污染地層盾構(gòu)選型研究

楊志勇， 江玉生， 安宏斌， 雷軍

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

污染地層盾構(gòu)選型研究

楊志勇1， 江玉生1， 安宏斌2， 雷軍2

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

以北京地鐵7號線08標(biāo)百子灣站—化工路站區(qū)間為工程背景，針對該區(qū)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(xiàn)場取樣及化驗對土壤及地下水污染情況進(jìn)行詳細(xì)分析，在充分考慮污染土的特性和地層因素、安全因素、環(huán)境因素及經(jīng)濟(jì)因素的基礎(chǔ)上，對污染地層盾構(gòu)選型進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：泥水平衡盾構(gòu)工法有效規(guī)避了施工人員接觸污染物，防止了污染物對人員和環(huán)境的影響，應(yīng)作為污染地層隧道施工方法的首選。

污染地層；盾構(gòu)選型；泥水平衡盾構(gòu)

盾構(gòu)工法以其快速、安全、高效等優(yōu)點已經(jīng)成為城市地鐵區(qū)間隧道工程的主要工法[1-4]，隨著我國城市地鐵建設(shè)的大發(fā)展，地鐵建設(shè)環(huán)境越來越復(fù)雜[5-6]，部分地鐵隧道將穿越污染較大的工廠生產(chǎn)區(qū)域，這些區(qū)域地層污染嚴(yán)重，給地鐵建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

以北京地鐵7號線08標(biāo)百子灣站—化工路站區(qū)間(簡稱：百—化區(qū)間)為工程背景，針對該區(qū)間隧道穿越嚴(yán)重污染地層盾構(gòu)選型問題進(jìn)行研究，研究結(jié)果具有較強(qiáng)的工程實用價值，且可為今后國內(nèi)外污染地層盾構(gòu)選型提供借鑒。

1 工程簡介

百—化區(qū)間隧道埋深8.4～10.0 m，隧道穿越地層主要為粉細(xì)砂層，局部為粉土層、粉質(zhì)黏土層、中粗砂層、圓礫層，盾構(gòu)隧道穿越地層比例見圖1，區(qū)間受潛水影響，水位埋深在11.5～13.0 m。百—化區(qū)間隧道設(shè)計采用盾構(gòu)法施工，隧道管片外徑6.0 m，內(nèi)徑5.4 m，環(huán)寬1.2 m。

圖1 隧道穿越地層統(tǒng)計

百—化區(qū)間所處地段在20世紀(jì)50年代開始陸續(xù)建設(shè)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(jī)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(xué)試劑二廠、北京化工機(jī)械廠、北京第二制藥廠、北京煤炭機(jī)械廠等。具體分布位置如圖2所示。隨著北京市城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及對環(huán)境治理要求的日益提高，為徹底改變北京綜合環(huán)境質(zhì)量，遵照北京市的總體發(fā)展規(guī)劃，位于四環(huán)路內(nèi)外的工廠要陸續(xù)停產(chǎn)外遷。近年許多污染較大的工廠逐漸停產(chǎn)并搬遷出北京。百—化區(qū)間地段的化學(xué)廠等均已于2007年前后停產(chǎn)搬遷。

圖2 百—化區(qū)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(qū)間污染土的主要污染物，沿百—化區(qū)間共鉆探30個采樣孔，對隧道穿越地層土壤進(jìn)行了取樣及化驗，化驗結(jié)果表明百—化區(qū)間隧道穿越的地層土壤污染嚴(yán)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(xì)結(jié)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(jiān)測井取樣分析結(jié)果表明，百—化區(qū)間淺層地下水明顯受到污染，調(diào)查區(qū)域內(nèi)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(qū)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(yīng)，最主要的危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成人員失眠乏力，記憶力不好，認(rèn)知力減退，神經(jīng)衰弱等，長期接觸還會誘發(fā)肺癌，呼吸道癌，皮膚癌，造成末梢神經(jīng)傷害，循環(huán)器官的傷害和機(jī)體免疫機(jī)能下降。

3 盾構(gòu)選型

3.1 盾構(gòu)類型比選

目前在地鐵工程中應(yīng)用比較廣泛的是土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)，敞開式盾構(gòu)在地鐵工程中應(yīng)用比較少見，且敞開式盾構(gòu)明顯不適應(yīng)百—化區(qū)間含水污染地層，因此本節(jié)主要討論土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)的比選。

針對百—化區(qū)間污染地層基本情況，結(jié)合土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)特點，對盾構(gòu)適應(yīng)性進(jìn)行比選，詳見表3。

表3 百—化區(qū)間盾構(gòu)類型比選

3.2 盾構(gòu)選型確定

結(jié)合百—化區(qū)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(huán)境因素和經(jīng)濟(jì)因素的基礎(chǔ)上，確定百—化區(qū)間采用泥水平衡盾構(gòu)施工。采用泥水平衡盾構(gòu)施工具有以下幾個方面的優(yōu)勢。

(1)百—化區(qū)間穿越地層主要為粉細(xì)砂層，泥水平衡盾構(gòu)適應(yīng)性更好。

(2)泥水平衡盾構(gòu)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(gòu)開挖艙到地面泥水處理站全程封閉，可以徹底將隧道內(nèi)污染物隔離，洞內(nèi)無污染土、污染水和有毒氣體暴露，環(huán)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(gòu)施工對地層擾動小，引起地表沉降較小，確保了百—化區(qū)間風(fēng)險工程的安全。

4 結(jié)語

污染地層盾構(gòu)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(gòu)工法有效規(guī)避了施工人員接觸污染物，防止了污染物對人員和環(huán)境的影響，應(yīng)作為污染地層隧道施工方法的首選。

百—化區(qū)間選用泥水平衡盾構(gòu)施工，施工過程中未發(fā)生人員中毒現(xiàn)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(gòu)選型正確。

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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(fā)計劃項目(2010G016-J)