1.地质因素

1.1工程地质盾构选型分析

对于细颗粒含量多的地层，切削下来的渣土能形成不透水的塑流体，容易实现土压平衡，并且渣土输送简单，多选用土压平衡盾构，如果选用泥水平衡盾构则渣土分离困难。粗颗粒含量高的地层，切削下来的碴土为流体状，仅依靠大颗粒充满土仓来形成机械力支撑土体时，即使土仓充满也建立不了压力，因而不易实现土压平衡，同时螺旋机不能形成土塞，渣土输送困难，如果采用土压平衡盾构需要通过添加膨润土等添加剂对渣土进行改良，而采用泥水平衡盾构时渣土输送和分离相对简单，因此这种地层多采用泥水平衡盾构。一般来说当地层中的黏粒和粉粒总量达到40%以上时适宜选用土压盾构，反之则选用泥水盾构。地层粒径分布与盾构选型的关系如下图所示：

地层主要是砂和砂岩。砂岩范围从相对软到相对硬的岩石。也可能遇到一些粘土和砂质粘土夹层。

   从地层看，基本属于泥水盾构适用范围，根据在以往的施工经验，也可以采用土压盾构。

1.2水文地质盾构选型分析

在地下水丰富的地层，泥水盾构依靠泥浆粘粒渗入开挖面形成泥膜隔离层，依靠泥浆与碴土混合液的压力，作用在泥膜上平衡开挖面压力，能够有效隔离地下水渗入土仓，使开挖面前方地层不因水位的下降而引起地表的前期沉降；土压盾构由于没有这种泥膜，对地下水的控制能力稍差一些，需要加入更多泡沫等添加剂对渣土进行改良，有时甚至需要昂贵的特种添加剂。

根据施工经验，当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可选用土压平衡盾构;当渗透系数在10-7m/s到10-4m/s之间时，既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构，如采用土压平衡盾构，开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后，土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌。

本区域是地中海岸含水区，地下水可能有海水补给。首先需要确定地层渗透系数，根据地层涌水量来确定盾构选择。涌水量大时适宜选用泥水盾构，如果选用土压盾构，将无法止水，造成掘进困难。

1.3 水土压力影响

当水土压大于3bar时适宜采用泥水盾构，如果采用土压平衡盾构，螺旋输送机土塞效应难以抵抗如此高的压力，在螺旋输送机闸门处易发生渣土喷涌现象，导致开挖面坍塌，而泥水盾构采用密闭的管道出渣，不怕喷涌，能较好的应对高压力。 

同时当压力较高，且满仓掘进时土压盾构需要的搅拌扭矩较大，而泥水盾构泥水仓的混合液搅拌阻力很小，刀盘扭矩与泥水仓压力升高关系较小，不会因水土压力高而有较大的增加。对于管片外径17m的隧道，如果采用土压盾构，刀盘需要非常大的扭矩，同时对主轴承也有更高的要求，西雅图隧道就出现了主轴承损坏的事故。

另外泥浆传递压力速度快而且均匀，开挖面土压力的控制精度高，大直径盾构开挖面大，泥水盾构比土压盾构有较大的优势。

本项目隧道线路在地面以下50-60m，水位线下40-50m。全土压掘进时水土压力将超过4bar，如果区间遇到砂和砂岩组成的复合地层或其他不稳定地层，掘进时需要维持掌子面稳定，不宜欠压掘进，选用泥水盾构较好。

2. 隧道沿线建筑物情况

由于泥水盾构通过泥浆传递压力，同时通过其体保压系统辅助进行压力控制，精度较高，压力波动小，如果沿线建筑物较多宜采用泥水盾构。土压盾构需要做好渣土改良并控制好掘进参数，才能控制沉降以保护沿线建筑。

本项目隧道区间沿线建筑物较多，需要考虑多方面的因素进行选择。

3.施工场地条件情况

泥水盾构施工需要采用泥水分离站进行渣土分离和调制浆，同时还需要存放泥浆管，施工场地要求大，土压盾构采用皮带机出渣，渣土可以直接运输，只要一个渣土坑，占用场地较小，因此如果施工场地有限，要尽量采用土压盾构。

本项目车站位于人口稠密的区域，泥水分离厂布置受限于现在的道路，建筑和基础设施，从施工场地看选用土压盾构较好。但是如果能协调出来场地，可以采用泥水盾构。

4．经济性分析

4.1 盾构本身经济性

泥水盾构本身配置比土压盾构高，购买成本一般也要高出20%-50%，同时土压盾构构造简洁，便于操作和维护，技术人员学习熟悉快，泥水盾构相对复杂，不利于技术人员学习，操作与维护也不方便，提高了使用成本。

另外泥水盾构对于始发和到达洞门的密封和加固要求更高，对于本项目处在比较危险的砂层区域，采用泥水盾构风险更大，需要投入更多成本，单从始发和到达考虑适合采用土压盾构。

4.2 盾构本身外经济性

如果采用泥水盾构，盾构本身外的费用还有泥水分离及调制浆设备采购费、电费、人工费，制浆剂使用费，泥浆泵采购费及电费，泥浆管路费用，还可能需要废浆处理费用等等，成本较高。

如果采用土压盾构，则只需要配置连续皮带机，成本可大大降低，但是可能需要考虑渣土改良的费用。

5. 总结

综上所述，从地质适应性、隧道沿线建筑等方面综合考虑，本项目适合采用泥水盾构,但是前提条件是有足够的施工场地。

从经济性和施工场地条件考虑，适合选用土压盾构，前提条件是地层是稳定的，可以半仓欠压掘进，同时地层涌水不能太大，否则会造成螺机喷涌，地面沉降甚至坍塌，同时对超大直径盾构还有刀盘扭矩过大，主驱动失效风险大。下载本文