基于盾构影响的长江砾石层工程地质研究

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1、地质学刊第37卷第1期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2013．01．132基于盾构影响的长江砾石层工程地质研究郑军1⋯，杨旭1，王宁3，施烨辉2，马强4，张德军4(1．南京地铁科技咨询有限公司，江苏南京210012；2．解放军理工大学工程兵工程学院，江苏南京210007；3．江苏省水文地质工程地质勘察院，江苏淮安223005；4．南京地铁建设分公司，江苏南京210012)摘要：拟建长江盾构地铁隧道(江心洲站一中间风井区间)局部穿过长江砾石层，砾石层中卵石、砾石等颗粒级配，最大粒径、大粒径卵石、砾石含量，砾石层密实度以

2、及卵、砾石单轴抗压强度对盾构刀盘选型、盾构掘进均产生影响。基于盾构影响的角度结合工程实践，采用水上钻探方法，详细查明长江大盾构隧道所穿越砾石层的工程地质特性。结果表明，长江大盾构隧道所穿越砾石层的工程地质特征要求盾构掘进遵循排小碎大的原则，合理选择盾构刀盘的开口尺寸、开口率、滚刀刃间距等，并加设耐磨保护装置，注入改良渣土的泡沫试剂等，掘进时合理控制盾构推进的速度、转速和锥人度，为工程实际中过江大盾构选型、盾构掘进施工提供地质依据。关键词：长江砾石层；盾构隧道；盾构选型；江苏南京中图分类号：P642文献标识码：A文章编号：1674—3636(20

3、13)01—0132—05O引言南京已建长江公路隧道和拟建的2条地铁过江隧道皆选用水泥盾构工法施工，该盾构工法适用于砂砾、砂、粉土、黏土等固结度低的含水软弱地层及软硬相间的地层，且适用于上述地层中上部有河流、湖泊、海洋等高水压的情况。但在南京长江公路隧道盾构掘进过程中，由于盾构刀具磨损严重，一度甚至使掘进工作停止。究其原因主要是盾构刀盘设计、刀具配置和盾构掘进参数的选择与掘进所遇砾石层不甚匹配，且刀具磨损监测系统失效所致(夏晓中，2010)。目前，国内地铁盾构隧道在建城市也常遇到大面积砂卵砾石地层(乐贵平等，2001；李海峰，2009)，其工程

4、地质特性对施工和设备的影响主要体现在切削料难以排出，或因被切削头带动而扰动地层，宜造成超挖和土体变形、下沉，刀具合金破损严重导致刀具失效，刀座变形损坏导致刀具缺失，刀盘框架磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀圈变形，严重时会导致刀圈断裂，致使盾构掘进受阻或偏离线路，加大了施工风险和工程费用，成为制约盾构工法广泛使用的一个重要因素(张明富等，2008)。目前，大多数学者主要集中于考虑在砾石地层中对盾构隧道的掘进影响研究，取得了一些重要的研究成果。其中乐贵平等(2001)在国内首次介绍了盾构机成功穿越全断面砾石地层的有关技术参数和工程实测成果，并给出

5、了成功施工的关键在于配置性能适宜的泥浆的结论；宋克志(2004)指出了无水砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，对盾构存在较大的不良影响，根据无水砂卵石地层的特点及盾构机的适应性保证盾构的准确选型；王国义(2008)和李海峰(2009)结合成都高富水、高卵砾石含量的地质条件研究成都地铁的盾构设备配置；管会生(2008)指出了大漂石对盾构机选型的影响；张明富(2008)等主要是针对砂卵石地层研究采用最新盾构刀具动态磨损监测装置，提出刀具磨损与掘进距离的回归公式，为工程实际中减少刀具磨损提供了理论依据及预测盾构在此地层条件下的最长掘进距离；陈鹏(200

6、9)介绍了影响盾构刀具磨损的主要因素，并以南京长江隧道掘进砾石地层为例进行计算；张颖(2011)总结了行之有效的大漂石处理措施和“破大放小”的成功处理经验。部分学者进行了基于盾构掘进影响的砾石地层工程地质特性研究，如陈正勋等(2007)指出，卵砾收稿日期：2012一06—20；编辑：陆李萍作者简介：郑军(1981一)，男，工程师，博士，工程地质专业，E—mail：360914971@qq．com第37卷郑军等：基于盾构影响的长江砾石层工程地质研究133石盾构隧道施工应通过地质调查的方法详细研究卵砾石的性质作为盾构机切刃盘的设计依据，降低施工风险

7、，并结合台湾与日本施工案例，提出盾构机设计的基本原则；马秉务等(2009)采用多种手段综合分析提供更为接近实际的含大粒径卵砾石地层描述，为地铁盾构隧道及基坑围护桩设计和施工提供依据。因此，基于盾构掘进影响的砾石地层的工程特性研究是长江盾构隧道岩土工程勘察的重点研究课题。可见，有必要基于盾构掘进影响对南京地铁10号线长江段盾构隧道穿越的砾石层进行深入探讨，系统分析所含卵、砾石的工程地质特性对盾构掘进的影响，并对长江底部砾石层的地质成因、砾石层对地铁隧道盾构机刀盘磨损影响的机156—3一12—21话一30塔一39—48—57—66—75理进行分析讨

8、论。1地铁10号线过江大盾构隧道工程概况南京地铁10号线过江盾构隧道主要由绿博园站一江心洲站、江心洲站一中间风井和中间风井一滨江大道站3段组成，其中江