最小平面 半径/m
350 350
纵坡 /‰ 18 18
地下水
含水层
盾构隧道所处地层
盾构隧道位于 圆砾层、粗砂层、 卵石层、圆砾层、中粗砂、 地下水位以下 细砂层、卵石层 粉细砂夹杂少许粘土和粉土
赵惊华：北京东直门机场快速轨道有限公司，工程师，北京 100027
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抵抗水压
靠土仓压力及泥土的不透水
靠泥水在开挖面的泥膜和
良
优
性能抵抗水压
泥水压抵抗水压
保持土仓压力、控制推进速
控制泥浆质量、压力及推
控制地表沉降 度，维持切削量与螺旋输送 优 进速度，保持进、排泥量 优
机出土量
的动态平衡
碴土处理 直接外运
简单 进行泥水分离处理及外运 复杂
施工场地 占用施工场地小
优 要有较大的泥水处理场地 差
2003.
收稿日期 2012-04-11
责任编辑 朱开明
Shield Machine Selection for Sand and Gravel Strata of Beijing Metro Line 4
Zhao Jinghua, Deng Meilong
Abstract: Shield machine selection is one of the priorities in a shield project. Correct selection of shield model is a key to the success of the shield tunnel construction. Taking fourth tender lot for shield project of Beijing Metro Line 4 as an example, the paper introduces the principle and the basis for selection of shield machine model, and the characteristics of the sand and gravel strata in the tender lot section of Line 4 are analyzed. It systematically described the technical route for shield selection for sand and gravel strata and process of the shield machine selection. Keywords: metro, sand and gravel strata, shield, selection
工程实践
北京地铁4号线 砂卵石地层盾构机选型
赵惊华 邓美龙
摘 要：在盾构工程中盾构机选型是重点工作之一，盾构机型选择的 正确与否是盾构隧道工程施工成败的关键。文章以北京地铁4号线四标 段盾构工程为例，介绍了盾构机选型原则与依据，针对4号线四标段所 处砂卵石地层特点，系统阐述了北京砂卵石地层盾构机选型的技术路 线和过程。 关键词：地铁；砂卵石地层；盾构；选型
于掘进过程中刀盘与刀具会 图1 地层渗透性与泥水式、土压式盾构适用关系图 产生磨损，所以刀盘直径应
刀盘外径计算公式： D刀盘=D前盾+2k 式中，D刀盘为刀盘外径，m m； k为刀盘直径较前盾直径的扩大值， 一般取10 mm。
大于前盾直径，前盾直径应
在满足本工程使用要求的前
结合以往盾构工程施工及设计 实例，考虑砂卵石地层掘进时对最 大推力、最大扭矩、螺旋机旋转及 闸门关闭、同步注浆及二次注浆系 统、加泥及加泡系统、拼装机旋转 及拼装等方面的要求，最终确定所 需的动力装置。
4 结束语
根据北京地铁4号线四标段的
工程地质、水文地质、工程对盾构
机的要求以及以往盾构工程实例，
(5）适用性、可靠性、技术先 进性和经济合理性相统一。 2.2 盾构机选型依据
(1）盾构机投用工程的工程地 质和水文地质勘察报告中关于盾构 掘进所处地层的工程地质和水文地
质情况。 (2）工程招标文件和设计图纸
中关于盾构隧道一次性掘进长度、 最小平面半径、最大纵坡、管片设 计尺寸及分块角度、周边环境安全 需要等要求。
工程实践
北京地铁4号线砂卵石地层盾构机选型 赵惊华等
其刀盘型式。若考虑到盾构机的适 用性，可设置成可调开口率刀盘， 根据需要改变开口率大小，但这种 仅是一个设想，有待实践。
盾构机刀具型式包括中心刀、 刮刀、齿刀、滚刀等多种刀具，刀 盘上宜设置适用几种典型地层的刀 具类型和布置形式，刀具与刀盘间 尽量采用栓接，便于刀具更换。
国内外盾构机一次注浆方式包 括同步注浆、即时注浆和后方注浆 3种，地铁盾构一般采用同步注浆 方式，同步注浆又包括单液同步注 浆和双液同步注浆2种，目前，盾 构机一般选用其中一种作为其同 步注浆系统。若考虑盾构机的适 用性，可同时配置2种同步注浆系 统，根据不同需要选用不同的注浆 系统，但这种仅是一个设想，有待 实践。
结合本工程实际情况，考虑砂 卵石地层同步注浆量较大，成本较 高，推荐采用单液同步注浆系统。 3.7 盾构机加泥、加泡系统配置的 确定
目前，盾构机碴土改良系统包 括加泥系统和加泡系统2种，各有各
自的适用地层条件。 结合本工程实际情况，考虑
盾构机的地层适用性和远期经济 效益，推荐同时配置加泥、加泡 系统。 3.8 盾构机推进千斤顶行程的确定
北京地铁4号线砂卵石地层盾构机选型 赵惊华等
工程实践
种，这2种盾构是目前世界上最常
表2 泥水式盾构与土压式盾构性能对比表
用、最先进的，但在适用地质、范 围及性能等方面有一定差异。地层 渗透性与泥水式、土压式盾构适用 关系见图1，各种松散地层颗粒筛分 曲线与泥水及土压盾构适用关系见 图2，泥水式盾构与土压式盾构性能 对比表见表2。 3.1.2 本工程盾构机基本型式确定
(2）可靠性。盾构机的可靠性 表现在：①整体设计的可靠性，即
地质适应性；②设备本身的性能、 质量、使用寿命等的可靠性。
(3）技术先进性。盾构机的技 术先进性：①可以更好地适应建设 单位当前及今后的工程施工要求， 市场竞争力强；②在其合理使用寿 命周期内，设备本身及制造技术先 进性持久。
(4）经济合理性。所选择的盾 构机，在满足工程项目施工安全、 质量、环境、工期要求的前提下， 综合施工成本合理。
[2] 施仲衡, 张弥, 宋敏华，等. 地下
铁道设计与施工[M]. 西安: 陕西
科学技术出版社, 1997.
[3] 张凤祥，朱合华, 傅得明. 盾构
隧道[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004. [4] 周文波. 盾构法隧道施工技术及
应用[M]. 北京: 中国建筑工业出
版社, 2004.
[5] GB50517-2003 地铁设计规范[S].
目前，国内地铁盾构管片长度 包括1.2 m和1.5 m 2种，工程所选用 的管片长度具有地域性。
结合本工程实际情况，考虑盾 构机的地域适应性，推荐盾构机推 进千斤顶行程同时满足2种不同管片 的拼装需要。 3.9 盾构机动力系统的确定
盾构机所配置的动力系统包括 刀盘、螺旋输送机、管片安装机、 推进千斤顶、铰接千斤顶、皮带 输送机、同步注浆系统、加泥系 统、加泡系统、油润滑、脂润滑、 仿形刀、控制系统等设备的动力 装置。
D盾尾=d+2(x+g+t) 式中，D 盾尾为盾尾外 径，m m；d 为隧道(衬砌或 管片)外径，m m；x 为盾
3.4 盾构机刀盘及刀具的确定 盾构机刀盘型式主要包括辐条
式、面板式和辐条面板式3种，目 前，盾构机一般选用其中一种作为
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用土压式盾构机。
机市场适应性和经济性，即参考地 尾空隙(盾尾钢丝刷张开时尺寸)，
铁设计规范对地铁隧道线路 m m；g为同步注浆管直径，m m；t
最 小 平 面 曲 线 半 径 的 要 求 为盾尾钢板厚度，mm。
(表3)，确定盾构机设计所能
前盾外径计算公式：
渗透系数 /cm.s-1
泥水式 盾构机
大于盾尾直径。刀盘直径、 提 下 ， 考 虑 节 约 同 步 注 浆 和 碴 土
土压平衡
泥水平衡
前盾直径、盾尾直径计算公 运 输 成 本 ， 盾 构 机 直 径 宜 尽 量 选
筛分残留率/%
筛分通过率/%
式如下：
取较小值，推荐刀盘直径选取
盾尾外径计算公式：
6 160 mm。
粒径/mm关系图
综合考虑工程地质、水文地 质以及施工中的各种因素，砂卵石 地层可采用泥水式盾构和土压式盾 构，但泥水式盾构要求场地较大、
项目
土压式盾构 简要说明
评价
泥水式盾构 简要说明
评价
保持切削土仓压力、开挖面
有压泥水使开挖面地层保
稳定开挖面
优
优
稳定
持稳定
在砂性土等透水性地层中要
地质条件适应性
良 适应性较强
优
有特殊的措施
考虑到远期的市场适应性和经济
效益，本工程采用了2台日本三菱
φ 6 160 m m土压式盾构机。盾构机
经过近2年的工程应用，顺利完成了
工程施工。实践证明，本工程盾构
机选型是成功的，对以后类似工程
具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 全国一级建造师执业资格委员会. 市政公用工程管理与实务[M]. 北
京: 中国建筑工业出版社, 2011.
3.2 盾构机最小转弯平面半径 的确定
在盾构机选型时，除要 考虑本工程线路最小平面半径 外，还应综合考虑到日后盾构