摘要:根据深圳地铁11号线车公庙站～红树湾站区间工程、水文地质及工程重难点等条件，分析盾构设备选型考虑的因素，确定盾构机的机型、配置的主要功能及对地质的适应性。

　　关键词:深圳地铁11号线；盾构选型；盾构适应性；功能设计
　　引言:在国内各城市软硬不均地层采用盾构法施工的隧道中都遇到了许多问题和困难，主要表现为施工进度不可控、刀具消耗异常广东深圳专业医疗器材开发公司工业产品设计医疗人工智能、地表沉降大等，可以说这是一个世界性的难题。
对于软硬不均地层盾构技术的关键是适应地层条件，满足掘进与破岩要求，稳定掌子面，有效控制地表沉降。
盾构选型主要依据工程水文地质、区间隧道设计及施工条件、施工规范及相关标准，结合工程的特点和重难点对盾构类型、驱广东深圳专业体外冲击波治疗治疗仪产品设计公司PVC管的分离、称重、筛选设备设计动方式、功能要求、主要参数、辅设配置等进行研究，从安全性、适应性、先进性、经济性等方面进行综合考虑。
盾构机选型及功能配置是否合理，对工程的进度、安全、经济效益、社会效益的影响非常重要。

　　1.工程概况
　　深圳地铁11号线车公庙站～红树湾站区间长约5470m。
线路最小曲线半径600m，隧道最大纵坡28‰，隧道轨面埋深13.0～28.65m。
开挖断面φ6980mm，管片外径φ6700mm、内径φ6000mm、环宽1500mm。
区间内设盾构始发井（长102m，宽25.2m，深21m），4台盾构机在此始发，向两端车站掘进,其中始发井～车公庙站长约3560m，始发井～红树湾站长约1910m。

　　1.1 工程地质
　　区间原地貌为剥蚀残丘（台地）间冲沟以及滨海滩涂地貌单元，现已填筑或推平，现状为道路、住宅区等，地形平坦。
区间穿越地层主要为砾质粘性土、全强风化花岗岩，局部洞顶位于砂层或砾砂层内，局部底板位于中风化花岗岩（天然抗压强度为41.4～57.5 MPa）和微风化花岗岩（天然抗压强度为43.9～135.0 MPa）中，以Ⅴ、Ⅵ级围岩为主。
线路地质见图1。
沿线地层广泛发育花岗岩风化球，单轴抗压强度92.5～130Mpa，均值为108Mpa，极值为170Mpa。
隧道洞身穿越微风化硬岩地段右线总长约277m；左线总长约255m，其中部分硬岩段采取深孔预裂爆破进行处理。

　　
　　
　　图1：线路地质填充图
　　
　　1.2水文地质条件
　　区间范围地下水主要有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。
第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层中，渗透系数K=3.47× 10-5m/s，具有中等～强透水性及中等～强富水性。
地下水水位0.10～8.20m。
岩层裂隙水较发育，但广泛分布在粗粒花岗岩的中～强风化带、构造节理裂隙密集带及断层破碎带中，主要由大气降水、孔隙潜水补给，局部具有微承压性。
本区间穿越欢乐海岸人工湖，地下水与地表海水具有较强的水力联系。

　　2.工程重难点
　　区间部分范围内存在上软下硬地层，有软弱土存在，沿线有四个断层通过，还揭示球状风化体发育、微风化基岩突起分布十分广泛等不利因素。
同时盾构区间沿途下穿地下通道、丰盛町地下商业街、地铁一号线车竹区间、广深高速（福田立交）公路、华侨城欢乐海岸人工湖、同期实施的地铁九号线侨滨区间及侨城南站附属结构等众多地下构筑物。
如何确保盾构在硬岩段、上软下硬段、深孔预裂爆破段能有效的掘进施工，盾构掘进遇到孤石时如何有效处理，下穿众多构筑物时如何有效控制地层沉降是本工程的施工重难点。

　　3.盾构机选型
　　3.1盾构类型的选择
　　根据国内外盾构施工经验，当地层的渗透系数小于1广东深圳专业医疗器械仪器工业产品设计美国和欧盟的医疗器械监管0-7m/s时，可选用土压平衡盾构，当渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可选用泥水盾构，也可在碴土改良的情况下选用土压平衡盾构，当地层的渗透系数大于10-4m/s时，则宜采用泥水盾构。

　　3.2盾构选型的地质与环境适应性
　　根据地质资料显示区间穿越软弱土以砾质粘性土、人工填土、软土、液化砂土、残积土为主，硬岩为不同程度风化花岗岩及风化岩中的风化球、石英岩脉等，地层中含有较多的细颗粒成份，地层平均天然含水量22%～30%，渣土改良达到预期效果的难度不大。

　　3.3土压平衡盾构与泥水平衡盾构的优缺点比较
　　盾构选型比较表
　　
　　
　　根据工程水文地质条件及广州、深圳地铁施工经验，综合考虑该区间选用中铁装备制造有限公司生产土压平衡盾构（型号：CTE6950）。

　　4.盾构机适应性设计
　　4.1全断面中微风化岩掘进的需求
　　刀盘配置17寸滚刀以及90mm以下的刀间距布置，使破碎角裂纹贯通的重叠度增大；主驱动提供恒扭矩最大转速1.37 r/min，最高转速3.6r/min，在贯入度一定条件下可获得较大的掘进速度。

　　4.2“上软下硬”及中微风化凸起地层掘进的需求
　　区间隧道底板普遍存在微风化岩突起，在穿越全断面硬岩段两端时要通过特征明显的“上软下硬”地层。
盾构机采取以下措施：采用较大的驱动功率：刀盘主驱动功率1120kW，额定扭矩7778kNm，脱困扭矩达9720kNm，扭矩系数达22.86。
同时配置17寸滚刀，采用90mm及以下的刀间距布置，最外边刀轨迹布置2把滚刀。广东深圳专业医疗产品设备外观工业产品设计工业设计与人性化设计理念探析

　　4.3球状风化体及填石地层掘进的需求
　　盾体设8个超前注浆孔，在极困难地表条件下，可进行超前注浆，为仓内处理“孤石”创造条件。
为防止球状风化体及填石对刀盘及刀具造成异常磨损，设刀盘面板磨损检测保护装置。

　　4.4减少全、强风化岩掘进结“泥饼”的需求
　　区间部分地段砂砾粘性土颗粒成分具有“两头大，中间小”的特点，在这种地层中掘进时为减少刀盘结“泥饼”，刀盘面板设8个喷口，其中膨润土喷口2个，泡沫喷口6个，膨润土喷口和泡沫喷口各自独立。
泡沫系统采用单管单泵设计，提高在砾质粘性土的碴土改良效果。
刀盘喷口结构为背装式，堵塞后可抽出便于清理。
主轴承设内外密封，刀盘采用中空法兰，中心处渣土与驱动隔板间有相对转动，能够实现中心渣土搅拌，改善中心部位渣土流动性。
刀盘开口率约33%，刀盘中心开口率约38%，在整个盘面均匀分布。

　　4.5长距离掘进耐磨设计
　　区间的掘进距离较长，要防止刀盘异常磨损、螺旋输送机叶片和筒体、盾尾密封的磨损影响掘进。
刀盘面板采用贴焊耐磨复合钢板配以耐磨网格保护，设置了磨损检测装置。
螺旋输送机叶片轴前部镶焊复合耐磨钢块，并在复合钢块上再堆焊耐磨焊条。
前盾螺旋输送机筒体为内外套，内套可更换。
螺旋机筒体设置可更换的耐磨块。
盾尾刷采用硬岩方式尾刷。

　　4.6沉降控制针对性设计
　　为减小软弱地层掘进时盾体周围地层的变形，盾构机设双液注浆系统，可根据施工需要调整同步注浆的凝结时间，减小隧道上部土体的沉降。

　　4.7盾构机“脱困”针对性设计
　　盾构设计中采用增加主动推力与减少盾体与周围土体摩擦系数相结合的办法。
配置16对推进油缸，盾构机最大推力为5060t。
设盾壳膨润土泥浆注入系统，在中盾与尾盾四周各有6个膨润土管路，向盾体外表面注入膨润土泥浆，减少砂层掘进过程中盾体的摩擦阻力。

　　4.8防止“喷涌”针对性设计
　　螺旋输送机的出料口采用两道闸门设计，掘进中可根据施工要求改变门开度，调整螺旋输送机内土塞密实度，从而起到防喷涌、喷水效果；另外在出渣口预留保压泵接口，发生喷涌时，及时关闭闸门，接保压泵调节土舱压力；同时配备9个渣土改良口，必要时采用高分子聚合物填充土舱。

　　4.9富水透水性强地层带压作业保障措施针对性设计
　　当地层富含地下水且不能降水时，需带压进舱换刀作业。
为防止地层气密性差，难以保压，无法实现带压作业，配置了渣土改良膨润土系统，在带压换刀作业时能更好的利用膨润土泥浆进行开挖面的泥浆封堵，保证气密性。

　　5.盾构机主要机构、系统的选型设计和配置
　　5.1刀盘的选型设计和配置
　　5.1.1刀盘的选型设计
　　根据深圳地铁11号的地质情况，该盾构机结合辐条式和面板式两种刀盘形式的优点，采用辐条加小面板式的刀盘，见图2。
前面板焊有耐磨复合钢板，外圈梁焊有耐磨复合钢板和外圈保护刀，保护刀盘本体。
刀盘背面有主动搅拌棒，与前盾上的被动搅拌棒一起对土仓内渣土进行搅拌，改善渣土的流动性、和易性。
刀盘设有渣土改良喷口（泡沫、膨润土），同时在设置一处盘体磨损检测。

　　
　　
　　 图2刀盘主视图
　　5.1.2刀具配置
　　刀具配置表
　　
　　
　　5.1.3 刀盘冲刷系统配置
　　在主驱动隔板上设计有1根被动搅拌棒，搅拌棒上有开孔，具备冲水功能，冲水方向为刀盘背部和刀盘中心；在驱动中心隔板上还有4个喷水孔，2用2备；在土压仓隔板下部布置有2路喷水孔。

　　5.2刀盘驱动系统设计和配置
　　刀盘驱动方式采用传动效率高、热平衡性能好，噪音低的变频电机驱动，具有脱困功能。
变频电机数量为7组，总驱动功率为1120kw。
驱动扭矩的传动路线为：电机—减速机—小齿轮—主轴承内齿圈—刀盘，小齿轮两端设有调心滚子轴承，并带有转速传感器。

　　5.3 螺旋输送机设计和配置
　　螺旋输送机采用对止水性更为有利的有轴螺旋机，最大通过粒径为Φ340×530mm，螺旋机筒体内径900mm，出渣能力为440m3/h广东深圳专业医用器械产品外观工业产品设计浅谈医院医疗器械的维修管理，采用尾部中心驱动，其圆周设有膨润土或泡沫的注入孔。
螺旋输送机设有两道下出渣闸门，可根据掘进速度在主控室控制闸门的开启度及两道闸门的开合度，通过调节排土量来实现土塞效应，形成良好的排土止水效果。
另外预留保压泵接口，发生喷涌时，及时关闭闸门，接保压泵调节土仓压力。
当发生螺旋轴卡住现象，可以通过控制液压马达正反转来摆脱。
必要时可打开设置在螺旋输送机筒体上的观察窗门来对壳体内部进行清理。
同时设置伸缩油缸，油缸行程1000mm，设有土压传感器2个，渣土改良口9个，观察窗3个，可更换耐磨观察窗6个，螺旋轴螺杆及叶片上堆焊有耐磨层，前端采用可更换耐磨筒体和可更换耐磨窗设计，见图3。

　　
　　
　　图3可更换耐磨筒体和可更换耐磨窗示意图
　　5.4 后配套系统设计和配置
　　后配套系统包括设备桥和拖车，其上装有保证盾构正常工作的各系统装置、管线。

　　该盾构开挖直径为6980mm，较通用的地铁盾构（开挖直径6280mm）要大，为增加两种不同开挖直径盾构机的后配套拖车通用性，该盾构采用与通用地铁盾构相同的后配套拖车钢结构件，仅在拖车轮对上方增加一钢结构部件，用螺栓连接固定，提高拖车的高度。
见图4。
拖车上的各系统装置、管线与通用地铁盾构基本相似。

　　
　　
　　图4：后配套拖车增加的钢结构部件示意图
　　5.5注浆系统系统设计和配置
　　5.5.1 同步注浆系统
　　为确保注浆速度及保证单台泵失效等特殊情况下工程的可持续性，同步注浆系统配置了一个带搅拌的浆液罐和三个双出口注浆泵。
盾尾注浆管路暗置在盾壳（共12根，6用6备）。

　　5.广东深圳专业医用产品工业产品设计立足于工业设计专业的构成基础教学改革5.2 二次双液注浆系统
　　为有效地控制地表沉降，弥补在软弱地层同步注浆不能及时有效地控制地层变形的弱点，同时确保盾构施工的连续性，特设置双液注浆系统，配备一台双液注浆泵和A、B液罐（容量均为1m3）各一个，可根据施工需要调整注浆的凝结时间，减小隧道上部土体的沉降。

　　5.6 其他系统设计和配置
　　盾构机还包含供配电系统、PLC控制系统、数据采集显示系统、激光导向系统、水循环系统、液压系统、气体保压系统、泡沫注入改良系统、管片安装机等其他系统机构。
该盾构机的这些系统机构的设计和配置与中铁装备制造有限公司生产的通用土压平衡盾构相类似。

　　6.结语
　　在城市“上软下硬”地层、全断面硬岩地层盾构隧道施工中，盾构机设计和配置的重点主要为：①、刀盘形式、开口率的设计；②刀盘的强度、刚度满足地层需求；③刀具的广东深圳专业医疗仪器外观工业产品设计浅谈产品设计的感性化配置及刀间距的设计；④盾构机的耐磨设计；⑤盾构机主要系统的强力配置。

　　根据广州、深圳的地铁施工经验，盾构设计时必须考虑全断面布置滚刀，而且安装滚刀的位置根据地质条件可更换为齿刀，刀盘的设计要有足够的强度与刚度，刀具的布置层次结合刀间距、掘进贯入度考虑，尤其是切刀、滚刀凸出刀盘面板量级差要建立一定的梯度。

　　不同的地层采用不同的刀具配置和及时调整掘进参数，才能降低施工成本和保证盾构施工效率；同时在“软硬不均”地层和全断面硬岩地层盾构施工有计划的检查和更换刀具，对降低盾构施工的风险、提高整体施工效率与效益至关重要。

　　参考文献:
　　[1]陈馈，洪开荣，吴学松. 盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社，2009.
　　[2]地盘工学会. 盾构法的调查、设计、施工[M].牛清山，陈凤英，徐华译.北京：中国建筑工业出版社，2008.
　　[3]中铁隧道勘测设计院有限公司. 深圳市城市轨道交通11号线工程初步设计.2012.
　　[作者简介]杨成春（1980--），男，山东高密市人，工程师，主要从事盾构施工技术管理工作