盾構(gòu)法施工與其它傳統(tǒng)的地下工程施工工法一樣，其終極目標(biāo)是完成一項(xiàng)特色的地下工程，比如一條地下隧道或地下車站，它的不同點(diǎn)在于，盾構(gòu)法采用了特殊的施工工具盾構(gòu)機(jī)。
盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)施工對象“量身定做”的，盾構(gòu)機(jī)制造所依據(jù)的對象，稱之為施工環(huán)境，它是基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等特征的總和。由此可以看出，如果不詳細(xì)研究施工環(huán)境，也就造不出適應(yīng)性強(qiáng)的盾構(gòu)機(jī)，也就談不上順利地進(jìn)行盾構(gòu)施工。
在施工環(huán)境的諸多因素中，基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)特征是最重要的，因?yàn)樗鼈兪嵌軜?gòu)機(jī)選型及采用盾構(gòu)施工工藝最重要的先決條件。在實(shí)踐當(dāng)中，對地質(zhì)特征的研究往往被忽視。殊不知，沒有什么盾構(gòu)施工技術(shù)不是與地質(zhì)特征有關(guān)的，尤其是在復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工。
1復(fù)合地層的概念
在盾構(gòu)施工的過程中，圍巖巖土力學(xué)、基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)等特征的各向均勻性直接影響盾構(gòu)機(jī)的選型、盾構(gòu)施工工藝的選擇等關(guān)鍵性問題。從這個(gè)意義上講，可以宏觀地將圍巖地層區(qū)分為兩類：均一地層和復(fù)合地層。
1.1均一地層
1.1.1均一地層的概念
嚴(yán)格意義的各向同性的均質(zhì)地層在自然界是不存在的，本文定義的均一地層是指在開挖斷面范圍內(nèi)和開挖延伸方向上，由一種或若干種地層組成的，或巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特性相近的地層或地層組合。均一地層有兩種情況：
（1）單純的軟土地層：從地質(zhì)圖（見圖1）中可以看出，地鐵隧道穿越了Ⅱ?qū)樱饕獮榉凵百|(zhì)土和Ⅲ層為粉質(zhì)粘土，這兩種地層的物質(zhì)組成及其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都存在著一定的差異，但它們的巖土力學(xué)性質(zhì)以及工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征就盾構(gòu)機(jī)的選型和盾構(gòu)施工而言，差別并不大。
根據(jù)上述地層特點(diǎn)，南京地鐵選用了適應(yīng)軟土地層的盾構(gòu)機(jī)，其刀盤為平面直角型的，只安裝刮刀（見圖2）。
類似的均一地層，還普遍存在于上海地鐵、天津地鐵、北京地鐵以及過長江隧道等的施工當(dāng)中。
（2）單純的硬巖地層（如西安~安康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道）。隧道斷面范圍內(nèi)以兩種巖石為主，一種是混合片麻巖，單軸抗壓強(qiáng)度為78~137MPa，整體性較好，裂隙較少。另一種是混合花崗巖，單軸抗壓強(qiáng)度為122~162Mpa，節(jié)理較發(fā)育，裂隙較多。
選用的盾構(gòu)機(jī)是典型的硬巖掘進(jìn)機(jī)，刀具全部安裝滾刀，無需任何刮刀（見圖3）。
1.1.2均一地層中盾構(gòu)工程的主要特點(diǎn)
（1）施工過程中盾構(gòu)機(jī)的模式基本上不需要變化。在軟土地層中，若采用土壓平衡模式，一般無需變化成開胸模式；在硬巖地層，若采用開胸模式掘進(jìn)，一般無需變化成土壓模式。
通常，在均一地層中的盾構(gòu)機(jī)，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，一般不考慮模式的變化。
（2）盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)不需愛施工過程中進(jìn)行改變。比如，在軟土均一地層中，刀盤采用軟土刀具，在施工過程中不需考慮是否會碰到硬巖而增加滾刀的問題。
（3）盡管均一地層中其物性也會有較大的變化，但只需在施工工藝上作出調(diào)整。均一地層上述兩特點(diǎn)說明，在施工過程中盾構(gòu)機(jī)做出結(jié)構(gòu)型式上的任何改變，但是，正如前面提到的，均一地層并不是絕對的均質(zhì)地層，這樣，在地層特性改變之后，必需在施工工藝或施工參數(shù)上采取相應(yīng)的措施。比如：同是在軟土地層中施工，當(dāng)?shù)貙邮且陨皩踊蛏傲訛橹鲿r(shí)，以土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為例，則應(yīng)適當(dāng)添加膨潤土或聚合物。若地層以粘性土為主時(shí)，則需添加適量的泡沫。如此等等，這一類工藝或施工參數(shù)上的調(diào)整并不因均一地層就可避免。
1.2復(fù)合地層
1.2.1復(fù)合地層的概念
將開挖斷面范圍內(nèi)和開挖延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層的巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相差懸殊的地層組合，定義為復(fù)合地層。
復(fù)合地層的組合方式是非常復(fù)雜多樣的，但總的來說可分為三大類：一類是在斷面垂直方向上不同地層的組合；一類是在水平方向上地層的不同組合；另一類是上述兩者兼而有之。
（1）復(fù)合地層在垂直方向上的變化。最典型的垂直方向上的復(fù)合地層就是所謂“上軟下硬”地層。即隧道斷面上部是第四系的松軟土層，而下部是堅(jiān)硬的巖石地層；或者上部是軟弱的巖層而下部是硬巖層；或者是在硬巖層中夾軟巖層，或軟巖層夾硬巖層等等（見圖4）。
（2）復(fù)合地層在水平方向上的變化。在一施工段當(dāng)中，可能分布著不同時(shí)代、不同巖性或不同風(fēng)化程度，從而表現(xiàn)出不同巖土性質(zhì)的地層。比如廣州地鐵五號線草～陶區(qū)間的地層（見圖5）。
圖中白堊系紅層的粉砂巖為軟巖，單軸抗壓強(qiáng)度一般≤30MPa；花崗巖和石炭系石灰?guī)r是硬巖，單軸抗壓強(qiáng)度一般會≥60UPa。
（3）在水平方向和垂直方向兩者兼而有之的更為復(fù)雜的變化。
1.2.2復(fù)合地層盾構(gòu)施工的主要特點(diǎn)
（1）經(jīng)常變換盾構(gòu)施工模式。在軟土地層或以軟土地層為主的“上軟下硬”地層施工時(shí)，一般要采用“閉胸模式”，而在以巖石地層，特別是自穩(wěn)性較好的（包括風(fēng)化程度不一）巖石地層施工時(shí)則可采用半開胸式（欠土壓平衡模式）或開胸模式；在以砂層或以砂層為主的“上軟下硬”地層中采用土壓平衡模式施工時(shí)，可能需要通過加注膨潤土等工藝轉(zhuǎn)化為“泥水平衡”模式等等。經(jīng)常根據(jù)地層結(jié)構(gòu)來轉(zhuǎn)換盾構(gòu)機(jī)模式，是在復(fù)合地層中施工的一大特點(diǎn)。
（2）盾構(gòu)機(jī)的配置需要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在硬巖段施工時(shí)，通常要采用全斷面滾刀破巖模式，采用的刀盤開口率會較小；當(dāng)掘進(jìn)在軟巖或軟土地段時(shí)，通常都要將部分或全部滾刀換成適應(yīng)軟巖或軟土的刮刀，此時(shí)的開口率也相應(yīng)增大。
（3）采用的施工工藝和施工參數(shù)也要根據(jù)地層的變化而變化。這些變化主要表現(xiàn)在不同地層需要的添加劑的種類和數(shù)量的不同；需要的輔助設(shè)備（比如破巖機(jī)、超前鉆機(jī)）的不同；盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的不同等等。
（4）某些特殊的復(fù)合地層，可能需要一些輔助工法。采用輔助工法的主要原因是由于盾構(gòu)機(jī)本身的設(shè)計(jì)功能的局限性造成的，而這種局限性在目前的技術(shù)發(fā)展階段還較難以克服。比如，廣州地區(qū)白堊系紅層的粉砂巖、砂巖一般的單軸抗壓強(qiáng)度最大為30~45MPa，但有時(shí)在這些區(qū)間會碰到幾十米或幾百米長的堅(jiān)硬的花崗巖，或花崗巖的球狀風(fēng)化體，其強(qiáng)度一般達(dá)到80MPa以上，甚至?xí)^120MPa。在這種條件下，以軟巖為主設(shè)計(jì)的刀盤和刀具，顯然不能適應(yīng)硬巖的要求，在無法更換新刀盤的情況下，采用其它可行的輔助工法，比如先采用礦山法，開挖通過堅(jiān)硬巖石段，之后，用盾構(gòu)機(jī)拼裝管片完成隧道，事實(shí)證明，這將是一種比較好的輔助選擇。
2復(fù)合地層的分類及其對盾構(gòu)施工技術(shù)的影響
復(fù)合地層的組合是極其復(fù)雜的，僅以在廣州、深圳地區(qū)常見的幾種形式說明其對盾構(gòu)施工的影響。
2.1以第四系淤泥質(zhì)土層（工程地層編號為<2>）或易液化的粉細(xì)砂層為主與其它松散地層的組合
廣州地鐵一號線黃沙～長壽路區(qū)間最北端約80m地段，盾構(gòu)機(jī)全斷面通過<2>地層（見圖6），這是廣州地鐵已建和在建盾構(gòu)工程中唯一的一段盾構(gòu)隧道下部有淤泥層的地質(zhì)剖面。隧道建成后不久，下沉了近100mm。
2.1.1在類似地層的盾構(gòu)施工過程中應(yīng)密切注意和預(yù)防的主要問題有：
（1）建筑物和構(gòu)筑物的沉降。隧道斷面上部為<2>地層時(shí)，應(yīng)注意土倉中土（水）壓平衡的問題，因?yàn)?lt;2>地層大部分呈軟塑或流塑狀態(tài)，有些還具有液化特性，對盾構(gòu)機(jī)密封倉內(nèi)的土壓反映非常靈敏，而土倉內(nèi)壓力是否保持動態(tài)平衡，直接關(guān)系到地面及其建筑物是否發(fā)生沉降的問題。
（2）隧道的后期沉降。盾構(gòu)隧道下部如果有一定厚度的淤泥或液化層<2>，一旦由于某種原因造成失水發(fā)生淤泥層的重固結(jié)或液化，就會使已建好的隧道出現(xiàn)沉降，位移或變形。
2.2以第四系砂層(工程地層編號為<3>)為主與風(fēng)化巖層的組合
第四系砂層有二種成因，一是陸相沖洪積形成的，一種是海陸交互相沉積形成的，其特點(diǎn)是在河床及河漫灘內(nèi)十分發(fā)育，其形態(tài)多呈透鏡狀，有些地段厚度大。此層粉粒和粘粒成份低，滲透系數(shù)大，是盾構(gòu)施工過程中也應(yīng)十分重視的地層。
以隧道上部斷面或隧道上方為<3>砂層的問題為例，這類圍巖情況在廣州地區(qū)的盾構(gòu)施工過程中經(jīng)常碰到，尤其是下部為較硬巖石的情況下會給施工造成較多的問題。典型的例子是廣地鐵一號線盾構(gòu)施
工在長壽路～中山七路區(qū)間橫通道地段時(shí)，干砂量變化發(fā)生異常，由于砂層流失很快，造成了較大的地面沉降，使三幢三層樓塌方（見圖7、8）。
同樣的問題也出現(xiàn)在三號線的大塘～瀝浮區(qū)間（見圖9）。
2.3以第四系殘積層（工程地質(zhì)編號為<5>）為主與其它地層的組合
殘積層是其下伏基巖經(jīng)過長期風(fēng)化之后，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造已全部消失了，部分巖石成份又經(jīng)過風(fēng)化和水化作用產(chǎn)生了新的物質(zhì)，并在原地殘積下來而形成的。對盾構(gòu)施工可能造成嚴(yán)重影響的有二種類型即殘積粘土層和殘積砂質(zhì)或砂礫質(zhì)粘性土。
2.3.1殘積粘土層
母巖大多為沉積巖系列中的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，其全風(fēng)化以后形成殘積粘土層。
廣州地鐵二號線海珠廣場站—市二宮區(qū)間采用的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的刀盤（見圖10），41把滾刀。而地層是白堊系上統(tǒng)三水組東湖段的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。工程地層為殘積粘性土層<5>，全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化<6>和<7>地層。由于過江施工時(shí)多次嚴(yán)重結(jié)泥餅（見圖11），平均日進(jìn)不足2m，掘進(jìn)速度僅達(dá)到0-5.0mm／min。地鐵四號線琶～侖區(qū)間過涌段與?！瓍^(qū)間是同一時(shí)代的地層，盾構(gòu)施工過程中碰到了與?！瓍^(qū)間相同的問題。
2.3.2殘積砂質(zhì)或砂礫質(zhì)粘性土
殘積層中存在堅(jiān)硬的砂質(zhì)或砂礫質(zhì)顆粒，Si02質(zhì)堅(jiān)硬顆粒在施工過程中會對刀具造成嚴(yán)重磨損。比如，花崗巖形成的殘積層，其原巖中的長石大部分都高嶺土化了，而原巖中的石英顆粒，仍然保存下來，這種殘積層中的粉粒和粘粒含量比較高，而同時(shí)非常堅(jiān)硬的石英顆粒又較多，因此在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的過程中若處理不好會同時(shí)發(fā)生二種問題：在結(jié)泥餅的同時(shí)，對刀盤造成嚴(yán)重磨損，刀具發(fā)生單邊或多邊嚴(yán)重偏磨（見圖12）。
與花崗巖殘積層較類似的地層有各時(shí)代的粗砂巖，含礫砂巖和礫巖層的殘積地層。
2.4以全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化<6>和<7>地層為主的組合
全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化地層的原巖可以是各時(shí)代的沉積巖以及變質(zhì)巖和花崗巖，由于原巖不同，它們反映出來的圍巖特征稍有不同，但總的來說，盾構(gòu)在此類地層中施工時(shí)特別重要的是刀具的選擇。舉例如下：
2.4.1刀具嚴(yán)重偏磨
深圳地鐵一號線某工地，其地質(zhì)斷面示意圖（見圖13）。
當(dāng)時(shí)采用的是全斷面滾刀。由于風(fēng)化后的巖層和額定內(nèi)的總推力無法提供使?jié)L刀滾動的摩擦力，滾刀無法轉(zhuǎn)動而發(fā)生偏磨，在掘進(jìn)不足l0m的情況下，致使25把滾刀損壞（見圖14）。
通過對偏磨刀具的仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，刀刃部分都變成明顯的暗藍(lán)色“淬火現(xiàn)象”（見圖15）。說明當(dāng)時(shí)由于滾刀不轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磨擦將動能大量轉(zhuǎn)化為熱能。這樣，在高溫和不斷研磨的雙重作用下，進(jìn)一步制造了在刀盤面上形成泥餅的條件。若不設(shè)法防止這種惡性循環(huán)，最終會損壞大軸承密封而停機(jī)。事實(shí)上，廣州地鐵三號線天～華區(qū)間也碰到了類似的問題，從盾構(gòu)機(jī)密封倉滲出的滴水，居然能燙傷工人的皮膚。由于刀具選擇不適應(yīng)，以及施工參數(shù)選擇不合理，此類滾刀偏磨的問題在廣州地鐵三號線是較常見的。
2.4.2工作面穩(wěn)定性問題
由于巖性變化較大，所以在盾構(gòu)推進(jìn)的過程中根據(jù)不同的圍巖特征及時(shí)換刀是必要的程序。在常溫常壓條件下?lián)Q刀是人們最希望的，因?yàn)檫@樣可以簡化很多復(fù)雜的工序，問題是工作面是否能自穩(wěn)。總的來說，此問題要根據(jù)特定的地層分布情況，根據(jù)不同的巖性進(jìn)行具體的分析，否則就會出現(xiàn)預(yù)想不到的事故。
深圳地鐵一號線某盾構(gòu)段的一個(gè)剖面示意圖（見圖16）。 在換刀前曾對開挖面進(jìn)行過旋噴加固，但加固效果未達(dá)要求，地下水仍比較大，開倉以后發(fā)現(xiàn)隧道工作面前上方有小的塌方空洞，但僅用一些木條做了簡單的支撐。在清倉換刀的過程中，剩最后的幾把刀更換時(shí)，前方掌子面突然塌方，造成了1人死亡、傷3人的事故。廣州地鐵三號線沒有發(fā)生過上述嚴(yán)重的事故，但類似的問題經(jīng)?？梢?。 2.4.3關(guān)于花崗巖中的球狀風(fēng)化問題（見圖17） 球狀風(fēng)化是發(fā)生在花崗巖的<5>、<6>和<7>地層中一種較常見的地質(zhì)現(xiàn)象，這在廣州地鐵三號線的天～華區(qū)間、大石～番禺廣場區(qū)段和深圳一號線盾構(gòu)區(qū)間花崗巖中都曾經(jīng)多次碰到。由于球狀風(fēng)化體的體量并不很大，一般只在1.0～5.0m左右，且是包裹在軟的<5>、<6>、<7>號地層中間，事前對其存在的可能性及確切的位置較難預(yù)測，所以在施工過程中尤其要引起注意。碰到的主要問題有三種：一是開挖面在水的作用下很快失穩(wěn)，無法進(jìn)入倉內(nèi)換刀；二是既便可以在短時(shí)間內(nèi)換刀，但未換完前，圍巖一下子又失穩(wěn)了；三是突然從軟地層中碰到堅(jiān)硬的花崗巖球狀體時(shí)，容易卡住刀盤，甚至造成刀盤變形（見圖18）。對前兩種情況，必須在地層加固或氣壓下進(jìn)倉換刀。 2.5以<8>和<9>地層的巖石地層為主在水平方向上的組合 與前面討論的一樣，由于圍巖不同，雖然都是中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層，其特性也不一樣。比如，廣州地鐵一號線中山七路～西門口區(qū)間，盾構(gòu)在白堊系三水組康樂段的<8>砂巖中通過，巖石強(qiáng)度為20～44Mpa。在80m的范圍內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)損壞了58％的滾刀，51％的刮刀。地鐵三號線天～華區(qū)間在中～微風(fēng)化花崗巖掘進(jìn)時(shí)，其強(qiáng)度超過l00Mpa，盾構(gòu)機(jī)僅前進(jìn)了4環(huán)（6.0m）就將滾刀大部分磨損了，不得不停機(jī)換刀。 3復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)的突破性進(jìn)展 中國的盾構(gòu)施工技術(shù)人員主要在廣東（廣州、深圳），在復(fù)合地層類型繁多并且極其復(fù)雜的施工環(huán)境下，經(jīng)過10年、40臺次、掘進(jìn)隧道長達(dá)100多公里的摸索。已充分認(rèn)識到復(fù)合地層的超前系統(tǒng)研究是盾構(gòu)選型的基礎(chǔ)，全過程跟蹤研究和及時(shí)預(yù)報(bào)各地層的在垂向上、縱向上的變化并采取相應(yīng)的對策，是盾構(gòu)能否順利施工的關(guān)鍵。在統(tǒng)一認(rèn)識的基礎(chǔ)上，經(jīng)過艱難困苦的實(shí)踐，施工技術(shù)有了突破性進(jìn)展，概述如下： 3.1確定了什么類型的復(fù)合地層，選擇什么樣盾構(gòu)機(jī)的模式 這10年，廣東的廣州、深圳幾乎遇到了所有類型的復(fù)合地層，使用了國際上許多著名盾構(gòu)廠家的盾構(gòu)機(jī)，諸如海瑞克、維爾特、三菱、川崎、住友等。因此什么樣的復(fù)合地層，施工多長距離，選擇什么結(jié)構(gòu)類型、功能類型、包括配備什么樣刀盤、刀具及其數(shù)量等，已建立了選型模式。 3.2首次在國內(nèi)建立和推廣了“泥餅”、“噴涌”、“有效推力”、“隧道上浮控制”等一系列概念 提出了一系列被證實(shí)有效的對策，比如說，什么樣的復(fù)合地層，什么樣的工程地質(zhì)條件，選擇什么種類的添加劑以及添加劑的注入方式、注入量等，創(chuàng)造了許多我國盾構(gòu)施工的新紀(jì)錄。 （1）創(chuàng)造了日掘進(jìn)36m，月掘進(jìn)562m的紀(jì)錄。 （2）泥水盾構(gòu)一個(gè)月過312m珠江紀(jì)錄。 （3）土壓盾構(gòu)22天過318m珠江的紀(jì)錄。 （4）837m巖石地層掘進(jìn)不換刀的紀(jì)錄等等。 3.3首次建立和提出了復(fù)合地層地表及建筑物的沉降規(guī)律，通過廣州地鐵一號線的實(shí)踐，提出了地表及建筑物的沉降規(guī)律，并指導(dǎo)施工 規(guī)范了監(jiān)測內(nèi)容和頻率。廣州地鐵二號線之后，國內(nèi)施工隊(duì)伍無論是過江、過鐵路、過密集和舊建筑物，超深樁基，都沒有發(fā)生過嚴(yán)重?fù)p壞建筑物和構(gòu)筑物事件。 3.4系列開發(fā)和應(yīng)用了盾構(gòu)施工的輔助工法 （1）礦山法過硬巖，盾構(gòu)拼裝管片的施工技術(shù)。 （2）玻璃纖維棒樁、連續(xù)墻法、砂樁法、鉆孔素砼樁法加固盾構(gòu)端頭技術(shù)。 （3）高水頭江底下氣壓法換刀技術(shù)。 （4）過花崗巖球狀風(fēng)化體，以及過鋼筋砼樁技術(shù)。 （5）拔除深度超過40m預(yù)應(yīng)力管樁的技術(shù)等等。 廣州地區(qū)的工程實(shí)踐表明，特別是在復(fù)合地層中盾構(gòu)施工，應(yīng)遵循地質(zhì)條件是基礎(chǔ)，盾構(gòu)機(jī)是關(guān)鍵，管理是根本的原則。
深圳地鐵一號線某盾構(gòu)段的一個(gè)剖面示意圖（見圖16）。 在換刀前曾對開挖面進(jìn)行過旋噴加固，但加固效果未達(dá)要求，地下水仍比較大，開倉以后發(fā)現(xiàn)隧道工作面前上方有小的塌方空洞，但僅用一些木條做了簡單的支撐。在清倉換刀的過程中，剩最后的幾把刀更換時(shí)，前方掌子面突然塌方，造成了1人死亡、傷3人的事故。廣州地鐵三號線沒有發(fā)生過上述嚴(yán)重的事故，但類似的問題經(jīng)?？梢?。 2.4.3關(guān)于花崗巖中的球狀風(fēng)化問題（見圖17） 球狀風(fēng)化是發(fā)生在花崗巖的<5>、<6>和<7>地層中一種較常見的地質(zhì)現(xiàn)象，這在廣州地鐵三號線的天～華區(qū)間、大石～番禺廣場區(qū)段和深圳一號線盾構(gòu)區(qū)間花崗巖中都曾經(jīng)多次碰到。由于球狀風(fēng)化體的體量并不很大，一般只在1.0～5.0m左右，且是包裹在軟的<5>、<6>、<7>號地層中間，事前對其存在的可能性及確切的位置較難預(yù)測，所以在施工過程中尤其要引起注意。碰到的主要問題有三種：一是開挖面在水的作用下很快失穩(wěn)，無法進(jìn)入倉內(nèi)換刀；二是既便可以在短時(shí)間內(nèi)換刀，但未換完前，圍巖一下子又失穩(wěn)了；三是突然從軟地層中碰到堅(jiān)硬的花崗巖球狀體時(shí)，容易卡住刀盤，甚至造成刀盤變形（見圖18）。對前兩種情況，必須在地層加固或氣壓下進(jìn)倉換刀。 2.5以<8>和<9>地層的巖石地層為主在水平方向上的組合 與前面討論的一樣，由于圍巖不同，雖然都是中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層，其特性也不一樣。比如，廣州地鐵一號線中山七路～西門口區(qū)間，盾構(gòu)在白堊系三水組康樂段的<8>砂巖中通過，巖石強(qiáng)度為20～44Mpa。在80m的范圍內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)損壞了58％的滾刀，51％的刮刀。地鐵三號線天～華區(qū)間在中～微風(fēng)化花崗巖掘進(jìn)時(shí)，其強(qiáng)度超過l00Mpa，盾構(gòu)機(jī)僅前進(jìn)了4環(huán)（6.0m）就將滾刀大部分磨損了，不得不停機(jī)換刀。 3復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)的突破性進(jìn)展 中國的盾構(gòu)施工技術(shù)人員主要在廣東（廣州、深圳），在復(fù)合地層類型繁多并且極其復(fù)雜的施工環(huán)境下，經(jīng)過10年、40臺次、掘進(jìn)隧道長達(dá)100多公里的摸索。已充分認(rèn)識到復(fù)合地層的超前系統(tǒng)研究是盾構(gòu)選型的基礎(chǔ)，全過程跟蹤研究和及時(shí)預(yù)報(bào)各地層的在垂向上、縱向上的變化并采取相應(yīng)的對策，是盾構(gòu)能否順利施工的關(guān)鍵。在統(tǒng)一認(rèn)識的基礎(chǔ)上，經(jīng)過艱難困苦的實(shí)踐，施工技術(shù)有了突破性進(jìn)展，概述如下： 3.1確定了什么類型的復(fù)合地層，選擇什么樣盾構(gòu)機(jī)的模式 這10年，廣東的廣州、深圳幾乎遇到了所有類型的復(fù)合地層，使用了國際上許多著名盾構(gòu)廠家的盾構(gòu)機(jī)，諸如海瑞克、維爾特、三菱、川崎、住友等。因此什么樣的復(fù)合地層，施工多長距離，選擇什么結(jié)構(gòu)類型、功能類型、包括配備什么樣刀盤、刀具及其數(shù)量等，已建立了選型模式。 3.2首次在國內(nèi)建立和推廣了“泥餅”、“噴涌”、“有效推力”、“隧道上浮控制”等一系列概念 提出了一系列被證實(shí)有效的對策，比如說，什么樣的復(fù)合地層，什么樣的工程地質(zhì)條件，選擇什么種類的添加劑以及添加劑的注入方式、注入量等，創(chuàng)造了許多我國盾構(gòu)施工的新紀(jì)錄。 （1）創(chuàng)造了日掘進(jìn)36m，月掘進(jìn)562m的紀(jì)錄。 （2）泥水盾構(gòu)一個(gè)月過312m珠江紀(jì)錄。 （3）土壓盾構(gòu)22天過318m珠江的紀(jì)錄。 （4）837m巖石地層掘進(jìn)不換刀的紀(jì)錄等等。 3.3首次建立和提出了復(fù)合地層地表及建筑物的沉降規(guī)律，通過廣州地鐵一號線的實(shí)踐，提出了地表及建筑物的沉降規(guī)律，并指導(dǎo)施工 規(guī)范了監(jiān)測內(nèi)容和頻率。廣州地鐵二號線之后，國內(nèi)施工隊(duì)伍無論是過江、過鐵路、過密集和舊建筑物，超深樁基，都沒有發(fā)生過嚴(yán)重?fù)p壞建筑物和構(gòu)筑物事件。 3.4系列開發(fā)和應(yīng)用了盾構(gòu)施工的輔助工法 （1）礦山法過硬巖，盾構(gòu)拼裝管片的施工技術(shù)。 （2）玻璃纖維棒樁、連續(xù)墻法、砂樁法、鉆孔素砼樁法加固盾構(gòu)端頭技術(shù)。 （3）高水頭江底下氣壓法換刀技術(shù)。 （4）過花崗巖球狀風(fēng)化體，以及過鋼筋砼樁技術(shù)。 （5）拔除深度超過40m預(yù)應(yīng)力管樁的技術(shù)等等。 廣州地區(qū)的工程實(shí)踐表明，特別是在復(fù)合地層中盾構(gòu)施工，應(yīng)遵循地質(zhì)條件是基礎(chǔ)，盾構(gòu)機(jī)是關(guān)鍵，管理是根本的原則。
