复合地层与盾构施工技术
竺维彬鞠世健
盾构法施工与其它传统的地下工程施工工法一样，其终极目标是完成一项特色的地下工程，比如一条地下隧道或地下车站，它的不同点在于，盾构法采用了特殊的施工工具盾构机。
盾构机是根据施工对象“量身定做”的，盾构机制造所依据的对象，称之为施工环境，它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。由此可以看出，如果不详细研究施工环境，也就造不出适应性强的盾构机，也就谈不上顺利地进行盾构施工。
在施工环境的诸多因素中，基础地质和工程地质特征是最重要的，因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。在实践当中，对地质特征的研究往往被忽视。殊不知，没有什么盾构施工技术不是与地质特征有关的，尤其是在复合地层中的盾构施工。
1复合地层的概念
在盾构施工的过程中，围岩岩土力学、基础地质和工程地质等特征的各向均匀性直接影响盾构机的选型、盾构施工工艺的选择等关键性问题。从这个意义上讲，可以宏观地将围岩地层区分为两类：均一地层和复合地层。
1.1均一地层
严格意义的各向同性的均质地层在自然界是不存在的，本文定义的均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地层组成的，或岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。均一地层有两种情况：
（1）单纯的软土地层：从地质图（见
图1）中可以看出，地铁隧道穿越了Ⅱ层，
主要为粉砂质土和Ⅲ层为粉质粘土，这两
种地层的物质组成及其结构和构造都存在
着一定的差异，但它们的岩土力学性质以
及工程地质和水文地质特征就盾构机的选
型和盾构施工而言，差别并不大。
根据上述地层特点，南京地铁选用了适
应软土地层的盾构机，其刀盘为平面直角型
的，只安装刮刀（见图2）。
类似的均一地层，还普遍存在于上海地
铁、天津地铁、北京地铁以及过长江隧道等
的施工当中。
（2）单纯的硬岩地层（如西安~安康铁路秦岭Ⅰ线隧道）。隧道断面范围内以两种岩石为主，一种是混合片麻岩，单轴抗压强度为78~137MPa，整体性较好，裂隙较少。另一种是混合花岗岩，单轴抗压强度为122~162Mpa，节理较发育，裂隙较多。
选用的盾构机是典型的硬岩掘进机，刀具全部安装滚刀，无需任何刮刀（见图3）。
（1）施工过程中盾构机的模式基本上不需要变化。在软土地层中，若采用土压平衡模式，一般无需变化成开胸模式；在硬岩地层，若采用开胸模式掘进，一般无需变化成土压模式。
通常，在均一地层中的盾构机，在设计和制造时，一般不考虑模式的变化。
（2）盾构机的结构不需爱施工过程中进行改变。比如，在软土均一地层中，刀盘采用软土刀具，在施工过程中不需考虑是否会碰到硬岩而增加滚刀的问题。
（3）尽管均一地层中其物性也会有较大的变化，但只需在施工工艺上作出调整。均一地层上述两特点说明，在施工过程中盾构机做出结构型式上的任何改变，但是，正如前面提到的，均一地层并不是绝对的均质地层，这样，在地层特性改变之后，必需在施工工艺或施工参数上采取相应的措施。比如：同是在软土地层中施工，当地层是以砂层或砂粒层为主时，以土压平衡盾构机为例，则应适当添加膨润土或聚合物。若地层以粘性土为主时，则需添加适量的泡沫。如此等