中國城市盾構(gòu)地層及刀盤配置.doc

中國城市盾構(gòu)地層及刀盤配置在新一輪的隧道及地下工程建設(shè)中，盾構(gòu)法將發(fā)揮更重要的作用，但同時也面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)，中國應(yīng)用盾構(gòu)的特點可以歸納為以下幾個方面：1. 地質(zhì)條件多樣化我國隧道及地下工程建設(shè)地域分布十分廣泛，地質(zhì)條件差異打，東有以上海、杭州等地區(qū)為代表的軟土地層；南有以廣州、深圳為代表的軟硬不均復(fù)合地層；北有以北京地區(qū)為代表的典型沙卵石地層；西有以成都為代表的富水砂卵石地層。加之我國東北哈爾濱地區(qū)等地的凍土、云南昆明面臨的泥炭質(zhì)土，中部地區(qū)如西安、蘭州等地的老黃土，武漢、南京等地越江地鐵中的高磨耗卵礫石地層，重慶、青島等地面臨的高硬度巖層等。目前，盾構(gòu)施工中還有很多的問題沒有有效解決，例如，軟土地層隧道施工的穩(wěn)定性問題，隧道結(jié)構(gòu)的振陷問題，砂卵石、卵礫石等地層面臨的高磨耗問題，大粒徑漂石、孤石的通過問題，以及老黃土地層導(dǎo)致的遇水塌陷、地裂縫等，既是未來有待解決的典型問題，也是我國盾構(gòu)隧道修建技術(shù)的研究方向。同時，當穿越高強度地層、完好堅硬巖石時，盾構(gòu)法技術(shù)受到了極大的挑戰(zhàn)，如何考慮TBM法、鉆爆法等與盾構(gòu)法相結(jié)合，甚至多工法的有機融合，是未來建設(shè)中需要面對的普遍問題。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，我國的地層磨損性共分4個區(qū)，即極易磨損區(qū)、易磨損區(qū)、中等磨損區(qū)和低磨損區(qū)。（1） 極易磨損區(qū)將砂卵石含量很高、上軟下硬、極硬巖和花崗巖球狀風化體巖層等復(fù)雜地層劃分為極易磨損區(qū)。極易磨損區(qū)土體物理力學(xué)參數(shù)特征：卵石含量高于50%、內(nèi)摩擦角大于或等于35度、石英含量很高；地層中孤石粒徑大、強度高、分不多；基巖巖石飽和單軸抗壓極限強度大于150MP.極易磨損區(qū)常發(fā)生的刀具失效類型有滾刀裂縫、刀圈斷裂，切刀和周邊刮刀磨損、脫落和崩斷，貝殼刀磨損等。盾構(gòu)選型方面，應(yīng)配置滾刀、切刀、周邊刮刀和超前刀，并增大刀盤開口率，允許破碎后的卵石通過刀盤面，以降低刀具磨損。極易磨損區(qū)的城市分布、地層情況及建議配置刀具類型見表極易磨損區(qū)城市分布、地層情況及配置刀具地層城市建議刀具配置砂卵石地層北京 廣州 成都滾刀+切刀+周邊刮刀+超前刀上軟下硬地層廣州、深圳極硬巖地層廣州、深圳花崗巖球狀風化體巖層深圳（2） 易磨損區(qū)易磨損區(qū)特點包括：礫石、圓礫石廣泛分布，卵石含量低于50%，內(nèi)摩擦角30-50度，石英含量高，地層中含孤石，基巖巖石飽和單軸抗壓極限強度較大（大于或等于100MP）。易磨損區(qū)常發(fā)生的刀具失效類型有滾刀磨損、切刀、周邊刮刀磨損、齒刀磨損和中心刀磨損等。盾構(gòu)選型方面，可適當配置滾刀或切刀，增大刀盤開口率，允許破碎后的卵石通過刀盤面，以降低刀具磨損。易磨損區(qū)的城市分布、地層情況及建議配置刀具類型見表易磨損區(qū)城市分布、地層情況及配置刀具城市地層描述刀具配置建議沈陽粉質(zhì)黏土，中粗砂，礫砂和圓礫地層切刀+周邊刮刀+貝殼刀廈門粉質(zhì)黏土，砂質(zhì)、礫質(zhì)黏性土，下伏微風化基巖巖石飽和單軸抗壓強度最大值接近150MP滾刀+切刀+先行刀+中心刀+周邊刮刀武漢黏性土，細沙，中細砂混礫、卵石。含砂粘土內(nèi)摩擦角最大值30度左右，礫石主要成分為石英、長石，且礫石含量最高。滾刀+切刀+中心刀+周邊刮刀福州黏性土、含碎石黏性土地層，含孤石，中風化基巖巖石飽和單軸抗壓極限強度最大值接近100MP滾刀+切刀+周邊刮刀哈爾濱粉砂、中砂、礫石內(nèi)摩擦角接近35度，顆粒成分為石英、長石滾刀+切刀+中心刀+周邊刮刀大連卵石（透鏡體狀）+含碎石粉質(zhì)黏土（厚層狀）+碎石，下伏基巖為板巖、石英巖和凝灰?guī)r。卵石含量高、粒徑大，成分為石英巖。滾刀+切刀+先行刀+中心刀+周邊刮刀長沙粗砂+圓礫+卵石（含砂、礫石），石英質(zhì)，礫石粒徑大南寧圓礫（厚層狀）+礫砂，圓礫層中礫石顆粒較大、含量高，以石英巖、硅質(zhì)巖為主昆明圓礫，碎石含量高（50%以上），粒徑較大，卵石、礫石成分主要為砂巖、石英等；下伏基巖灰?guī)r為次堅石南京砂土+含礫粉質(zhì)黏土（內(nèi)摩擦角接近30度），礫石含量較高，磨圓度差，主要成分為石英滾刀+切刀+周邊刮刀東莞黏性土+風化巖，上軟下硬，地面以下5-25m范圍內(nèi)微風化，巖石飽和單軸抗壓極限強度101MP，局部含球狀風化體滾刀+切刀+先行刀+周邊刮刀烏魯木齊粉土+礫石土切刀+先行刀+中心刀+周邊刮刀（3） 中等磨損區(qū)中等磨損區(qū)的地層為局部含卵石的中粗砂且卵石含量較高（20%-30%），粉質(zhì)黏土層中黏粒含量高，極易在刀盤中心結(jié)泥餅，進而造成刀具偏磨。中等磨損區(qū)常發(fā)生的刀具失效類型有滾刀偏磨，刀圈斷裂、刮刀脫落等。盾構(gòu)選型方面，以切刀和刮刀為主，部分配置滾刀，調(diào)整刀盤開口率，允許存在的大粒徑卵石通過刀盤面，以降低刀具磨損。中等磨損區(qū)城市分布、地城情況及建議配置刀具類型見表易磨損區(qū)城市分布、地層情況及配置刀具城市地層描述刀具配置建議西安黃土為主，局部為含卵石的中、粗砂滾刀+切刀+周邊刮刀太原粉土（局部夾中砂透鏡體）+中粗砂（礦物質(zhì)成分主要為石英、長石、云母等，級配不良）切刀+周邊刮刀寧波砂質(zhì)粘土+淤泥質(zhì)（粉質(zhì)）黏土+粉質(zhì)黏土切刀+周邊刮刀南昌礫砂+粗砂（內(nèi)摩擦角醉倒36.5度）+礫砂夾圓礫，母巖成分以石英巖、砂巖為主，圓礫含量較高，粒徑較大，中粗砂填充，砂成分以石英、長石為主切刀+周邊刮刀+周邊保徑刀+撕裂刀+魚尾刀+滾刀合肥粉質(zhì)黏土+黏土+全中風化泥質(zhì)砂巖（極軟巖）輻條式刀盤：切刀+撕裂刀+魚尾刀+周邊刮刀+保徑刀+圓環(huán)保護刀+超挖刀+貝殼刀蘭州卵石層厚度大，為砂土充填，充填程度高，母巖以石英巖長石砂巖為主滾刀+切刀+周邊刮刀（4） 低磨損區(qū)低磨損區(qū)的軟土地層以黏性土為主，地層均勻、單一，很少或不含粗粒土，或者礫石埋深較深，幾乎不在盾構(gòu)掘進范圍內(nèi)。盾構(gòu)在此類地層中施工時受力均勻，能順利運轉(zhuǎn)和前進。低磨損區(qū)常發(fā)生的刀盤刀具失效類型有刀盤中心結(jié)泥餅、刀具偏磨等。盾構(gòu)選型方面，以掛刀為主，盾構(gòu)施工中添加土體改良材料，避免發(fā)生結(jié)泥餅或開挖面失穩(wěn)，以降低刀具的損壞率。低磨損區(qū)的城市分布、地層情況及建議配置刀具類型見表低磨損區(qū)分布、地層情況及建議配置刀具城市地層描述刀具配置建議上海黏性土（軟土層）中心魚尾刀+切刀+周邊刮刀天津黏性土鄭州厚層砂質(zhì)黃土、黏性土長春地層以粉質(zhì)黏土、黏土、粗砂為主蘇州粉質(zhì)黏土+粉土+粉砂+碎石土（埋深較深）杭州黏性土+淤泥質(zhì)（粉質(zhì)黏土），粉