余世超
中铁广州工程局集团有限公司，广州南沙 511458
摘要：广州市轨道交通十四号线支线 3 标，不良地质区间，盾构隧道的施工要求及质量标准。
关键词：不良地质；盾构隧道；施工工艺；施工标准
1前言
在新一轮的经济增长的带动下，国内各个城市为推动城市化的建设大力进行轨道交通的建设。而地铁施工的首选越来越多的项目采用盾构法进行施工，为出于安全性与可靠性的考虑，非常需要归纳总结盾构在不良地质条件下施工技术，进行系统和全面的分析，以备后续建设项目借鉴，本文通过广州市轨道交通十四号线支线 3 标中两盾构区间（康大站～旺村盾构区间、旺村站～知识城南站盾构区间）不良地质下的盾构施工技术总结，以起到抱砖引玉的效果。
2工程概况
1）广州市轨道交通十四号线支线 3 标线路长 3.5km，包括两站（康大站、旺村站）两盾构区间（康大站～旺村盾构区间、旺村站～知识城南站盾构区间），其中：⑴盾构区间: 康大站～旺村盾构区间，长约 1980/1978m（左线/右线），设 3 座联络通道；⑵盾构区间: 旺村站～知识城南站盾构区间，长约 983/987m（左线/右线），设一座联络通道；隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道，管片直径为 6m，长度 1.5m，壁厚为 0.3m。
2）区间主要技术标准
⑴区间隧道保证结构具有足够的强度和耐久性，主体结构设计使用年限为 100 年。⑵施工引起的地面沉降和隆起均应控制在环境条件允许的范围以内。地面沉降量一般宜控制在 30mm 以内，隆起量控制在 10mm 以内；⑶钢筋混凝土管片的最大裂缝宽度允许值 0.2mm。⑷区间隧道防水等级为二级，不允许漏水，结构表面可有少量湿渍。总湿渍面积不应大于总防水面积的 2‰；任意 100m2 防水面积上的湿渍不超过 3 处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2；平均渗水量不大于 0.05L/（m2·d）；任意 100m2 防水面积上的渗水量不大于 0.15L/（m2·d）。
3）地质条件
康旺区间穿越主要地质层自上而下为：①填土、②软土、③风化岩和残积土、4-3 硬塑?坚塑状粉质粘土、<5H-1>可塑状砂质粘性土、砾质粘性土、<5H-2>硬塑?坚硬状残 积砂质粘性土、烁质粘性土、<6H>花岗岩全风化、<7H>花岗岩强风化。盾构始发土层位于 <5H-1>可塑状砂质粘性土、砾质粘性土、<5H-2>硬塑?坚硬状残积砂质粘性土、砾质粘性土。
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始发井地质层状图
4）水文概况
区间内第四系孔隙水含水层主要有系砂层<3-1>、中粗砂层<3-2>、砾砂层<3-3>，属中等～强透水层。若砂层埋藏较浅时，砂层孔隙水为潜水，上覆粘性土时，埋深较大时，为弱承压水，砂层呈透镜体分布，水量不大。盾构始发位于隔水层坡积土层<4-3>和残积粘性土<5H-1>、<5H-2>。
5）区间内采用中铁装备生产的土压平衡盾构机进行施工。盾构机外径为6250mm，盾体总长 7580mm，盾构总重412.6t。
3康-旺盾构区间穿越遇水易软化崩解的全风化花岗岩施工技术
本区间隧道主要沿九龙大道下方敷设，线路主要穿越全风化和强风化花岗岩以及砾质 粘性土层，局部穿越粉质粘土、砂层和微风化花岗岩层。区间内全风化和强风化花岗岩，均具有 遇水软化崩解的特性。盾构施工时泥质类的胶结物易使盾构土体产生胶结，刀盘宜结泥饼， 致使刀盘变形或刀口扭曲变形、折断。
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康-旺盾构区间左线地质纵断面图
在通过此段区间时盾构机必须进行以下技术措施，才能保证区间内盾构机的安全及区间内隧道的质量:
⑴采取土压平衡工况掘进，调整盾构姿态，使姿态控制在±30mm内，及时调整土 仓压力，使土仓压力与理论土压在±0.1Bar内，确保土压平衡，区间内地下水较发育。盾构机穿越裂隙发育的强风化岩层时，或者当隧道埋深较大由于局部基岩裂隙水具承压性时,容易产生涌水\突水现象,掘进过程中向土仓内注入膨润土（聚合物）或泡沫，防止螺旋 输送机堵塞和水涌入隧道。
⑵在拼装管片时，根据拼装点位，局部收缩油缸,切勿全部收回，防止盾构后退，影响工作面的土体稳定。
⑶连续掘进，对地表和建筑物连续监测，并及时注浆充填管片与地层之间的环形间隙，防止土体塑性区的扩大，控制地表沉陷。
⑷隧道穿越强风化岩层，岩体破碎或半岩半土状，易形成洞顶坍塌。施工过程中保持 土压平衡，减慢刀盘转速，以减小对土体的扰动，同时应保证同步注浆，注浆量为理论值 的1.5?2.0倍，平稳连续通过。
4康-旺盾构区间穿越孤石区域的施工技术
本标段共有3个钻孔揭露了“孤石”。其中旺村-康大区间2个，其中MZSZ3-WK-25A号在残积土中揭露强风化孤石，顶层埋深11.60m (标高27.63m)，位于 隧道洞顶位置；MZSZ3-ZK-120号孔揭露中等风化孤石，层深32.70m (标高14.78m)，埋 藏较深，对隧道无影响。由于孤石的影响，盾构施工过程中出现刀具磨损严重、刀座变形、刀盘变形，刀盘堵 塞，盾构负载加大导致盾构转向，偏离隧道轴线等风险，且孤石通常较难探测，对盾构施 工存在较大影响，必须对孤石进行处理。
盾构机掘进遇大块孤石时会产生三种形式，第一种形 式盾构推着孤石进行前行，该种方式导致盾构难以行进，挤密前方土体后会形成地面隆起，盾构的姿态难以控制。第二种形式是盾构推行孤石侧滑移，并将孤石推出盾构掘进范围以外。第三种形式是盾构推移大块孤石翻转移动，对盾构影响相当大。盾构推行影响如下图 所示。
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盾构推行影响图
在通过存在孤石区间时盾构机必须进行以下技术措施，才能保证区间内盾构机的安全及区间内隧道的质量。
对于尺寸较大孤石，自地面采用预先先钻孔放置炸药爆破的方式破碎后盾构直接通过; 对于中小尺寸孤石，盾构通过时孤石易随刀盘转动，宜采用地面袖阀管注浆方式固结孤石 后，掘进通过。盾构区间孤石处理如下图所示。
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区间孤石处理设计图
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5 康-旺盾构区间穿越上软下硬地层施工技术施工技术
本区间地质存在上软下硬地层，盾构机在载掘进过程中，常常出现以下的问题影响施工安全及质量：（1）出土量过多，容易引起地面较大的沉降；（2）盾构机姿态较难控制，容易造成隧道轴线偏移；（3）容易产生管片的开裂、崩角、渗漏水等质量问题；（4）刀具磨损严重，往往需要压气换刀。
为了防止以上问题的发生，在康-旺盾构区间穿越上软下硬地层采用以下的施工技术，保证了施工的质量及安全：
1）用土压平衡模式掘进，控制上部软覆土层的沉降，必要时注泡沫或泥浆对碴土改良。掘进过程中要严格控制每环的出土量，同时必须保证砂浆的注入量。在出土量正常的 情况下，如果出现同步注浆的砂浆进入土仓中而不能保证注浆量的情况时，就及时通过脱 出盾尾的管片的吊装孔进行补充注浆，保证注浆量，确保开挖面与管片之间的间隙能及时 得到填充，避免地面沉降及管片产生开裂、崩角、渗漏水等质量问题。
深孔注浆
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深孔注浆布置图
2）加强盾构机推进线路和姿态控制。施工过程中密切注意测量数据，根据测量数据所反映的情况及时调整各组千斤顶的推 力及刀盘转速等掘进参数，确保盾构机姿态在事前制定的控制范围内变化。同时，施工中可采取正反向转动刀盘、使用稳定器等措施对盾体的滚转进行控制。
3）盾构在软硬不均匀地层中掘进时，容易对刀具造成较大的磨损，刀具应采用合金刀具和加设耐磨焊条以加长换刀距离，同时必须做好刀具的检查和更换工作，确保盾构机的掘进效率，控制地层沉降。根据实际调节推力，减小刀具在岩层交界面碰撞强度，降低刀盘转速，防止软硬界面处刀具的崩裂。
4）加强施工监测，实施信息化施工。地面构筑物及地下管线、地面沉降监测成果是确定盾构机掘进参数的重要依据，为保证盾构机正常掘进和地面建筑物及地下管线的安全，信息化施工是重要手段，因此，盾构掘进中，一定要加强施工监测，及时反馈，为掘进参 数的设定及辅助措施的实行提供重要的依据。
5）做好地面加固处理，特别在建筑物基础范围，必须严格按照要求施工。
6 康-旺盾构区间穿越硬岩段施工技术
区间在里程支YDK57+300?支YDK57+385段，隧道洞身范围内为 微风化花岗岩地层。盾构由土层进入该硬岩段时，掌子面为上软下硬地层，易造成盾构出土不均，刀盘磨损，盾构机抬头等施工风险，导致地面发生较大沉降。另外，本区间全断面硬岩段长达85m (左线100m)，盾构在此地段掘进，刀具磨损大，掘进速度慢。针对本区域内岩样的特性，采取以下技术措施：自地面采用预先钻孔注浆。所处理部位为上软下硬段的下部硬岩，以便形成全断面硬 岩段岩层强度较高区域；在盾构穿越前进行一次换刀，硬岩掘进中根据掘进中的刀具损失情况进行更换刀具。在硬岩掘完成后，及时进行更换刀具进行正常区的间的掘进。
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硬岩处理平面图
康-旺盾构区间硬岩段处理设计图（一）
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康-旺盾构区间硬岩段处理设计图（三）
7 结束语
盾构隧道在不良地质区间盾构机掘进施工要以预防为主，综合考虑在不同的地址条件下的施工技术措施，才能有备无患。本标段通过以上技术处理，顺利完成了两大区间的盾构施工，安质保量提前实现了业主的总工期要求，各种不同条件下方案的顺利实施为同类型地质条件下的盾构施工提供了宝贵的施工经验。
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