文档介绍：北京站至北京西站 地下直径线ZJX2标段 盾构选型分析
中铁隧道集团有限公司
北京铁路地下直径线项目经理部
2006年1月9日
1、水文地质特点
卵石土占隧道开挖量的95%,细颗粒含量极少
盾构区间各地层、岩性所占比例
北京宣武门站取样照片
%,10mm以上的大于60%。
盾构区间地层取样图片
地层取样筛分试验粒径比例图
2、土压平衡盾构机关于2标段水文及地质的适应性
土压平衡盾构机最能适应的土层就是含有足够细颗粒的地层。理想的颗粒尺寸的地层包括粘土、淤泥、砂以及砾石等,并且含有25-30%的水分
依据实际的地质状况,本工程中的砂卵石地层,没有足够的细颗粒含量,这种情况下,应采取辅助的处理措施,比如注射泡沫、聚合物或非常高浓度的泥浆帮助解决细颗粒问题。以便使土压平衡盾构机能适应这种地层。
3、泥水平衡盾构机关于2标段水文及地质的适应性
①在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。
②泥水平衡盾构机需要在地面占用较多的场地来布置泥水分离和调浆制浆装置。
③在北京直径线隧道的卵石土居多的情况下,添加的膨润土形成适度比重的泥浆用于形成泥膜并输送卵石土,由于直径线的卵石土细颗粒极少,形成的废浆极少,膨润土重复使用的比率较高。
4、盾构选型地质影响因素
图中左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区,为泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区,为土压平衡盾构机适用的颗粒级配范围。
图中,最左边的两条曲线显示的是直径线隧道工程2标段地质样件报告的颗粒粒径和%数含量汇交成的曲线,均在白颜色区域内。
5、盾构选型水文影响因素
直径线隧道工程2标段的地层渗透率为10-3m/s。属于泥水平衡盾构机施工范围。
图中土压平衡盾构机对应的指标是粗砂以下、渗透率10-4m/s以下。泥水平衡盾构机对应的指标是细砂以上、渗透率10-7m/s以上。
6、采用加泥土压平衡盾构机存在的风险
地表沉降控制:加泥的土压平衡盾构机在本标段的水文地质条件下,或许能在某时保证地表不沉降,但难以保证全标段不发生地表沉降,由于操控环节增多,操作失误的机会增多,在长时间的高难作业过程中难免不发生失误,增加了工程的风险。
掘进进度:土压平衡盾构机在本标段的水文地质条件下,一旦不能形成非渗透性和流塑性的碴土,必然会发生喷涌,不管采用保压泵还是双螺旋机辅助,为了至少大致保持土仓压力,只能间歇性的出料,施工进度大大降低。
刀盘刀具磨损及开仓换刀:由于本标段地层的透气性,带压进仓换刀时,由于压气的泄漏及泄漏量可能的变化,土仓压力有不稳定的危险。
漂石及卵石处理:本标段工程盾构机的大直径对螺旋机直径的加大非常有利,最大可输出620 mm x 280 mm粒径的卵石,如遇到更大粒径的卵石或漂石并进入土仓时,需要在保压状态下,从人仓一点一点的取出碴土,直至漂石露出后才能人工进行处理,整个过程缓慢而又危险。
膨润土添加量过大及环境保护问题:由于本标段的卵石土细颗粒含量极少,需要加入开挖量的约30%左右的膨润土,加入和输出的碴土相当于增加开挖全标段开挖量2/3的工作量,而且弃碴在很长的时间内不会干化,造成棘手的环境污染。