越（4-3）含卵石粘土层，北段部分地段穿越（5-1）全风化泥岩、不良地质弱膨胀性泥岩，裂隙发育。

地下孔隙水主要附存与砂卵石土层中，属强透水层，富水性好。盾构区间根据工筹，共计安排14台盾构机组织施工。鉴于成都地铁3号线盾构穿越富水砂卵石、泥岩、泥岩与砂卵石混合地层等特殊而复杂的工程水文地质，针对性地分析了施工现场存在的主要风险因素，在借鉴成都地铁1、2号线和类似地层盾构施工经验和教训的基础上，对成都地铁3号线bt项目的盾构选型配置提出探讨意见和建议，供盾构选型参考。

成都富水砂卵石地质主要特点

（1）盾构区间隧道穿越地层地质情况复杂，主要为砂卵石、泥岩以及砂卵石和泥岩的混合地层；

（2）砂卵石地层卵石含量高达50~85%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，卵石和漂石单轴抗压强度高，部分达55～165mpa，卵石粒径以20~80mm为主，局部80~120mm，区域内发现含有粒径超过500mm的高强度漂石。卵石级配差，细颗粒含量少；（3）全风化、强风化、中风化泥岩等属于膨胀（土）岩，具有遇水软化、崩解；

（4）地下水基本赋存于砂卵石层中，含水层总厚度19.2~23.8m，渗透系数12.53~27.4 m/d，枯水期地下水位埋深3~5 m，丰水期2~4 m。水位均位于隧道顶板以上，属强透水层，富水性好。

成都地铁盾构施工的主要重难点

成都复杂地层盾构施工主要重难点有：（1）砂卵石地层掘进土仓建压掘进对主驱动扭矩要求高；（2）砂卵石地层掘进刀盘、刀具和

螺旋机磨损快；（3）砂卵石地层施工中换刀困难；（4）渣土改良要求高，地表沉降控制难；（5）强透水地层可能会发生喷涌；（6）在复合地层易结泥饼；（7）砂卵石地层小曲线施工盾构转向困难等。盾构选型配置总体原则

4.1 适应性原则

盾构配置以成都地铁3号线bt项目现有地质资料为依据，同时满足成都地区普遍的地质条件，进行针对性设计。针对不同区间、不同地质条件，盾构配置进行具体相应调整。

4.2 可靠性原则

盾构整机须具有良好的性能和可靠性，主驱动系统需有足够功率和扭矩，整机系统能力设计须有足够的富余量。

4.3 先进性和经济性相结合原则

盾构各系统设计技术具有国内外行业先进水平，关键部件全球采购，采用国际知名厂商产品。在充分满足bt项目施工要求的前提下，考虑盾构配置的经济性。对于改造设备首先考虑满足bt项目施工要求，改造成本须做好与新制设备的经济性对比。

盾构机选型参数配置及建议

根据成都地铁3号线设计文件及施工技术要求，结合中铁成都投资发展有限公司对成都bt项目盾构机的总体要求，本人对适应于成都地铁3号线盾构机配置提出如下技术参数及建议，以供探讨。

5.1整机要求

（1）采用液压驱动或变频电机驱动。

（2）适应管片规格：外径φ6000mm，内径φ5400mm，宽度b1500mm，纵向螺栓分度36°。

（3）刀盘开挖直径比前盾外径至少加大30mm。

（4）最大推进速度≥80mm/min，最小转弯半径≥250m，适应纵向坡度应≤±35‰。

5.2主驱动

（1）主驱动功率≥750kw；

（2）主轴承直径≥φ3000mm；

（3）新主轴承使用寿命≥10000h，旧轴承剩余使用寿命≥3000h，至少满足可掘进3km的要求；

（4）新主减速器使用寿命≥10000h，旧减速器剩余使用寿命≥3000h；或新主电机使用寿命≥10000h，旧主电机剩余使用寿命≥3000h；

（5）额定驱动扭矩≥5500knm；

（6）最高转速≥3r/min；

（7）主驱动密封压力≥3bar,如采用旧设备，须做密封检测，检测压力≥3bar；

（8）润滑油系统应具备循环冷却、过滤功能。

5.3刀盘

（1）刀盘结构

盘体结构：建议为面板式或准面板式，开口率28%～40%之间，开口尺寸不大于螺机通过卵石的最大粒径。

刀盘配置：设置滚刀刀孔，刀孔数量不少于36个，滚刀刀箱须满足滚刀与撕裂刀互换的要求；刀盘扭腿的数量≥6个；刀盘主动搅拌棒数量≥4个。

耐磨设计：面板敷焊复合耐磨钢板，外圈梁配置周边保护刀(镶焊高强度耐磨合金)，接近切口位置应整圈或接近整圈布置，刀盘背部敷焊耐磨网格。

刀盘喷口：数量不少于5个，且分布合理，中心2个，外围3个；其中独立的泡沫喷口3个，独立的膨润土喷口2个。建议喷口装置总成可以从刀盘背部抽出更换。

建议刀盘磨损检测装置数量不少于2处。

（2）刀具配置

刀具分滚刀、边刮刀和切刀，安装方式均为背装式。滚刀为单刃或双刃的宽刃滚刀，刃宽应≥25mm，滚刀数量≥36把，刀圈强度不低于hrc50 ；边刮刀≥8把，每把刮刀分块≥2块，刀高高于前盾5mm；切刀应采用加宽设计，宽度应≥200mm。切刀最小覆盖直径≤1800mm。大于φ1800mm以外应全覆盖，每道轨迹4把。

刀具要求：所有切刀和边刮刀需有耐磨和强度设计，边刮刀采用特殊合金，硬度≥hra80；所有刀具采用分层高差设计，至少分两层，建议层差为15～40mm；可适当配置焊接重型撕裂刀。

5.4盾体

盾体总体要求：盾体为铰接式，前铰接或后铰接均可；按前盾直径＞中盾直径＞尾盾直径设计；中盾推进油缸分度理论应完全满足