第1章. 第2章. 第3章. 第4章. 第5章. 第6章. 第7章. 第8章. 第9章.
第10章. 盾构、配套设备与管模
10.1. 盾构机选型 10.1.1. 选型原则
盾构机的性能及其对地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。
本合同段盾构区间工程的盾构机选型按照性能可靠、技术先进、经济适用相统一的原则，依据招标文件、颐和园站－圆明园站和圆明园站－成府路站区间岩土工程勘察报告等资料，并参考国内外已有盾构工程实例及相关的技术规范进行。 10.1.2. 选型依据
盾构机选型具体依据如下： （1）本合同段盾构工程施工条件 隧道长度：3032+2044.286单线延米； 线路间距：8～19m；
隧道覆土厚度最小：6m，最大：15.4m； 平面最小曲线半径：350m； 最大坡度：20.801‰；
隧道衬砌管片内径：5400mm 外径：6000mm （2）工程施工环境特点
本工程施工环境具有如下特点对盾构机施工有一定的影响：
本合同段区间隧道沿线地下管线、建（构）筑物密集。颐和园－圆明园区间线路下穿颐和园、圆明园，与万泉河高架桥相交；圆明园～成府路站区间线路通过成府小学、化工研究院，下穿万泉河。区间线路与万泉河高架桥相交时，隧道外轮廓与桩基距离最小为5m，下穿圆明园一座池塘时覆土厚度仅6m，万泉河底部区域隧道覆土厚度为9m。
本合同段区间线路主要沿颐和园路、清华西路布置，与中关村北大街相交，所经道路尤其是中关村北大街交通繁忙、车流量大。
（3）区间地质特点
本合同段区间隧道穿越地层主要有粉质粘土、粉土层，局部夹有砂层、卵石圆砾等。具体的地质统计表见表10-1-1和图10-1-1。
表10-1-1 盾构区间洞身地质统计表 区 间 地层编号 ③ ⑥ 颐和园－圆明园站 ⑥2 ⑦ ⑦2 ③ 圆明园－成府路站 ⑥ ⑥1 ⑥2
岩土名称 粉土 粉质粘土 粉土 卵石圆砾 粉细砂 粉土 粉质粘土 粘土 粉土 0.80EG.20%比例（％） 9.3 46.0 35.2 3.2 6.3 0.8 47.2 7.0 45.0 3.2%6.3%9.3F5.2%7%③⑥⑥2⑦⑦2③⑥⑥1⑥2颐和园－圆明园站区间
圆明园－成府路站区间
图10-1-1 盾构区间隧道洞身主要地质比例图
10.1.3. 本工程地质特点对盾构机功能的要求
针对以上工程地质条件及特点，盾构应具备以下功能： （1）盾构机对地层条件的适应性要求
本合同段隧道地层主要由粉质粘土、粉土层、卵石圆砾层组成，局部夹有砂层，所以盾构对软土地层的适应性应是重点考虑的问题。盾构在软土地段的施工时应重点考虑以下功能：
具备土压平衡掘进功能； 足够的推力和刀盘驱动扭矩；
良好的加泥、加泡沫等碴土改良能力； 合理的刀盘及刀具设计； 具有完善的防喷涌功能； 能够有效防止中心泥饼的生成； 较好的人员仓条件；
超前地质钻探及管片壁后同步注浆功能。
由于本合同段承压水分布较为普遍，含水层主要为卵石圆砾地层和砂层，所以盾构应具有平衡水土压力，防止喷砂、涌水，最大限度的减少地表沉降，并有效保护刀盘刀具的能力。
（2）特殊地段的通过能力
本合同段的特殊地段，主要有以下几种：
部分隧道区段较近距离穿越建（构）筑物，且局部隧道覆土厚度仅6米，这样的地段对盾构的施工提出了很高的要求。盾构在通过该类地段时必须能很好的调整与保持土仓压力，控制地面沉降；
区间隧道局部地段含有少量的砂层和卵石圆砾，这就要求盾构机刀盘具有较强的耐磨能力和有效保护刀具的能力。
区间线路曲线段长度占区间总长的66％，且最小曲线半径仅为350米。要求盾构机具有小半径曲线施工的能力。且对运输系统、通风系统及测量导向系统均有较高的要求。
当盾构机处于含砂地层施工时应具有相应的施工辅助措施及设备，如对土仓压力的控制与碴土改良等。
（3）方向调整与控制能力
本合同段盾构隧道线路较长，且曲线段施工及工程接口较多，要求盾构的导向系统具有很高的精度，以保证线路方向准确。盾构方向的控制包括两个方面：一是盾构本身能够进行纠偏、转向，二是采用先进的激光导向技术保证盾构掘进方向的正确。
（4）环境保护与控制能力
盾构法施工的环境保护包括两个方面：首先是盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，噪声、震动等满足相关环境保护规定的要求；再者要求盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泡沫等不能对环境造成污染。
（5）掘进速度满足计划工期需求
根据计划工期安排，盾构的掘进速度必须满足本合同段的计划工期要求。 10.1.4. 盾构机型式的确定
不同类型的盾构机适用的地质类型也是不同的。盾构机的选型必须做到针对不同的工程，不同的地质条件进行针对性设计，才能使盾构更好的适应工程。盾构机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。其中土压平衡盾构能够适应较大的地质范围与地质条件，能用于粘结性、非粘结性、有水或无水、软土和卵石圆砾等多种复杂的地层，施工速度较高，能有效的控制地表沉降。所以根据本合同段的工程条件、地质特点、工期及施工要求，结合类似工程盾构的选型经验和北京地铁既有盾构工程的盾构类型，在本工程宜采用加泥式土压平衡盾构。
10.1.5. 土压平衡式盾构机的基本工作原理
土压平衡工作原理：土压平衡盾构的开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及添加剂注入系统组成。将刀盘切削下来的碴土填满土仓，在切削刀盘后面装有使土仓内土砂强制混合的搅拌臂。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土仓内土压力稳定在预定范围内。土仓内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土仓土压力控制示意图10-1-2。 Pw 水压力PE 土压力PEPB 盾构土仓压力Pw +PE =PEPB 土舱土压力与地层水土压力平衡状态地表面 地下水位图10-1-2 土压平衡工作原理示意图 当土仓内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土仓内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土仓内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。 盾构尾部的空隙通过注浆系统进行同步回填浆液，注浆压力及数量应与地层水土压力及空隙量相适应，有效控制地表的沉降。
碴土改良工作原理：土压平衡盾构维持工作面稳定的介质为碴土，为维持土仓内土压力的稳定和碴土的排出，土仓内的碴土必须具有：良好的塑性和流动性、良好的粘—软稠度、低的内摩擦力、低的透水性。一般情况下碴土不一定具有这些特性，刀盘扭矩较大，碴土流动困难，在土压力作用下易压实固结，容易产生泥饼或泥团，在透水性土层中，在水的作用下碴土在螺旋输送机内排出无法形成有效的压力递减，土仓内的土压力难以稳定，因此需要对开挖后的碴土进行改良，使其具有上述特性。根据地层情况，向开挖土仓内注入泡沫、粘土或添加剂，进行强制搅拌，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋机排土顺畅，土仓内的压