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地铁工程大直径土压式平衡盾构机力学计算及机械选型研究(论文).pdf

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·1822 · 地铁工程大直径土压式平衡盾构机力学计算 及机械选型研究 何 洋 1, 侯 欢 2, 许立建 1, 马天坤 1, 石广阔 1 (1. 北京建工土木工程有限公司,100015,北京;2. 河北东鹏房地产开发有限公司,061000,河北承德) 摘 要: 针对砂层中细颗粒含量较少、难以形成止水效应、层中存在承压水、有涌水风险等多种施工风 险,从改良、保压、排渣、清渣 4 个方面全流程考虑,盾构具有合理的刀盘设计及渣土改良能力;加强刀具 配置和刀盘、螺旋机的结构耐磨;要求盾构机必须具有较强的平衡水土压力的能力,以保证地表变形保持在 正常范围内。对土压平衡式盾构机的选型优化,可明显降低后期施工过程中的风险,有效避免事故的发生, 对类似施工方案有较大的借鉴意义和推广应用价值。 关键词: 地铁工程;土压平衡盾构机;力学计算;机械选型 中图分类号:TU 74 文献标志码:A 文章编号:1000-4726(2023)15-1822-05 RESEARCH ON MECHANICAL CALCULATION AND SELECTION OF LARGE-DIAMETER EARTH PRESSURE BALANCE TYPE SHIELD TUNNELING MACHINE FOR SUBWAY ENGINEERING HE Y ang 1, HOU H uan 2, XU L i-jian 1, M A T ian-kun 1, SHI G uang-kuo 1 (1. BCEG Civil Engineering Co., Ltd., 100015, Beijing, China ;2. Hebei Dongpeng Real Estate Development Co., Ltd., 061000, Chengde, Hebei, China) Abstract: In order to address construction risks such as the low content of fine particles in the sand layer, difficulty in achieving water stop effects, and presence of confined water and water inrush in soil layers, considerations were given to 4 aspects, namely, improvement, pressure holding, slag discharge and slag cleaning in the whole construction process. The shield tunneling machine should have a reasonable cutter and good capacity in slag improvement. The cutter configuration should be improved for the structural wear resistance of cutting discs and screw conveyors. In addition, the shield tunneling machine should have a strong ability to balance soil and water pressure, thus keeping surface deformation within a normal range. The optimal selection of earth pressure balance type shield tunneling machines is helpful to greatly reduce risks in subsequent construction and effectively avoid accidents, with reference significance and promotion value in similar construction schemes. Keywords: subway engineering; earth pressure balance type shield tunneling machine; mechanical calculation; machine selection 盾构机掘进法作为地铁区间线路施工的常用掘进 方法,因其施工速度快、掘进过程稳定且有效密封、 确保开挖面的稳定和施工精度高等特点,被广泛应用 于城市轨道交通建设中。随着我国城市轨道交通建设 运力需求逐步扩大,相应隧道尺寸也逐步增加。当前 德国、日本、加拿大等国家制造的盾构机也从改良大 尺寸盾构方面适应我国市场。 近几年,中铁重工所生产的大尺寸盾构机也在 6 m直径基础上逐步改进改良出 6.5 m、7.5 m、7.8 m 等直径土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机。依据施工 现场实际地质条件及盾构尺寸确认进行盾构机选型, 已成为各施工单位面临的共同难点,盾构机选型计 算是否契合生产需求,已成为制约地铁施工的重难 点问题。以北京某地铁工程盾构法施工中土压平衡盾 构机选型为研究方向,通过对盾构机推力、扭矩的计 算及盾构机出渣需求计算指导盾构机选型,从而选取 最优的盾构机组合方案。 1 工程概况 北京某地铁工程车站区间整体呈东西走向,总 长3 133.993 m,沿线穿越市政桥梁、铁路、道路、建 筑物及大型地下管线。区间采用“暗挖法 +明挖法 + 盾构法”施工,其中 2 953 m长度线路区间采用盾构 法施工。盾构区间由甲车站站后盾构井始发,乙车站 接收,盾构始发接收均为叠落设计,其中上层始发接 收稿日期: 2023–05–16 作者简介: 何 洋(1988—) ,男, 河北承德人, 工程师, e-mail : 169 5035282@qq.com . *1? ? _ Architecture Technology 1\ 54 思1\ 15 O 2023 ? 88 Vol.54 No.15 Aug. 2023 ·1823 · 收采用旋喷桩加固,下层采用钢套筒+深孔注浆加固 措施。盾构区间隧道结构形式为单洞双线隧道,左右 线隧道覆土厚度均为 6.4~22 m,主要穿越粉质粘土层, 粘土层、上覆土层自上而下依次为①粉质粘土填土、 ③砂质粉土粘质粉土、③ 1粉质粘土、④ 3粉细砂、 ⑥粉质粘土。隧道内径为 7 200 mm。区间采用土压 平衡盾构机开挖,预制管片衬砌,标准环管片内径为 7 200 mm,外径为8 000 mm,宽度为1 600 mm,厚度 为400 mm。区间隧道形式如图 1所示
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