复合地层中盾构施工技术

1、复合地层与盾构施工技术竺维彬 鞠世健特别的施工工具盾构机。盾构机是依据施工对象“量身定做的，盾构机制造所依据的对象，称之为适应性强的盾构机，也就谈不上顺利地进行盾构施工。在施工环境的诸多因素中,基础地质和工程地质特征是最重要的，由于它们其是在复合地层中的盾构施工。复合地层的概念在盾构施工的过程中,围岩岩土力学、基础地质和工程地质等特征的各向均讲，可以宏观地将围岩地层区分为两类：均一地层和复合地层。1。1 均一地层1。1.1 均一地层的概念（1）单纯的软土地层：从地质图(1）中可以看出，地铁隧道穿越了构机的选型和盾构施工而言，差别并不大.直角型的，只安装刮刀（2)。类似的均一地层,还普遍存在于上

2、海地铁、天津地铁、北京地铁以及过长江隧道等的施工当中。(2)单纯的硬岩地层（如西安安康铁路秦岭线隧道。隧道断面范围内以122162Mpa，节理较发育， 裂隙较多。选用的盾构机是典型的硬岩掘进机,刀具全部安装滚刀，无需任何刮刀（见3。1。1.2均一地层中盾构工程的主要特点施工过程中盾构机的模式基本上不需要变化.在软土地层中,若采纳土压无需变化成土压模式。通常，在均一地层中的盾构机，在设计和制造时，一般不考虑模式的变化.盾构机的结构不需爱施工过程中进行改变。比如，在软土均一地层中，刀盘采纳软土刀具,在施工过程中不需考虑是否会碰到硬岩而增加滚刀的问题。(3）尽管均一地层中其物性也会有较大的变化，但只

3、需在施工工艺上作出调但是,正如前面提到的，均一地层并不是绝对的均质地层，这样，在地层特性改变之后,必需在施工工艺或施工参数上实行相应的措施 .比如:同是在软土地层中膨润土或聚合物。若地层以粘性土为主时,则需添加适量的泡沫。如此等等，这一类工艺或施工参数上的调整并不因均一地层就可避开。复合地层复合地层的概念复合地层.类是上述两者兼而有之。（1）复合地层在垂直方向上的变化.最典型的垂直方向上的复合地层就是所谓“上软下硬”地层.即隧道断面上部是第四系的松软土层，而下部是坚硬的岩或软岩层夹硬岩层等等（4。（2)复合地层在水平方向上的变化.在一施工段当中,可能分布着不同时代、不同岩性或不同风化程度,从而

4、表现出不同岩土性质的地层.比如广州地铁五号线草陶区间的地层（5).30MPa;花岗岩和石炭系石灰岩是硬岩，单轴抗压强度一般会60UPa。（3)在水平方向和垂直方向两者兼而有之的更为复杂的变化。复合地层盾构施工的主要特点地层施工时,（包括风化程度不一）岩石地层施工时则可采纳半开胸式（欠土压平衡模式或开胸模式；在以砂层或以砂层为主的“上软下硬”地层中采纳土压平衡模式施工时，构来转换盾构机模式，是在复合地层中施工的一大特点。滚刀破岩模式，采纳的刀盘开口率会较小；当掘进在软岩或软土地段时 ,通常都要将部分或全部滚刀换成适应软岩或软土的刮刀，此时的开口率也相应增大。（3)（比如破岩机、超前钻机）的不同；

5、盾构机姿态控制的不同等等。是由于盾构机本身的设计功能的局限性造成的,而这种局限性在目前的技术进展强度最大为 3045MPa，但有时在这些区间会碰到几十米或几百米长的坚硬的花岗岩，或花岗岩的球状风化体，其强度一般达到 80MPa 以上，甚至会超过120MPa。在这种条件下，以软岩为主设计的刀盘和刀具，显然不能适应硬岩的是一种比较好的辅助选择.复合地层的分类及其对盾构施工技术的影响复合地层的组合是极其复杂的,仅以在广州、深圳地区常见的几种形式说明其对盾构施工的影响。2。1以第四系淤泥质土层（工程地层编号为2)或易液化的粉细砂层为主与其它松散地层的组合广州地铁一号线黄沙80m 地段，盾构机全断面通过

6、2地层（见图 6100mm。2。1。1 在类似地层的盾构施工过程中应密切注意和预防的主要问题有:（1)建筑物和构筑物的沉降.隧道断面上部为2地层时，应注意土仓中土（水）压平衡的问题，由于2地层大部分呈软塑或流塑状态,有些还具有液化直接关系到地面及其建筑物是否发生沉降的问题。沉降，位移或变形。2。2以第四系砂层（工程地层编号为）为主与风化岩层的组合成的,其特点是在河床及河漫滩内十分发育，其形态多呈透镜状，有些地段厚度层。以隧道上部断面或隧道上方为3砂层的问题为例，这类围岩情况在广州较多的问题.典型的例子是广地铁一号线盾构施工在长寿路中山七路区间横通道地段时,失很快，造成了较大的地面沉降，使三幢三

7、层楼塌方（7、8）.同样的问题也出现在三号线的大塘沥浮区间（9。(工程地质编号为)为主与其它地层的组合盾构施工可能造成严峻影响的有二种类型即残积粘土层和残积砂质或砂砾质粘性土。残积粘土层层。广州地铁二号线海珠广场站-市二宫区间采纳的土压平衡盾构机的刀盘（见10）,41 把滚刀.而地层是白垩系上统三水组东湖段的泥岩和粉砂质泥岩.工程地层为残积粘性土层5，全风化和强风化6和和7地层为主的组合,盾构在此类地层中施工时特别重要的是刀具的选择。举例如下：。1 刀具严峻偏磨深圳地铁一号线某工地，其地质断面示意图(见图 13）.l0m 25把滚刀损坏（14。（15。说明当时由于滚刀不转产生的磨擦将动能大量转

8、化为热能.不设法防止这种恶性循环,最终会损坏大轴承密封而停机。事实上，广州地铁三号线天华区间也碰到了类似的问题,从盾构机密封仓渗出的滴水，居然能烫伤问题在广州地铁三号线是较常见的。2.4。2工作面稳定性问题布情况，依据不同的岩性进行具体的分析，否则就会出现预想不到的事故。深圳地铁一号线某盾构段的一个剖面示意图16。,但仅用一些木条做了简单的支撑。在清仓换刀的过程中,剩最后的几把刀更换时，前方掌子面突然塌方,造 类似的问题常常可见。 关于花岗岩中的球状风化问题(17）5、6和7地层中一种较常见的地质现象，这在广州地铁三号线的天华区间、大石番禺广场区段和深圳一号线盾构105。0m左右，且是包裹在软

9、的57号地层中间，事前对其存在的可能性及确切的位置较难预测,所以在施工过程中尤其要引起注意。碰到的主要问以在短时间内换刀,但未换完前，围岩一下子又失稳了；三是突然从软地层中碰到坚硬的花岗岩球状体时，容易卡住刀盘，甚至造成刀盘变形（见图18两种情况，必须在地层加固或气压下进仓换刀。和9地层的岩石地层为主在水平方向上的组合与前面讨论的一样，由于围岩不同,虽然都是中风化和微风化岩层，其特性砂岩中通过,2044Mpa80m 的范围内，盾构机损坏了 58的滚刀，51的刮刀。地铁三号线天华区间在中微风化花岗岩掘 不得不停机换刀。复合地层盾构施工技术的突破性进展(广州、深圳)，在复合地层类型繁多并 100

10、多公里的摸利施工的关键。在统一认识的基础上,经过艰难困苦的实践，施工技术有了突破性进展,概述如下:3。1确定了什么类型的复合地层，选择什么样盾构机的模式 上许多著名盾构厂家的盾构机,诸如海瑞克、维尔特、三菱、川崎、住友等.因此什么样的复合地层,施工多长距离，选择什么结构类型、功能类型、包括配备什么样刀盘、刀具及其数量等,已建立了选型模式。3.2 等一系列概念提出了一系列被证实有效的对策,比如说，什么样的复合地层，什么样的工许多我国盾构施工的新纪录.（1）36m562m 的纪录。312m 珠江纪录。（3）22 318m 珠江的纪录. (4）837m岩石地层掘进不换刀的纪录等等。3。3 首次建立和提出了复合地层地表及建筑物的沉降规律，通过广州地铁一号线的实践，提出了地表及建筑物的沉降规律,并