1.1 盾構(gòu)選型的概念和重要意義
在現(xiàn)代城市建設(shè)中，地下空間的開發(fā)利用已成為一個重要的部分。一些發(fā)達(dá)國家，如英國、法國、日本等，早在上世紀(jì)就對地下空間進(jìn)行廣泛的利用。由于城市功能的高度集中，地下空間的建造施工與維護(hù)城市正常功能之間的矛盾就日趨尖銳。為了解決這一矛盾，對城市正常功能影響很小的盾構(gòu)隧道施工技術(shù)越來越多的得到了應(yīng)用。目前，在地鐵、城市上下水道、共同溝及引水分洪等地下隧道工程中盾構(gòu)法都得到了廣泛的運用。據(jù)統(tǒng)計，在日本每年由盾構(gòu)法施工完成的隧道延長可達(dá)300km左右。在我國，上海已經(jīng)有了較多的盾構(gòu)隧道施工經(jīng)驗，而北京、深圳、南京、廣州、天津、成都、沈陽、西安、杭州等的在建地鐵隧道，都在使用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。
與其它隧道施工方法不同，盾構(gòu)施工法主要使用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)，在兩個豎井中間一次性施工而形成隧道．其最大特點為：(a)盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)每一個施工區(qū)段的地質(zhì)條件、地下水條件、隧道斷面大小、區(qū)問線路條件、周圍建筑物環(huán)境等條件進(jìn)行設(shè)計制作。所以，盾構(gòu)機(jī)不是通用機(jī)械，而是針對于某種條件的專用機(jī)械，也就是說一般很難將盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)用到設(shè)計隧道以外的工程中加以利用。(b)盾構(gòu)機(jī)在地下的施工是不可后退的。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在地下開始掘進(jìn)施工后，就很難對盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行修改，除刀頭等部位可以通過特殊的設(shè)計得到更換以外，盾構(gòu)刀盤、壓力艙、排土器、推進(jìn)系統(tǒng)等很難在施工過程中進(jìn)行修改．從這兩點可知，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計、制作從根本上決定了隧道施工的成功與否，是盾構(gòu)隧道施工的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為了設(shè)計最為合理的盾構(gòu)機(jī)械就必須進(jìn)行周密的盾構(gòu)選型工作。
1.2 盾構(gòu)選型的原則和依據(jù)
盾構(gòu)機(jī)的選擇是保障工程項目順利實施的前提條件與設(shè)備保障。盾構(gòu)機(jī)的選擇除滿足隧道斷面與外形尺寸外，還應(yīng)包括盾構(gòu)機(jī)類型、性能、配套設(shè)備、輔助工法等。
盾構(gòu)機(jī)的選擇主要根據(jù)工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件、隧道斷面形狀、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障礙物、地面建筑物、地表隆沉要求等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定。
盾構(gòu)選型主要依據(jù)招標(biāo)文件、工程勘察報告、隧洞設(shè)計及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，針對工程特點和難點、隧洞設(shè)計參數(shù)、盾構(gòu)施工工藝及進(jìn)度要求等因素進(jìn)行分析，對盾構(gòu)類型、驅(qū)動方式、功能要求、主要技術(shù)參數(shù)和輔助設(shè)備的配置等進(jìn)行研究，并邀請具有同類盾構(gòu)制造經(jīng)驗的國際著名盾構(gòu)制造商和國內(nèi)外盾構(gòu)設(shè)計、隧洞設(shè)計及盾構(gòu)施工方面的專家共同參與。經(jīng)過反復(fù)論證和研究，參照類似工程盾構(gòu)的選型及施工情況，完成適應(yīng)相應(yīng)工程施工盾構(gòu)的選型工作，確定盾構(gòu)方案、主要功能、主要技術(shù)性能參數(shù)及輔助設(shè)備的配置。
（1）適用性原則
盾構(gòu)機(jī)的斷面形狀與外形尺寸適用于隧道斷面形狀與外形要求，種類與性能要適用工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧道斷面形狀、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障礙物、地下構(gòu)筑物與地面建筑物安全需要、地表隆沉要求使用條件。若所選盾構(gòu)機(jī)不能充分滿足上述使用條件，應(yīng)增加相應(yīng)的輔助工法，如壓氣工法、注漿工法等，以確保開挖面穩(wěn)定。
由于盾構(gòu)機(jī)具有較長的使用壽命，可用于多項施工工程，因此應(yīng)根據(jù)使用壽命期內(nèi)預(yù)計的常用使用條件或最不利使用條件選擇盾構(gòu)機(jī)，以便具有較廣泛的適用性。
�。�2）技術(shù)先進(jìn)性原則
技術(shù)先進(jìn)性有兩方面含義：一是不同種類盾構(gòu)機(jī)技術(shù)先進(jìn)性不同；二是同一種類盾構(gòu)機(jī)由于設(shè)備配置的差異與功能的差異而技術(shù)先進(jìn)性不同。
選擇技術(shù)先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，一方面為了更好地適應(yīng)建設(shè)單位當(dāng)前及今后的工程施工要求，提高施工單位的市場競爭力；另一方面在合理使用壽命期內(nèi)保持技術(shù)先進(jìn)性。
技術(shù)先進(jìn)性要以可靠性為前提，要選擇經(jīng)過工程實踐驗證、可靠性高的先進(jìn)技術(shù)。
當(dāng)前，技術(shù)最先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)是加泥土壓式與泥水式盾構(gòu)機(jī)，隨著盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計與制造技術(shù)不斷完善與提高，技術(shù)上相互滲透、融合，其適用范圍愈加廣泛，已成為盾構(gòu)隧道施工使用最多、最為廣泛的盾構(gòu)機(jī)。
�。�3）經(jīng)濟(jì)合理性原則
經(jīng)濟(jì)合理性是指所選擇的盾構(gòu)機(jī)及其輔助工法用于工程項目施工，在滿足施工安全、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)要求和工期要求的前提下，其綜合施工成本合理。
盾構(gòu)選型可分為基本條件整理、項目論證、施工方案論證比較、確定方案等4個階段，而選型的原則是保證開挖面的穩(wěn)定性，保證不對周圍其它建筑物、構(gòu)筑物、埋設(shè)物產(chǎn)生有害的影響和謀求最大限度的經(jīng)濟(jì)臺理性。
在國內(nèi)外盾構(gòu)法施工運用實績中閉胸式盾構(gòu)已發(fā)展為主流。我國在土壓平衡式盾構(gòu)的使用方面已有一定的經(jīng)驗，但在使用時仍應(yīng)注意在復(fù)雜地質(zhì)條件下會產(chǎn)生的各種問題。
2 盾構(gòu)機(jī)選型方法
2.1 根據(jù)地層的滲透系數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)選型
地層的滲透性與盾構(gòu)機(jī)選型的關(guān)系如下圖3.2.22-1所示。通常，滲透系數(shù)大于10-7m/s時，選用泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)；滲透系數(shù)小于10-4m/s時，選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)。根據(jù)這種關(guān)系，若地層以各種級配富水的砂層、砂礫層為主時，選擇泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)是適宜的。其他的地層和地層組合采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是合理的選擇。
