5 广州复合地层与盾构施工(竺维彬).doc

--------------------------校验:_____________--------------------------日期:_____________5广州复合地层与盾构施工(竺维彬)复合地层与盾构施工技术竺维彬鞠世健广州地铁总公司摘要:中国采用盾构法已有45年的历史,但前35年国内只有少数承包商掌握了在均一软土地层中的盾构施工技术。1995年至今,广州地铁业主率先开放盾构工程市场,培育盾构施工队伍。随着大批盾构承包商的成长,随着40台次盾构机在广州和深圳复合地层100多公里的实践,复合地层的概念逐步形成,复合地层中的盾构施工技术也有了突破性的发展。在这种背景下,亲历了100多公里复合地层施工过程的作者,有义务对复合地层的概念做出定义,对复合地层盾构施工技术的进展做出概述,以便与同行一起推动盾构工法在全国隧道施工中更广泛的应用。关键词:均一地层复合地层盾构施工技术盾构法施工与其它传统的地下工程施工工法一样,其终极目标是完成一特色的地下工程,比如一条地下隧道或地下车站,它的不同点在于,盾构法采用了特殊的施工工具盾构机。盾构机是根据施工对象而“度身定做”,正如裁缝要根据具体的人进行“量体裁衣”一样,否则缝制的衣服就不合身。盾构机制造所依据的对象,称之为施工环境,它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。由此可以看出,如果不详细研究施工环境,也就造不出适应性强的盾构机,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,因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。在实践当中,对地质特征的研究往往是一件被忽视的工作。殊不知,几乎没有哪一项盾构施工技术不是与地质特征有关的,尤其是在复合地层中的盾构施工。1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匀性直接影响盾构机的选型、盾构施工工艺的选择等关键性问题。从这个意义上讲,可以宏观地将围岩地层区分为两类,一是均一地层,一是复合地层。)均一地层的概念严格意义的各向同性的均质地层在自然界是不存在的,本文定义的均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上,由一种或若干种地层组成的,但其岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。均一地层有两种情况:①单纯的软土地层:从地质图(图1)中可以看出,地铁隧道穿越了Ⅱ层,主要为粉砂质土和Ⅲ层为粉质粘土。这两种地层的物质组成,其结构和构造都存在着一定的差异,但它们的岩土力学性质以及工程地质和水文地质特征就盾构机的选型和盾构施工而言,差别并不大。根据上述地层特点,南京地铁选用了适应软土地层的盾构机,其刀盘为平面直角型的,只安装刮刀(见图2)。类似的均一地层,还普遍存在于***、天津地铁、北京地铁以及过长江隧道等的施工当中。图1南京A区间某段隧道地质剖面图图2软土盾构机刀盘图3硬岩掘进机刀盘②单纯的硬岩地层。比如:西安~安康铁路秦岭I线隧道。隧道断面范围内以两种岩石为主,一种是混合片麻岩,干抗压强度为78~137MPa,整体性较好,裂隙较少。另一种是混合花岗岩,干抗压强度为122~162MPa,节理较发育,裂隙较多。选用的盾构机(广义)是典型的硬岩掘进机,***全部安装滚刀,无需任何刮刀(见图3)。2)均一地层中盾构工程的主要特点①施工过程中盾构机的模式基本上不需变化。在软土地层中,若采用土压平衡模式,则一般无需变化成开胸模式;在硬岩地层,若采用开胸模式掘进,则一般无需变化成土压平衡模式。通常,在均一地层中的盾构机,在设计和制造时,也没有考虑模式的变化。②盾构机的结构不需在施工过程中进行改变。比如,在软土均一地层中,刀盘采用软土***,在施工过程中根本不需考虑是否会碰到硬岩而增加滚刀的问题。反之亦然。③尽管均一地层中其物性也会有较大变化,但只需在施工工艺上做出调整。均一地层上述两特点说明,在施工过程中盾构机无需或无法做出结构型式上的任何改变,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采取相应的措施。比如:同是在软土地层中施工,当地层是以砂层或砂砾层为主时,以土压平衡盾构机为例,则应适当添加膨润土或聚合物。若地层以粘性土为主时,则需添加适量的泡沫。如此等等,这一类的工艺或施工参数上的调整并不因均一地层而避免。)复合地层的概念图4上软下硬地质剖面示意图 将开挖断面范围内和开挖延伸方向上,由两种或两种以上不同地层组成,且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合地层,定义为复合地层。复合地层的组合方式是非常复杂多样的,但总的来说可分为三大类,一类是在断面垂直方向上不同地层的组合,一类是在水平方向上地层的不同组