導(dǎo)語(yǔ)
  本文基于2012年頒布《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)施工的實(shí)踐，簡(jiǎn)述了盾構(gòu)法施工隧道巖土工程勘察的要點(diǎn)，請(qǐng)各位同行批評(píng)指正。（來(lái)源：中國(guó)巖土網(wǎng)評(píng)論員王旭稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
  盾構(gòu)法是一種新型機(jī)械化開挖隧道的方法，與傳統(tǒng)的工法相比，盾構(gòu)法是一種地質(zhì)適應(yīng)能力很差的工法，其施工工藝的重點(diǎn)在于使機(jī)械與巖土能夠很好地相互作用，即盾構(gòu)機(jī)要做到“吃得下、排的出和穩(wěn)得住”。因此，盾構(gòu)機(jī)的選型設(shè)計(jì)和施工參數(shù)設(shè)定必須與地質(zhì)條件相適應(yīng)。這就給巖土工程勘察提出了較高的要求，巖土工程勘察不僅要針對(duì)盾構(gòu)機(jī)選型、設(shè)計(jì)、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定的專門要求，查明相關(guān)工程地質(zhì)條件，還要對(duì)盾構(gòu)法相關(guān)的巖土工程問(wèn)題進(jìn)行專門研究，并提出應(yīng)對(duì)措施和建議。
  1．工程場(chǎng)地條件調(diào)查要點(diǎn)
  主要查明地上地下建構(gòu)筑物，重點(diǎn)關(guān)注地下管線、人防工程，特別是線路隧道范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的錨索、廢棄的基礎(chǔ)樁等障礙物，這些將嚴(yán)重影響隧道軸線和盾構(gòu)始發(fā)、接收井位置的選擇，對(duì)盾構(gòu)法施工也會(huì)帶來(lái)麻煩，要盡量避開。
  對(duì)于地面上的建筑物，包括地表水體、街道和既有軌道線路（含鐵路），要做詳細(xì)的調(diào)查，并進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。這樣施工單位能做好相應(yīng)的施工組織。并為合理正確地選擇盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)提供依據(jù)。
  2．巖土類型勘察要點(diǎn)
  準(zhǔn)確查明土層性質(zhì)不僅決定了盾構(gòu)機(jī)選型的和設(shè)計(jì)，還對(duì)對(duì)地鐵工程選擇合適的施工參數(shù)尤為重要。由于盾構(gòu)隧道穿越的范圍較大，要查明巖土的分布特征，尤其要認(rèn)真分析巖土的成因，根據(jù)巖土的成因分析盾構(gòu)施工過(guò)程中可能遇到的巖土工程問(wèn)題。
  2.1 粘性土地層
  對(duì)于盾構(gòu)法而言，粘性土是比較理想的巖土層，但是在勘察時(shí)需要注意以下幾種粘性土：粘粒含量高的高塑性的粘性土地層，這種地層容易導(dǎo)致刀盤結(jié)泥餅；高靈敏度的軟土，土層易擾動(dòng)，上覆地層變形較大，如果超挖還會(huì)導(dǎo)致地面塌方。強(qiáng)度很低的軟土，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不好控制，盾構(gòu)機(jī)蛇形行走。
  另外，需要特別指出的是，粘土地層要注意其是否含有膨脹性礦物。如果土層具有膨脹性，在盾構(gòu)機(jī)開挖的過(guò)程中，地層遇水膨脹，易導(dǎo)致刀盤或盾體被卡住的問(wèn)題。在南寧和合肥地鐵建設(shè)勘察時(shí)就發(fā)現(xiàn)了膨脹性巖土。
  2.2 礫砂類地層
  這類地層的特點(diǎn)是細(xì)顆粒含量低，硬礦物含量高，滲透系數(shù)較大，自穩(wěn)定性差。理論上應(yīng)選用泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，但限于場(chǎng)地條件和考慮施工成本，一般選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，重點(diǎn)是在施工過(guò)程中做好渣土改良和同步注漿，防止噴涌、刀盤刀具快速磨損以及地層失穩(wěn)等的問(wèn)題出現(xiàn)。
  因此，對(duì)于這類地層勘察，要查明礫砂地層的密實(shí)程度，確定相關(guān)力學(xué)參數(shù)；加強(qiáng)顆粒分析試驗(yàn)，確定常見(jiàn)硬礦物如石英、長(zhǎng)石和角閃石的含量；分析各粒組含量，為渣土改良方案提供依據(jù)；結(jié)合地下水條件，認(rèn)真做好疑似地層的砂土液化可能性判別工作，確定可能引起涌水、涌砂和隧道滲漏的敏感地層區(qū)劃。
  2.3 砂卵石類地層
  這類地層的特點(diǎn)是幾乎沒(méi)有細(xì)顆粒，硬礦物含量高，滲透系數(shù)大，自穩(wěn)定性差。大多選用泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，但出于對(duì)場(chǎng)地條件和施工成本的考慮，也有選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，重點(diǎn)是做好盾構(gòu)機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀具選型布置、渣土改良裝置設(shè)計(jì)以及排渣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，施工過(guò)程中做好渣土改良和同步注漿，防止刀盤和螺旋輸送機(jī)卡死、刀盤刀具快速磨損以及地層失穩(wěn)的問(wèn)題出現(xiàn)。
  這類地層的勘察重點(diǎn)在于查明卵石、漂石的粒徑分布以及膠結(jié)情況，一般用鉆探的手段比較難查清尺寸較大的漂石，應(yīng)該結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，巖土的成因以及已有地質(zhì)資料進(jìn)行分析判斷。粒徑尺寸直接影響盾構(gòu)機(jī)刀盤的開口率，排渣系統(tǒng)的尺寸。砂卵石地層的粒徑分布和賦水情況也是泥漿濃度選擇（泥水平衡盾構(gòu)機(jī)）和渣土改良劑摻入比設(shè)定（土壓平衡盾構(gòu)機(jī)）的重要依據(jù)。
  2.4復(fù)合地層
  復(fù)合地層是針對(duì)盾構(gòu)法而提出的一個(gè)概念，它是一種在三維方向上，圍巖主要由巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相差較大的幾種地層的組合。復(fù)合地層盾構(gòu)法施工面臨的最大問(wèn)題是“上軟下硬”帶來(lái)的一系列問(wèn)題：盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難控制、易噴涌、刀具快速磨損（滾刀偏磨）和地面變形大甚至塌陷。
  因此，對(duì)于此類地層首先要查明以下幾種界面和層面：（1）上軟下硬的硬地層層面，不同程度的巖石風(fēng)化界面；（2）砂土地層和風(fēng)化巖層界面；（3）軟土層和風(fēng)化巖層界面。
  對(duì)于巖石地層，要查明巖石的類型、風(fēng)化程度、硬礦物含量、完整性系數(shù)和巖體質(zhì)量，這些地質(zhì)特征直接影響盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)和施工參數(shù)的設(shè)定。
  2.5 不良地質(zhì)條件勘察
  對(duì)于盾構(gòu)法而言，不良的地質(zhì)條件主要有：膨脹性巖土、土洞、巖溶、斷層破碎帶、孤石、球狀風(fēng)化體和有害氣體。這些不良地質(zhì)條件容易導(dǎo)致嚴(yán)重的工程地質(zhì)問(wèn)題，甚至造成重大事故，要通過(guò)專項(xiàng)勘察查明，并分析其對(duì)盾構(gòu)法施工可能造成的影響。
  3．水文地質(zhì)條件勘察要點(diǎn)
  地下水位和地下水類型影響盾構(gòu)機(jī)密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是盾尾密封刷的設(shè)計(jì)，施工過(guò)程中密封油脂的壓力設(shè)定、注漿壓力的設(shè)定、土倉(cāng)內(nèi)壓力設(shè)定、渣土改良劑濃度和摻入比的選擇也與地下水位有直接的關(guān)系。因此，勘察時(shí)必須查明地下水類型、水質(zhì)、埋藏條件、相關(guān)土層的滲透性和承壓水頭等地下含水層的分布、邊界條件、補(bǔ)給條件及地下水的活動(dòng)特征。并分析飽和砂土地層中可能導(dǎo)致砂土液化、涌水涌沙和地面塌陷等工程地質(zhì)問(wèn)題。
  盾構(gòu)穿越地表水體時(shí)，應(yīng)調(diào)查地表水與地表水之間的水力聯(lián)系，分析地表水體對(duì)盾構(gòu)法施工可能造成的危害。
  4．巖土試驗(yàn)要點(diǎn)
  與其它工法相比，盾構(gòu)法施工隧道巖土試驗(yàn)成果有著更為廣泛的用途，盾構(gòu)設(shè)備選型、設(shè)計(jì)、施工和巖土工程問(wèn)題分析都需要相關(guān)的巖土參數(shù)。
  盾構(gòu)設(shè)備選型設(shè)計(jì)所需的巖土試驗(yàn)成果有：地下水位、孔隙水壓力、滲透系數(shù)、土的粘聚力、內(nèi)摩擦角、標(biāo)貫擊數(shù)、顆粒分布曲線、巖石風(fēng)化程度、巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖石抗拉強(qiáng)度、巖石RQD、完整性系數(shù)、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分。
  盾構(gòu)設(shè)備施工參數(shù)設(shè)定所需的巖土試驗(yàn)成果有：地下水位、孔隙水壓力、滲透系數(shù)、土的粘聚力、內(nèi)摩擦角、土的重度、孔隙比、含水量、顆粒分布曲線、。
  巖土工程問(wèn)題分析所需的試驗(yàn)成果有：地下水位、孔隙水壓力、滲透系數(shù)、標(biāo)貫擊數(shù)、顆粒分布曲線、液限、塑限、土的粘聚力、內(nèi)摩擦角、土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、變形系數(shù)、泊松比和基床系數(shù)。
  5．工程地質(zhì)條件分析和評(píng)價(jià)及建議
  《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》明確提出，盾構(gòu)法施工隧道勘察報(bào)告中應(yīng)包含地質(zhì)條件分析和評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的巖土工程問(wèn)題，并提出相應(yīng)的建議。如：
  （1）對(duì)盾構(gòu)始發(fā)（接收）井及聯(lián)絡(luò)通道加固范圍和方法的建議；
  （2）對(duì)設(shè)備選型及刀盤刀具的選擇以及輔助工法的確定提出建議；
  （3）對(duì)不良地質(zhì)體處理和環(huán)境保護(hù)提出建議；
  （4）對(duì)隧道下伏的淤泥層及易發(fā)生液化的飽和粉土層、砂層提出處理措施的建議；
  （5）對(duì)不良地質(zhì)作用及特殊性巖土可能引起的盾構(gòu)法施工風(fēng)險(xiǎn)提出控制措施的建議。

  以上工作對(duì)巖土工程勘察工作者帶來(lái)了一定的難度，但這項(xiàng)工作必須由巖土勘察單位做好，因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)選型設(shè)計(jì)和施工人員，特別是盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)人員對(duì)工程地質(zhì)條件的理解十分有限，很難進(jìn)行相關(guān)的巖土工程問(wèn)題分析和評(píng)價(jià)。因此，巖土工程勘察工作者應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)法施工這一新工法的學(xué)習(xí)和理解，結(jié)合工程地質(zhì)條件，應(yīng)用工程地質(zhì)類比法和巖土力學(xué)分析法做好這項(xiàng)工作，為盾構(gòu)法施工隧道的建設(shè)提供資料完整、數(shù)據(jù)可靠、評(píng)價(jià)正確、建議合理的勘察報(bào)告。

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