■蘇文生

（福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，福州 350001）

隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展和人口的持續(xù)增長，福州已經(jīng)進(jìn)入了地鐵快速發(fā)展時(shí)代，盾構(gòu)法修建隧道在福州地鐵修建中得到了廣泛應(yīng)用。 盾構(gòu)法施工中刀盤直接作用于地層，其刀盤與地層的適應(yīng)性是影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)效率的關(guān)鍵因素[1]。 目前，福州地鐵盾構(gòu)施工常遇到各種問題，如盾構(gòu)刀盤磨損嚴(yán)重或偏磨、刀盤軸承扭矩過大甚至刀盤被卡、地面沉降過大或地面塌陷以及盾構(gòu)推進(jìn)困難等。 這些問題嚴(yán)重制約了福州地鐵隧道的掘進(jìn)速度，導(dǎo)致工期延長。雖然針對福州地質(zhì)，福州地鐵工程采用了復(fù)合盾構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工理念，但由于地質(zhì)復(fù)雜多變，且地層淺部地質(zhì)穩(wěn)定性差，盾構(gòu)施工并不理想。 因此，在軟硬不均的復(fù)合地層中進(jìn)行盾構(gòu)施工，需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件對刀盤進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，分析刀盤對地層的適應(yīng)能力。

1 工程及地質(zhì)概況

福州市軌道交通4 號線一期工程起于橘園站，終于帝封江站，途經(jīng)金山、鼓樓、晉安、臺江、倉山等片區(qū)，線路穿越整個(gè)福州城。 其中某區(qū)間隧道左線長887 m，右線長866 m，隧道線間距14.0～17.0 m，縱斷面為V 字坡，最大縱坡24‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑450 m，盾構(gòu)隧頂埋深約10.50～18.84 m（標(biāo)高為－1.72～－8.95m）。區(qū)間隧道均采用圓形預(yù)制鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，環(huán)錯(cuò)拼裝，弧形螺栓連接，圓形隧道內(nèi)徑5500 mm，隧道外徑6200 mm，襯砌厚度為350 mm，環(huán)寬為1200 mm。

福州地處中國東南沿海、福建省中東部的閩江口，背山面海，屬于海陸相沖淤積地貌單元。 區(qū)間隧道位于福州城區(qū)，場地地勢較為平坦，地面高程在7.87～12.66 m 之間。 隧道上方為雜填土、淤泥及粉質(zhì)粘土等地層，穩(wěn)定性差。隧道洞身穿越地層為<4-3-2>（含泥） 碎卵石、<4-6-1>粉質(zhì)黏土、<4-6-2>（含砂）粉質(zhì)黏土、<4-8>（含泥）碎卵石、<5-1>坡積粉質(zhì)黏土、<5-2>殘積砂質(zhì)黏土、<6-4>全風(fēng)化正長斑巖、<7-1>砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、<7-6-1>砂土狀強(qiáng)風(fēng)化正長斑巖、<7-6-2>碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化正長斑巖、<8-4>中風(fēng)化正長斑巖等。 區(qū)間隧道洞身圍巖分級主要為Ⅲ～Ⅵ級，圍巖自穩(wěn)性差。 區(qū)間存在多處基巖突起或孤石群，盾構(gòu)需穿越先軟后硬、上軟下硬及先硬后軟等強(qiáng)度差異大的軟硬不均地層。 圖1 所示為該區(qū)間隧道左線地質(zhì)縱剖面圖。 場地地下水位較高，地下水具有承壓性，盾構(gòu)隧道位于地下水位以下。 其中碎卵石地層為強(qiáng)透水地層，富水性強(qiáng)，且不同巖性接觸帶巖體破碎，富水性強(qiáng)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

圖1 區(qū)間隧道左線地質(zhì)縱剖面圖

2 區(qū)間隧道穿越地層特性分析

盾構(gòu)施工中，不同刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀盤選型布置和渣土改良裝置對地質(zhì)條件的適應(yīng)性差異較大。下面針對本區(qū)間隧道左右線地層特性進(jìn)行分析，按照地勘報(bào)告提供的地層分類，區(qū)間隧道范圍內(nèi)各地層在該區(qū)間所占比例如圖2 所示。 其中中風(fēng)化正長斑巖占比最大，為31.43%。

圖2 盾構(gòu)范圍各巖土層分布情況

按照地層對刀盤影響的特性對區(qū)間隧道內(nèi)地層進(jìn)行劃分，主要分為4 類，即富水（含泥）碎卵石層、黏性土層、全強(qiáng)風(fēng)化巖層、中風(fēng)化硬巖等，每類地層在區(qū)間的占比如表1 所示。 各類地層的地質(zhì)特性如下：（1）（含泥）碎卵石層，主要由碎石、卵石組成，間隙由粘性土及粗中砂充填。 該地層孔隙率大、富水性強(qiáng)、滲透性好，在水頭壓力作用下易產(chǎn)生流砂、管涌現(xiàn)象，在本區(qū)間占比為9.03%；（2）黏性土層，主要為沉積、坡積或殘積的粉質(zhì)黏土，黏粒含量高，該地層在本區(qū)間占比為30.16%；（3）全、強(qiáng)風(fēng)化巖層，呈砂土狀，在施工開挖暴露后遇水易軟化崩解，可能會坍塌，盾構(gòu)穿越該層時(shí)，可能導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)面的不穩(wěn)定。該地層在本區(qū)間占比為29.33%；（4）中微風(fēng)化硬巖地層，基巖主要為花崗巖、正長斑巖，硬巖單軸抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)200 MPa 以上。該地層在本區(qū)間占比為31.43%。

表1 各地層在區(qū)間的分布情況

綜上所述，本區(qū)間隧道以全強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖為主，且多處揭示球狀風(fēng)化體（孤石）、基巖突起。由于球狀風(fēng)化體抗風(fēng)化能力強(qiáng)， 其強(qiáng)度一般較高，盾構(gòu)破碎困難。 盾構(gòu)區(qū)間穿越基巖突起段落時(shí)，需經(jīng)歷先軟后硬、上軟下硬、先硬后軟等區(qū)域，上部為殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化巖，幾乎無強(qiáng)度，下部為中微風(fēng)化硬巖，巖石抗壓強(qiáng)度較高，巖石單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)150 MPa 以上。

3 復(fù)合地層對盾構(gòu)刀盤的適應(yīng)性分析

3.1 碎卵石層

該區(qū)間范圍碎卵石層富水性強(qiáng)， 地下水水位高，具有承壓性，盾構(gòu)施工時(shí)，土倉及螺旋輸送機(jī)易被水壓擊穿，產(chǎn)生噴涌現(xiàn)象，且渣土改良難度大，螺旋輸送機(jī)易磨損，盾構(gòu)推進(jìn)難度相對較大。 盾構(gòu)在該類土層掘進(jìn)時(shí)應(yīng)提高掘進(jìn)速率，加強(qiáng)渣土改良裝置，并改進(jìn)螺旋輸送機(jī)傳輸能力。

3.2 黏性土地層

盾構(gòu)在黏性土地層掘進(jìn)時(shí)，黏性土易粘著盾構(gòu)設(shè)備，刀盤中心區(qū)和土倉中心區(qū)易形成“泥餅”，產(chǎn)生堵倉現(xiàn)象，造成刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)荷加大，排土不暢，甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 同時(shí)造成土倉內(nèi)溫度升高，“泥餅”現(xiàn)象還存在堵塞滾刀的風(fēng)險(xiǎn)，使?jié)L刀發(fā)生偏磨。 此外，黏性土還易造成管路堵塞，最終導(dǎo)致地層隆起、沉降。 盾構(gòu)刀盤需要配備攪拌棒，提高土倉土體的流動(dòng)性。

3.3 軟硬不均地層

因基巖風(fēng)化程度不均勻，在軟硬不均地層（上軟下硬或左軟右硬或左硬右軟）掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)在推進(jìn)過程中開挖面反力不均，易導(dǎo)致刀盤受力不均，盾構(gòu)姿態(tài)或掘進(jìn)方向控制困難，出現(xiàn)軸線偏離，刀盤和主軸承密封易損壞。 且由于開挖面硬巖分布不規(guī)則，且?guī)r體裂隙發(fā)育，在盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，巖體受到擾動(dòng)易提前松動(dòng)脫落，由于未經(jīng)切削的巖塊較大并隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)翻滾，易造成盾構(gòu)刀盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至造成刀盤嚴(yán)重破壞。 如深圳地鐵二期1 號線7標(biāo)記2 號線2202 標(biāo)即遭遇了典型的上軟下硬地層，造成盾構(gòu)機(jī)被困數(shù)月，工期滯后，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重[2]。此外，中微風(fēng)化硬巖強(qiáng)度高，對刀盤、刀具、螺旋機(jī)、切口環(huán)的性能要求高， 容易造成刀具異常磨損，刀座變形等。 因此，在該類地層中掘進(jìn)，在保證土壓平衡的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)刀盤及刀具對硬巖的適應(yīng)性，同時(shí)應(yīng)保證盾構(gòu)扭矩足夠大，防止刀盤被卡。 此外，應(yīng)提前計(jì)劃好換刀位置，并為換刀創(chuàng)造安全的施工條件。

3.4 球狀風(fēng)化體

殘積土、 全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中常存在球狀風(fēng)化體，俗稱孤石，尺寸從幾十厘米至幾米不等，球狀風(fēng)化性質(zhì)與中微風(fēng)化巖體類似，其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其所在殘積土或全強(qiáng)風(fēng)化巖地層，由于孤石“懸浮”于殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化地層中，刀盤無法對其進(jìn)行有效切削，孤石隨刀盤沿盾構(gòu)方向前進(jìn)， 導(dǎo)致刀盤扭矩過大，刀盤及刀具磨損嚴(yán)重。 因此，對孤石分布區(qū)，需要提高盾構(gòu)對孤石的處理能力，如提高刀盤扭矩以防止刀盤被卡，提前采用微動(dòng)探測技術(shù)對區(qū)間盾構(gòu)范圍孤石進(jìn)行探明，并進(jìn)行爆破預(yù)處理。 同時(shí)應(yīng)配備氣體保壓系統(tǒng)，當(dāng)?shù)侗P被卡時(shí)，采用人工進(jìn)倉進(jìn)行破碎的方法。

3.5 中微風(fēng)化硬巖地層

強(qiáng)度較高的中微風(fēng)化硬巖， 盾構(gòu)掘進(jìn)效率低，對刀盤的磨損大。 如深圳地鐵二期3 號線，每天掘進(jìn)幾厘米，施工工期長，且耗費(fèi)盾構(gòu)刀具[2]。 針對高強(qiáng)度硬巖，需要提高刀盤設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、增加盾構(gòu)機(jī)總推力、加密滾刀軌跡，且采用重滾刀。

綜上所述，通過對地層特性和刀盤對地層的適應(yīng)性分析可知，該區(qū)間地層種類多，各地性質(zhì)差異大，地質(zhì)條件復(fù)雜，需精心設(shè)計(jì)和制作刀具，在保證刀盤對黏性土、富水碎卵石層及風(fēng)化巖等地層適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，著重提高刀盤對軟硬不均、孤石及硬巖等地層的適應(yīng)性。 同時(shí)，在軟硬不均地層施工時(shí)，由于滾刀磨損較嚴(yán)重，要提前做好換刀方案，及時(shí)進(jìn)行刀具的更換。

3e 1H NMR(CDCl3) δ:8.11-8.06(m,2 H),7.81-7.77(m,1 H),7.61-7.57(m,1 H),7.44-7.25(m,4 H),2.44(s,3 H).

4 復(fù)雜地層盾構(gòu)刀盤的適應(yīng)性設(shè)計(jì)

刀盤是盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)的核心部件之一，目前盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)人員缺乏地質(zhì)和巖土工程方面的施工經(jīng)驗(yàn)，大多從機(jī)械設(shè)計(jì)理論角度研究刀盤的布置形式，系統(tǒng)深入地研究地質(zhì)因素對刀盤設(shè)計(jì)的影響的文章很少。 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)刀盤與巖土體相互作用的過程，只有與地質(zhì)相適應(yīng)的刀盤才能較好地開挖巖土體，否則易出現(xiàn)各種地質(zhì)問題，導(dǎo)致掘進(jìn)困難。刀盤設(shè)計(jì)主要包括刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀盤選型布置和渣土改良裝置設(shè)計(jì)。 因此，必須根據(jù)不同地層的地質(zhì)特性，對刀盤結(jié)構(gòu)、刀具選型和渣土改良裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行針對性的地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)，才能避免因工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件帶來可能的工程問題[1]。以下將針對本區(qū)間隧道地質(zhì)特征，對刀盤與地質(zhì)的適應(yīng)性提出設(shè)計(jì)要求。

4.1 刀盤刀具配置

針對本區(qū)間地質(zhì)情況，在選型過程中，刀盤的設(shè)計(jì)要適應(yīng)局部全斷面上軟下硬地層。 為了防止刀盤過度磨損， 在刀盤周邊及外緣布置保護(hù)性刀具，并在刀盤表面及外緣周圍設(shè)耐磨層。根據(jù)刀盤上3個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域（中心區(qū)、正面區(qū)及邊緣區(qū)）的特性，進(jìn)行了充分考慮。

4.1.1 中心區(qū)

該區(qū)是刀盤布局的關(guān)鍵，既要考慮到區(qū)間內(nèi)硬巖的強(qiáng)度，又要考慮軟土地層的掘進(jìn)效率，因此該區(qū)采用齒刀和滾刀可以互換的方案，刀座設(shè)計(jì)成既可以安裝預(yù)先焊接在特殊支架上的齒刀，又可以更換為滾刀，而且設(shè)計(jì)成背裝式，可以在刀盤后面對刀具進(jìn)行更換，從而保證安全、高效地更換刀具。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在軟土地層掘進(jìn)時(shí)，齒刀對開挖面進(jìn)行松土切削，開挖效率很高，但齒刀對硬巖的開挖效率卻很低。 所以當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在巖石區(qū)掘進(jìn)時(shí)，把齒刀更換為滾刀，滾刀對開挖面進(jìn)行擠壓破碎，配合刀盤的高速旋轉(zhuǎn)， 能夠較快地完成掌子面的開挖。在不同的地層，所更換刀具的數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況予以確定。

4.1.2 正面區(qū)

盾構(gòu)在巖層掘進(jìn)時(shí)， 配置正面滾刀比刮刀高，可對開挖面先行擠壓破碎，再由刮刀進(jìn)行切削。 滾刀在推力的作用下貫入巖石，同時(shí)在開挖面上呈同心圓滾動(dòng)，巖石被擠壓破碎。 在小半徑范圍內(nèi)破碎延伸到周圍的巖石，最終在刀盤推力作用下在切槽兩邊的巖石成片狀破碎。

4.1.3 邊緣區(qū)

圖3 刀盤配置示意圖

此外，在軟土區(qū)、硬巖區(qū)、上軟下硬區(qū)，刀盤可以根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和掘進(jìn)參數(shù)合理配置中心區(qū)和正面區(qū)的滾刀和齒刀。

4.2 刀盤開口率設(shè)計(jì)

刀盤開口率是表征盾構(gòu)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性的一個(gè)重要參數(shù)。 對土倉壓力控制、刀盤扭矩以及渣土進(jìn)入土倉的流動(dòng)性、渣土最大粒徑等影響較大[3]。 盾構(gòu)機(jī)在復(fù)合地層中掘進(jìn)，考慮到開挖面穩(wěn)定、土壓保持、土的流動(dòng)性、刀盤負(fù)荷和扭矩及檢查換刀等因素，并結(jié)合同類地層的施工經(jīng)驗(yàn)，選擇刀盤的開口率為33%左右的六輻條復(fù)合刀盤。

4.3 刀具設(shè)計(jì)

刀具是刀盤具備切削土體功能的主要部件，刀具的選型和布置是決定刀盤地質(zhì)適應(yīng)性的一個(gè)重要設(shè)計(jì)內(nèi)容[3]。 如果刀具選型和布置不合理，則易出現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)困難、刀盤刀具磨損快及刀盤結(jié)泥餅等問題。 針對本區(qū)間隧道地質(zhì)情況，提出如下設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)較小的刀間距，若正面配置滾刀，刀間距可達(dá)75 mm；（2）增加邊滾刀數(shù)量，邊緣可布置12把滾刀；（3）合理的刀高差，滾刀和切刀刀高差為57.5mm；（4）切刀和刮刀采用大塊合金。

4.4 耐磨設(shè)計(jì)

本區(qū)間地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)穩(wěn)定性差，且地層磨蝕性強(qiáng)，需要選擇與地層相適應(yīng)的刀具，并采用技術(shù)措施提高刀具的耐磨性能，避免刀具的異常磨損對掘進(jìn)造成影響。 本區(qū)間耐磨性能設(shè)計(jì)如下：（1）刀盤面板焊有12.8 mm 厚度的復(fù)合耐磨板，復(fù)合耐磨板是在基材鋼板上堆焊了一層特殊的耐磨材料，其耐磨性能優(yōu)于Hardox 鋼板， 特別適用于石英含量高的地層；（2）刀盤外周焊有鑲嵌合金的耐磨環(huán)，可提高刀盤外周在全斷面硬巖、 上軟下硬地層、全斷面砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)的耐磨性能，保證刀盤的開挖直徑；（3）刀盤邊緣過渡區(qū)、刀盤進(jìn)碴口、刀盤背部以及刀盤支腿邊角過渡區(qū)加焊致密耐磨網(wǎng)格，提高刀盤整體的耐磨性能。

5 復(fù)合地層盾構(gòu)刀盤扭矩分析

刀盤刀具種類多、結(jié)構(gòu)形式多，影響盾構(gòu)扭矩的因素也多， 盾構(gòu)刀盤扭矩的精確計(jì)算難度大，因此，需要根據(jù)刀盤扭矩組成和關(guān)鍵影響因素，建立刀盤扭矩的計(jì)算方法。 刀盤扭矩與刀盤開口率、刀盤轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)推進(jìn)速度、土質(zhì)等關(guān)系密切[4]。 盾構(gòu)在隧道掘進(jìn)過程中，刀盤扭矩主要用于克服刀盤切削土體扭矩、刀盤正面上的摩擦力矩、刀盤圓周面上的摩擦力矩、刀盤背面的摩擦力矩、刀盤開口槽的剪切力矩、土倉內(nèi)的攪動(dòng)力矩、刀盤自重產(chǎn)生的軸承旋轉(zhuǎn)反力矩、 推力載荷產(chǎn)生的軸承旋轉(zhuǎn)阻力矩、密封裝置產(chǎn)生的摩擦力矩等9 部分力矩。 其中土壓力是影響刀盤扭矩的最重要參數(shù)[4]。

5.1 刀盤扭矩的仿真分析

根據(jù)刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 采用Abaqus 數(shù)值模擬軟件建立刀盤扭矩的仿真模型。 刀盤有限元分析所采用的三維模型開挖直徑為6440 mm，刀盤大圓環(huán)外徑為6310 mm。 面板開口率為33%。 刀盤上推力施加于所有刀座上， 同時(shí)刀盤大圓環(huán)外圈施加額定扭矩。 刀盤推力：T=10250 kN；刀盤額定扭矩：M=7560 kN·m；刀盤脫困扭矩：M=8300 kN·m。 計(jì)算結(jié)果如圖4、5 所示。 通過計(jì)算得出刀盤最大應(yīng)力203.8 MPa，位置是環(huán)形梁板1 與板2 焊接處，其屈服強(qiáng)度許用應(yīng)力[δs]≥254 MPa，大于203.8 MPa，刀盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 正面應(yīng)力云云圖

5.2 刀盤裝備扭矩估算

估算法計(jì)算裝備扭矩可采用以下公式：

圖5 變形云圖

式 （1） 中， 對于中間支承方式刀盤，a1=0.8～1 kN/m2， 取a1=0.9 kN/m2； 對于花崗巖，a2=0.8～1 kN/m2， 取a2=0.9 kN/m2； 對于土壓平衡盾構(gòu)，a3=14～23 kN/m2， 取a3=20 kN/m2； 則：T=0.9×0.9×20×6.413×4266.67 kN·m。即，盾構(gòu)刀盤設(shè)計(jì)額定扭矩為7560 kN·m，大于估算扭矩4266.67 kN·m。

6 盾構(gòu)掘進(jìn)效果分析

本區(qū)間自2019 年8 月開始掘進(jìn)，至2020 年6 月順利貫通，盾構(gòu)掘進(jìn)過程共進(jìn)行過2 次換刀，刀盤磨損情況為：其中刮刀磨損較小，仍可以正常使用；滾刀磨損正常，周邊滾刀由于開挖半徑大故磨損相對較多。 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速率為4～80 mm/min，最大掘進(jìn)速度達(dá)80 mm/min，單環(huán)掘進(jìn)最短時(shí)間25 min，最大日進(jìn)尺19.2 m，最大月進(jìn)尺344.4 m，設(shè)備完好率達(dá)99%。 由于對地質(zhì)特性進(jìn)行了專門分析，對刀盤與地質(zhì)進(jìn)行了專門的適應(yīng)性設(shè)計(jì)，該盾構(gòu)機(jī)較好地完成了本區(qū)間的盾構(gòu)掘進(jìn)。

7 地表沉降監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，該區(qū)間除基巖突起部位外，盾構(gòu)施工期間其余區(qū)間范圍沉降均在控制值范圍以內(nèi)（＋10 mm/－30 mm）。 其中左右線基巖突起部位沉降較大，局部沉降最大73.41 mm，具體如隧道里程與地表沉降累計(jì)值曲線圖所示（圖6）。

圖6 隧道里程與地表沉降累計(jì)值曲線圖

綜合分析掘進(jìn)參數(shù)和沉降監(jiān)測結(jié)果，本區(qū)間盾構(gòu)刀盤與地質(zhì)適應(yīng)性較好。 在碎卵石層、黏土層、全斷面硬巖段地表沉降均較小。 但是，盾構(gòu)區(qū)間穿越基巖突起段落時(shí)，上部為殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化巖，幾乎無強(qiáng)度；下部為中微風(fēng)化硬巖，巖石抗壓強(qiáng)度較高，掘進(jìn)過程中由于上部硬巖掘進(jìn)速度較慢，上部及拱頂土體受擾動(dòng)， 在地下水及刀盤的共同作用下，上部掌子面極易發(fā)生失穩(wěn)破壞，拱頂隨之發(fā)生局部坍塌，形成空腔，引起地面沉降過大甚至地面塌陷。 根據(jù)地表沉降及出土量變化，施工方對該區(qū)間進(jìn)行了地面注漿處理。

8 結(jié)論

本工程針對區(qū)域工程地質(zhì)特性，對盾構(gòu)刀盤進(jìn)行了地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)，并在工程應(yīng)用中取得了較好的效果。 通過分析主要得出以下結(jié)論：（1）工程地質(zhì)特征具有區(qū)域性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，各地區(qū)巖土類型及其物理力學(xué)性質(zhì)差異性較大，盾構(gòu)刀盤需要根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征進(jìn)行刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）盾構(gòu)區(qū)間主要穿越粘性土、碎卵石、全強(qiáng)風(fēng)化巖、全斷面中風(fēng)化正長斑巖等地層，需要穿越孤石、上軟下硬等軟硬不均地層，按照地層對刀盤影響的特性對區(qū)間隧道內(nèi)地層進(jìn)行分類探討，總結(jié)了各類地層的地質(zhì)特征和盾構(gòu)施工常遇到的問題，并提出了優(yōu)化或改進(jìn)的措施和建議，可為盾構(gòu)刀盤的地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供參考；（3）本區(qū)間采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，根據(jù)不同地層的地質(zhì)特性，對刀盤結(jié)構(gòu)、刀具、刀盤開口率及耐磨性等進(jìn)行針對性的地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧了粘性土、風(fēng)化巖掘進(jìn)結(jié)泥餅設(shè)計(jì)，大大減少了因工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件可能帶來的工程問題，為區(qū)間隧道的順利貫通創(chuàng)造了有利條件；（4）盾構(gòu)區(qū)間穿越基巖突起段這種上軟下硬地層時(shí)，掌子面前方上部為殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化巖，幾乎無強(qiáng)度，下部為中微風(fēng)化硬巖，巖石抗壓強(qiáng)度較高。 由于各地層強(qiáng)度和盾構(gòu)掘進(jìn)速度差異大，易引起地層失穩(wěn)、地面沉降過大甚至地面塌陷。施工過程中需要提前預(yù)判，并采取合適的處治措施，對于上方存在重要建筑或管線時(shí)，需要提前進(jìn)行加固處理；（5）在盾構(gòu)隧道的巖土工程勘察中， 勘察設(shè)計(jì)單位應(yīng)注重對地質(zhì)特性的針對性分析， 提出盾構(gòu)施工中可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題， 并就地質(zhì)與刀盤的適應(yīng)性設(shè)計(jì)提出合理化建議，可為盾構(gòu)刀盤的設(shè)計(jì)和制作提供參考。