1、復(fù)合地層與盾構(gòu)施工技術(shù)竺維彬 鞠世健特別的施工工具盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)是依據(jù)施工對(duì)象“量身定做的，盾構(gòu)機(jī)制造所依據(jù)的對(duì)象，稱之為適應(yīng)性強(qiáng)的盾構(gòu)機(jī)，也就談不上順利地進(jìn)行盾構(gòu)施工。在施工環(huán)境的諸多因素中,基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)特征是最重要的，由于它們其是在復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工。復(fù)合地層的概念在盾構(gòu)施工的過程中,圍巖巖土力學(xué)、基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)等特征的各向均講，可以宏觀地將圍巖地層區(qū)分為兩類：均一地層和復(fù)合地層。1。1 均一地層1。1.1 均一地層的概念（1）單純的軟土地層：從地質(zhì)圖(1）中可以看出，地鐵隧道穿越了構(gòu)機(jī)的選型和盾構(gòu)施工而言，差別并不大.直角型的，只安裝刮刀（2)。類似的均一地層,還普遍存在于上

2、海地鐵、天津地鐵、北京地鐵以及過長(zhǎng)江隧道等的施工當(dāng)中。(2)單純的硬巖地層（如西安安康鐵路秦嶺線隧道。隧道斷面范圍內(nèi)以122162Mpa，節(jié)理較發(fā)育， 裂隙較多。選用的盾構(gòu)機(jī)是典型的硬巖掘進(jìn)機(jī),刀具全部安裝滾刀，無(wú)需任何刮刀（見3。1。1.2均一地層中盾構(gòu)工程的主要特點(diǎn)施工過程中盾構(gòu)機(jī)的模式基本上不需要變化.在軟土地層中,若采納土壓無(wú)需變化成土壓模式。通常，在均一地層中的盾構(gòu)機(jī)，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，一般不考慮模式的變化.盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)不需愛施工過程中進(jìn)行改變。比如，在軟土均一地層中，刀盤采納軟土刀具,在施工過程中不需考慮是否會(huì)碰到硬巖而增加滾刀的問題。(3）盡管均一地層中其物性也會(huì)有較大的變化，但只

3、需在施工工藝上作出調(diào)但是,正如前面提到的，均一地層并不是絕對(duì)的均質(zhì)地層，這樣，在地層特性改變之后,必需在施工工藝或施工參數(shù)上實(shí)行相應(yīng)的措施 .比如:同是在軟土地層中膨潤(rùn)土或聚合物。若地層以粘性土為主時(shí),則需添加適量的泡沫。如此等等，這一類工藝或施工參數(shù)上的調(diào)整并不因均一地層就可避開。復(fù)合地層復(fù)合地層的概念復(fù)合地層.類是上述兩者兼而有之。（1）復(fù)合地層在垂直方向上的變化.最典型的垂直方向上的復(fù)合地層就是所謂“上軟下硬”地層.即隧道斷面上部是第四系的松軟土層，而下部是堅(jiān)硬的巖或軟巖層夾硬巖層等等（4。（2)復(fù)合地層在水平方向上的變化.在一施工段當(dāng)中,可能分布著不同時(shí)代、不同巖性或不同風(fēng)化程度,從而

4、表現(xiàn)出不同巖土性質(zhì)的地層.比如廣州地鐵五號(hào)線草陶區(qū)間的地層（5).30MPa;花崗巖和石炭系石灰?guī)r是硬巖，單軸抗壓強(qiáng)度一般會(huì)60UPa。（3)在水平方向和垂直方向兩者兼而有之的更為復(fù)雜的變化。復(fù)合地層盾構(gòu)施工的主要特點(diǎn)地層施工時(shí),（包括風(fēng)化程度不一）巖石地層施工時(shí)則可采納半開胸式（欠土壓平衡模式或開胸模式；在以砂層或以砂層為主的“上軟下硬”地層中采納土壓平衡模式施工時(shí)，構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)換盾構(gòu)機(jī)模式，是在復(fù)合地層中施工的一大特點(diǎn)。滾刀破巖模式，采納的刀盤開口率會(huì)較小；當(dāng)掘進(jìn)在軟巖或軟土地段時(shí) ,通常都要將部分或全部滾刀換成適應(yīng)軟巖或軟土的刮刀，此時(shí)的開口率也相應(yīng)增大。（3)（比如破巖機(jī)、超前鉆機(jī)）的不同；

5、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的不同等等。是由于盾構(gòu)機(jī)本身的設(shè)計(jì)功能的局限性造成的,而這種局限性在目前的技術(shù)進(jìn)展強(qiáng)度最大為 3045MPa，但有時(shí)在這些區(qū)間會(huì)碰到幾十米或幾百米長(zhǎng)的堅(jiān)硬的花崗巖，或花崗巖的球狀風(fēng)化體，其強(qiáng)度一般達(dá)到 80MPa 以上，甚至?xí)^120MPa。在這種條件下，以軟巖為主設(shè)計(jì)的刀盤和刀具，顯然不能適應(yīng)硬巖的是一種比較好的輔助選擇.復(fù)合地層的分類及其對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)的影響復(fù)合地層的組合是極其復(fù)雜的,僅以在廣州、深圳地區(qū)常見的幾種形式說明其對(duì)盾構(gòu)施工的影響。2。1以第四系淤泥質(zhì)土層（工程地層編號(hào)為2)或易液化的粉細(xì)砂層為主與其它松散地層的組合廣州地鐵一號(hào)線黃沙80m 地段，盾構(gòu)機(jī)全斷面通過

6、2地層（見圖 6100mm。2。1。1 在類似地層的盾構(gòu)施工過程中應(yīng)密切注意和預(yù)防的主要問題有:（1)建筑物和構(gòu)筑物的沉降.隧道斷面上部為2地層時(shí)，應(yīng)注意土倉(cāng)中土（水）壓平衡的問題，由于2地層大部分呈軟塑或流塑狀態(tài),有些還具有液化直接關(guān)系到地面及其建筑物是否發(fā)生沉降的問題。沉降，位移或變形。2。2以第四系砂層（工程地層編號(hào)為）為主與風(fēng)化巖層的組合成的,其特點(diǎn)是在河床及河漫灘內(nèi)十分發(fā)育，其形態(tài)多呈透鏡狀，有些地段厚度層。以隧道上部斷面或隧道上方為3砂層的問題為例，這類圍巖情況在廣州較多的問題.典型的例子是廣地鐵一號(hào)線盾構(gòu)施工在長(zhǎng)壽路中山七路區(qū)間橫通道地段時(shí),失很快，造成了較大的地面沉降，使三幢三

7、層樓塌方（7、8）.同樣的問題也出現(xiàn)在三號(hào)線的大塘瀝浮區(qū)間（9。(工程地質(zhì)編號(hào)為)為主與其它地層的組合盾構(gòu)施工可能造成嚴(yán)峻影響的有二種類型即殘積粘土層和殘積砂質(zhì)或砂礫質(zhì)粘性土。殘積粘土層層。廣州地鐵二號(hào)線海珠廣場(chǎng)站-市二宮區(qū)間采納的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的刀盤（見10）,41 把滾刀.而地層是白堊系上統(tǒng)三水組東湖段的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖.工程地層為殘積粘性土層5，全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化6和和7地層為主的組合,盾構(gòu)在此類地層中施工時(shí)特別重要的是刀具的選擇。舉例如下：。1 刀具嚴(yán)峻偏磨深圳地鐵一號(hào)線某工地，其地質(zhì)斷面示意圖(見圖 13）.l0m 25把滾刀損壞（14。（15。說明當(dāng)時(shí)由于滾刀不轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磨擦將動(dòng)能大量轉(zhuǎn)

8、化為熱能.不設(shè)法防止這種惡性循環(huán),最終會(huì)損壞大軸承密封而停機(jī)。事實(shí)上，廣州地鐵三號(hào)線天華區(qū)間也碰到了類似的問題,從盾構(gòu)機(jī)密封倉(cāng)滲出的滴水，居然能燙傷問題在廣州地鐵三號(hào)線是較常見的。2.4。2工作面穩(wěn)定性問題布情況，依據(jù)不同的巖性進(jìn)行具體的分析，否則就會(huì)出現(xiàn)預(yù)想不到的事故。深圳地鐵一號(hào)線某盾構(gòu)段的一個(gè)剖面示意圖16。,但僅用一些木條做了簡(jiǎn)單的支撐。在清倉(cāng)換刀的過程中,剩最后的幾把刀更換時(shí)，前方掌子面突然塌方,造 類似的問題常?？梢?。 關(guān)于花崗巖中的球狀風(fēng)化問題(17）5、6和7地層中一種較常見的地質(zhì)現(xiàn)象，這在廣州地鐵三號(hào)線的天華區(qū)間、大石番禺廣場(chǎng)區(qū)段和深圳一號(hào)線盾構(gòu)105。0m左右，且是包裹在軟

9、的57號(hào)地層中間，事前對(duì)其存在的可能性及確切的位置較難預(yù)測(cè),所以在施工過程中尤其要引起注意。碰到的主要問以在短時(shí)間內(nèi)換刀,但未換完前，圍巖一下子又失穩(wěn)了；三是突然從軟地層中碰到堅(jiān)硬的花崗巖球狀體時(shí)，容易卡住刀盤，甚至造成刀盤變形（見圖18兩種情況，必須在地層加固或氣壓下進(jìn)倉(cāng)換刀。和9地層的巖石地層為主在水平方向上的組合與前面討論的一樣，由于圍巖不同,雖然都是中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層，其特性砂巖中通過,2044Mpa80m 的范圍內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)損壞了 58的滾刀，51的刮刀。地鐵三號(hào)線天華區(qū)間在中微風(fēng)化花崗巖掘 不得不停機(jī)換刀。復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)的突破性進(jìn)展(廣州、深圳)，在復(fù)合地層類型繁多并 100

10、多公里的摸利施工的關(guān)鍵。在統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過艱難困苦的實(shí)踐，施工技術(shù)有了突破性進(jìn)展,概述如下:3。1確定了什么類型的復(fù)合地層，選擇什么樣盾構(gòu)機(jī)的模式 上許多著名盾構(gòu)廠家的盾構(gòu)機(jī),諸如海瑞克、維爾特、三菱、川崎、住友等.因此什么樣的復(fù)合地層,施工多長(zhǎng)距離，選擇什么結(jié)構(gòu)類型、功能類型、包括配備什么樣刀盤、刀具及其數(shù)量等,已建立了選型模式。3.2 等一系列概念提出了一系列被證實(shí)有效的對(duì)策,比如說，什么樣的復(fù)合地層，什么樣的工許多我國(guó)盾構(gòu)施工的新紀(jì)錄.（1）36m562m 的紀(jì)錄。312m 珠江紀(jì)錄。（3）22 318m 珠江的紀(jì)錄. (4）837m巖石地層掘進(jìn)不換刀的紀(jì)錄等等。3。3 首次建立和提出了復(fù)合地層地表及建筑物的沉降規(guī)律，通過廣州地鐵一號(hào)線的實(shí)踐，提出了地表及建筑物的沉降規(guī)律,并