【正文】 內(nèi)淺的地層可概括為兩層，上覆為第四紀(jì)全新世軟土地層，厚 0～ 12m，其中江中段以砂礫土、砂土為主；下伏為白壟紀(jì)地層，以強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化的粉砂質(zhì)泥巖為主，夾泥灰?guī)r，無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度最高 15MPa。盾構(gòu)穿越珠江的平、剖面圖如圖 。 圖 盾構(gòu)穿越珠江的平、剖面示意圖 盾構(gòu)機(jī)情況 本工程施工中使用的 2臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（帶鉸接功能）是對(duì)曾 在地鐵一號(hào)線用過的舊泥水平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行維修改造而成?？紤]到最高巖石強(qiáng)度高達(dá)4060MPa，在每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的刀盤上均布置了 41 把滾刀 86 把刮刀，刀盤開口率為28%。采用螺旋機(jī)、皮帶機(jī)出渣和電瓶車泥斗水平運(yùn)輸、龍門吊垂直提升的方式出土。在盾構(gòu)機(jī)螺旋出土機(jī)出口處設(shè)置安全閘閥，以防止珠江水突然涌入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。具體改造參數(shù)如表 21所示。 表 21 舊盾構(gòu)改造前后主要功能一覽表 項(xiàng)目 盾構(gòu)規(guī)模 推進(jìn)系統(tǒng) (kN) 刀盤系統(tǒng) 出渣系統(tǒng) 開挖直徑（ m） 長度 （ m） 扭矩 (kN) 開口率 (%) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 滾刀 (把 ) 切削刀 (把 ) 超挖刀 (把 ) 中心刀 (把 ) 改造前 32340 2420 20 12 135 2 有 管道 改造后 32340 3430 28 41 86 0 無 螺旋輸送器 工程實(shí)施的難點(diǎn)與對(duì)策 （ 1）江底塌方 塌方的主要原因有：盾構(gòu)隧道的上覆巖層過薄、整體性差和開挖面上軟下硬相差懸殊，以致開挖面上部地層和上覆地層首先進(jìn)人到土倉內(nèi)。從盾構(gòu)機(jī)操作來說，與土壓力及總推力設(shè)定過大 (≥ 1500t)也有關(guān)系 ，它使前方的地層隆起變形和破碎 (見圖 )。 圖 江底塌方機(jī)理示意圖 為了防止江底大規(guī)模的塌方和保護(hù)江中管線，同時(shí)也為保護(hù)盾構(gòu)機(jī)，采取的措施依次如下 : ① 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)暫時(shí)停止； ② 關(guān)閉螺旋輸送機(jī)，建立土壓平衡狀態(tài)； ③ 利用盾構(gòu)內(nèi)的備用注漿孔向盾構(gòu)四周超挖孔隙內(nèi)注人水溶性聚氨酯； ④ 盾尾密封油脂； ⑤ 盾構(gòu)機(jī)重新掘進(jìn)，宜盡快通過塌方區(qū)。 （ 2）刀盤及密封倉 (土倉 )聚積泥餅 過江時(shí)，刀盤及密封倉多次聚積泥餅，這樣不僅增加了盾構(gòu)掘進(jìn)的荷載，而且增大了噴涌的可能性，繼而造成出土困難，掘進(jìn)困難等。對(duì)于這 類事故，采 取的措施有 : ① 掘進(jìn)時(shí)注泡沫劑，改善土體的和易性，預(yù)防粘土結(jié)塊； ② 刀盤背面和土倉胸板上增設(shè)空心攪動(dòng)棒，增加攪拌強(qiáng)度和范圍，并且空心棒內(nèi)還可預(yù)留注水孔，以便清洗刀盤和土倉； ③ 空轉(zhuǎn)刀盤，使泥餅在離心力的作用下脫落； ④ 如果圍巖隔水性較好，那么可進(jìn)行氣壓平衡狀態(tài)下掘進(jìn)； ⑤ 在開挖面穩(wěn)定的前提下，人工進(jìn)倉清除泥餅。 （ 3）盾構(gòu)螺旋輸送器的噴涌 (見圖 ) 盾構(gòu)在江中掘進(jìn)時(shí)，曾發(fā)生過 20 多次噴涌事故。原因主要有：江底塌方、開挖面充水裂隙發(fā)育、盾構(gòu)不能連續(xù)掘進(jìn)和同步注漿沒有完全充實(shí)襯背空隙等。噴涌 — 停機(jī) — 噴涌??如此惡性循環(huán)，盾構(gòu)掘進(jìn)緩慢。 圖 泥餅 噴涌機(jī)理示意圖 對(duì)這類事故采取的對(duì)策有 : ① 在關(guān)閉螺旋輸送器情況下繼續(xù)掘進(jìn)，讓切削下的土體擠出土倉內(nèi)的水。但要預(yù)防倉內(nèi)壓力過高，造成盾構(gòu)機(jī)前方地面隆起、冒漿以及擊穿盾尾密封等； ② 提前采用氣壓平衡模式掘進(jìn)，但要預(yù)防發(fā)生漏氣事件； ③ 加入高濃度泥漿或泡沫，改善土體的和易性，使土體中的顆粒和泥漿成為一整體； ④ 選擇具有土塞效應(yīng)的中軸式螺桿和間斷式螺桿； ⑤ 在螺旋輸送器合適的位置安裝泥水管道及相關(guān)設(shè)備，改善泥水盾構(gòu)的平衡和出土模式； ⑥ 適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，改善刀盤的開口率和 刀具，使切削進(jìn)倉的顆粒較小且均勻。 （ 4）擊穿盾尾密封 兩臺(tái)盾構(gòu)過江時(shí)，都曾發(fā)生過擊穿盾尾密封的現(xiàn)象。引發(fā)盾尾密封被擊穿的直接原因有 :密封刷本身損壞脫落；盾尾油脂失效或流失。通過在盾構(gòu)機(jī)后 10m范圍內(nèi)對(duì)已注過漿、已形成隧道的地段進(jìn)行補(bǔ)償性二次注漿，很快，擊穿盾尾的流水減弱至停止，并且螺旋輸送器的噴涌也隨之結(jié)束。因此，擊穿盾尾密封的水主要來自已成隧道的底部，而非來自開挖面。 隧道質(zhì)量問題 上述事故，不僅影響進(jìn)度，而且還影響工程質(zhì)量，主要有以下三個(gè)方面 : （ 1）管片的錯(cuò)臺(tái)和崩裂 由于開挖面上 軟下硬和噴涌、土倉積聚泥餅等事故的發(fā)生，使得盾構(gòu)姿態(tài)控制較為困難；另一方面同步注漿效果時(shí)好時(shí)壞，使得管片間接縫錯(cuò)臺(tái)頻繁發(fā)生，有的還超過技術(shù)要求，達(dá) 4～ 5cm，這就減少了結(jié)構(gòu)的有效厚度或剛度，并使螺栓孔部位的混凝土崩裂。 （ 2）管片的開裂滲漏 為了預(yù)防噴涌和控制江底大規(guī)模的塌方，兩臺(tái)盾構(gòu)常在土壓平衡下作業(yè)，設(shè)定的土壓力普遍在 以上。因此，為滿足正常掘進(jìn)速度，盾構(gòu)的總推力常超過 1500t，甚至在 2020t 以上，再加上有些環(huán)的環(huán)面不平整，就造成管片開裂滲漏。 (3)管片間的接縫滲漏 過江時(shí)盾構(gòu)無法按原計(jì) 劃的每天 6～ 8環(huán)速度掘進(jìn)，常常是 2～ 3環(huán) /天，并且隧道底部長期積有泥漿等，使安裝管片上的膨脹止水條很易早膨脫離；另外，經(jīng)常發(fā)生的錯(cuò)臺(tái)也將造成環(huán)間止水帶無法對(duì)準(zhǔn)和密貼于混凝土面上，因此造成接縫的滲漏。理論上來說，對(duì)管片的壽命無大影響，但如果在隧道頂部位置滲漏將影響運(yùn)營安全。 總結(jié)和建議 (1)盾構(gòu)選型和改造時(shí)，一定要加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)條件的分析，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件來判定或選擇適應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)； (2)盾構(gòu)穿越富水地層和裂隙帶時(shí)，特別是水頭高度超過 lD 時(shí)，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)宜選擇有“土塞效應(yīng)”的螺旋輸送器； (3)盾構(gòu) 切削下來的細(xì)粒土體以粘土礦物為主時(shí)，應(yīng)充分考慮預(yù)防結(jié)泥餅的措施； (4)開挖面的巖土成分以石英和硅質(zhì)礦物為主，應(yīng)加強(qiáng)刀具和面板，因?yàn)檫@些礦物的硬度高于鋼鐵，否則刀具易摩損，面板易磨穿； (5)加強(qiáng)人一機(jī)界面管理和信息化管理，人是第一位的，而盾構(gòu)機(jī)是第二位的，過分相信機(jī)器，必將造成系列事故； (6)盾構(gòu)施工事故的預(yù)防關(guān)鍵是平衡和非平衡的界面控制。 廣州地鐵三號(hào)線土壓平衡盾構(gòu)穿越珠江 工程概況 廣州地鐵三號(hào)線 (珠江新城站 — 客村站區(qū)間 )盾構(gòu)工程，由總長 珠～赤 (赤崗塔 )隧 道區(qū)間和總長 ～客隧道區(qū)間組成，埋深 16～ 28m。珠～赤段珠江航道被江中心海心沙島分隔成為兩條江面，其中北江面寬度 80m，水深 4m左右，南江面寬度 318m，水深 6～ 8m左右。江底為 1～ 4m深的海陸交互相淤泥質(zhì)沙或淤泥，江底至隧道頂平均在 10m左右。過江段總長度約 640m。洞身主要為泥質(zhì)粉砂巖層中風(fēng)化層，局部夾有泥質(zhì)粉砂巖層強(qiáng)風(fēng)化層和泥質(zhì)粉砂巖層微風(fēng)化層。其中中風(fēng)化層單軸極限抗壓強(qiáng)度為 ～ 30MPa，微風(fēng)