污染地層盾構選型研究

楊志勇， 江玉生， 安宏斌， 雷軍

(1.中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院， 北京 100083；2.中鐵十二局集團第二工程有限公司， 太原 030000)

污染地層盾構選型研究

楊志勇1， 江玉生1， 安宏斌2， 雷軍2

(1.中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院， 北京 100083；2.中鐵十二局集團第二工程有限公司， 太原 030000)

以北京地鐵7號線08標百子灣站—化工路站區間為工程背景，針對該區間隧道穿越污染地層問題，為確保污染地層中隧道安全、健康的建成，通過現場取樣及化驗對土壤及地下水污染情況進行詳細分析，在充分考慮污染土的特性和地層因素、安全因素、環境因素及經濟因素的基礎上，對污染地層盾構選型進行研究。研究結果表明：泥水平衡盾構工法有效規避了施工人員接觸污染物，防止了污染物對人員和環境的影響，應作為污染地層隧道施工方法的首選。

污染地層；盾構選型；泥水平衡盾構

盾構工法以其快速、安全、高效等優點已經成為城市地鐵區間隧道工程的主要工法[1-4]，隨著我國城市地鐵建設的大發展，地鐵建設環境越來越復雜[5-6]，部分地鐵隧道將穿越污染較大的工廠生產區域，這些區域地層污染嚴重，給地鐵建設帶來了極大的挑戰。

以北京地鐵7號線08標百子灣站—化工路站區間(簡稱：百—化區間)為工程背景，針對該區間隧道穿越嚴重污染地層盾構選型問題進行研究，研究結果具有較強的工程實用價值，且可為今后國內外污染地層盾構選型提供借鑒。

1 工程簡介

百—化區間隧道埋深8.4～10.0 m，隧道穿越地層主要為粉細砂層，局部為粉土層、粉質黏土層、中粗砂層、圓礫層，盾構隧道穿越地層比例見圖1，區間受潛水影響，水位埋深在11.5～13.0 m。百—化區間隧道設計采用盾構法施工，隧道管片外徑6.0 m，內徑5.4 m，環寬1.2 m。

圖1 隧道穿越地層統計

百—化區間所處地段在20世紀50年代開始陸續建設了許多化工廠及化工配套廠，主要有北京化工廠、北京化工二廠、北京有機化工廠、北京市氧氣廠、普萊克斯實用氣體有限公司、北京化工實驗廠、化學試劑二廠、北京化工機械廠、北京第二制藥廠、北京煤炭機械廠等。具體分布位置如圖2所示。隨著北京市城市建設和經濟的發展，以及對環境治理要求的日益提高，為徹底改變北京綜合環境質量，遵照北京市的總體發展規劃，位于四環路內外的工廠要陸續停產外遷。近年許多污染較大的工廠逐漸停產并搬遷出北京。百—化區間地段的化學廠等均已于2007年前后停產搬遷。

圖2 百—化區間所處地段化工廠位置

2 污染地層分析

2.1 土壤污染分析

為查清百—化區間污染土的主要污染物，沿百—化區間共鉆探30個采樣孔，對隧道穿越地層土壤進行了取樣及化驗，化驗結果表明百—化區間隧道穿越的地層土壤污染嚴重，主要污染物為重金屬砷、總石油烴類(C6～C9)、氯乙烯、1，2-二氯乙烷和氯仿，詳細結果見表1。

表1 污染物濃度

2.2 地下水污染分析

通過對地下水監測井取樣分析結果表明，百—化區間淺層地下水明顯受到污染，調查區域內地下水埋深約在11～16 m，地下水系具有一定的連通性，主要污染物為氯乙烯、1，2-二氯乙烷，詳見表2。

表2 地下水污染物濃度

2.3 污染物的危害

百—化區間污染物可以通過接觸和呼吸被人體吸收，刺激皮膚，造成的皮膚損傷，引起肌體各種不良反應，最主要的危害中樞神經系統，造成人員失眠乏力，記憶力不好，認知力減退，神經衰弱等，長期接觸還會誘發肺癌，呼吸道癌，皮膚癌，造成末梢神經傷害，循環器官的傷害和機體免疫機能下降。

3 盾構選型

3.1 盾構類型比選

目前在地鐵工程中應用比較廣泛的是土壓平衡盾構和泥水平衡盾構，敞開式盾構在地鐵工程中應用比較少見，且敞開式盾構明顯不適應百—化區間含水污染地層，因此本節主要討論土壓平衡盾構和泥水平衡盾構的比選。

針對百—化區間污染地層基本情況，結合土壓平衡盾構和泥水平衡盾構特點，對盾構適應性進行比選，詳見表3。

表3 百—化區間盾構類型比選

3.2 盾構選型確定

結合百—化區間地層特點，充分考慮污染土的特性，在綜合比較了安全因素、環境因素和經濟因素的基礎上，確定百—化區間采用泥水平衡盾構施工。采用泥水平衡盾構施工具有以下幾個方面的優勢。

(1)百—化區間穿越地層主要為粉細砂層，泥水平衡盾構適應性更好。

(2)泥水平衡盾構采用封閉的泥漿輸送泵和管道運送渣土，開挖的渣土自盾構開挖艙到地面泥水處理站全程封閉，可以徹底將隧道內污染物隔離，洞內無污染土、污染水和有毒氣體暴露，環境干凈，從根本上解決了污染物對施工人員健康的影響。

(3)泥水平衡盾構施工對地層擾動小，引起地表沉降較小，確保了百—化區間風險工程的安全。

4 結語

污染地層盾構施工，首要是確保施工及周邊人員身體健康不受影響，泥水平衡盾構工法有效規避了施工人員接觸污染物，防止了污染物對人員和環境的影響，應作為污染地層隧道施工方法的首選。

百—化區間選用泥水平衡盾構施工，施工過程中未發生人員中毒現象，所有施工人員在隧道工程完成后體檢均顯示身體健康，工程未對人員的身體健康造成任何影響，盾構選型正確。

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[3] 樂貴平.淺談北京地區地鐵隧道施工用盾構機選型[J].現代隧道技術,2003，40(3):14-30．

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Research on Selection of Shield in Pollution Stratum

Yang Zhiyong1， Jiang Yusheng1， An Hongbin2， Leijun2

(1.School of Mechanics and Civil Engineering， China University of Mining and Technology， Beijing 100083， China; 2.The 2nd Engineering Co.， Ltd. of the 12th Bureau Group of China Railway， Taiyuan 030000， China)

With reference to the engineering of the interval tunnel between Bai Ziwan and Huagong Road in Beijing Metro Line 7 Lot， where the tunnel passes through pollution stratum， this paper analyzes in detail the conditions of soil and groundwater pollutions by means of field sampling and test to built the tunnel safety and healthy in pollution stratum， and studies the selection of shield in pollution Stratum based on full consideration of the characteristic of polluted soil， and such factors relating to stratum， safety， environment and economy. The results show that: slurry balance shield method could effectively protect construction workers from exposing to pollutants， prevent the impact of pollutants on workers and environment. This method should be the first choice for tunnel construction in pollution stratum.

Pollution stratum; Shield selection; Slurry balance shield

2014-01-24；

：2014-02-26

國家科技支撐計劃子課題(2013BAB10B02-4)，鐵道部科技

楊志勇(1980—)，男，博士后，E-mail：yangzy1010@126.com。

1004-2954(2014)11-0113-03

U455.43

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.026

研究開發計劃項目(2010G016-J)