中国城市盾构地层及刀盘配置
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中国城市盾构地层及刀盘配置
在新一轮的隧道及地下工程建设中， 盾构法将发挥更重要的作用，但同时也 面临着诸多问题和挑战，中国应用盾构的特点可以归纳为以下几个方面：
1.地质条件多样化
我国隧道及地下工程建设地域分布十分广泛， 地质条件差异打，东有以上海、
杭州等地区为代表的软土地层；南有以广州、深圳为代表的软硬不均复合地层； 北有以北京地区为代表的典型沙卵石地层；西有以成都为代表的富水砂卵石地层。 加之我国东北哈尔滨地区等地的冻土、 云南昆明面临的泥炭质土，中部地区如西 安、兰州等地的老黄土，武汉、南京等地越江地铁中的高磨耗卵砾石地层， 重庆、 青岛等地面临的高硬度岩层等。目前，盾构施工中还有很多的问题没有有效解决， 例如，软土地层隧道施工的稳定性问题，隧道结构的振陷问题，砂卵石、卵砾石 等地层面临的高磨耗问题，大粒径漂石、孤石的通过问题，以及老黄土地层导致 的遇水塌陷、地裂缝等，既是未来有待解决的典型问题， 也是我国盾构隧道修建 技术的研究方向。同时，当穿越高强度地层、完好坚硬岩石时，盾构法技术受到 了极大的挑战，如何考虑TBM法、钻爆法等与盾构法相结合，甚至多工法的有 机融合，是未来建设中需要面对的普遍问题。
根据地质勘察资料，我国的地层磨损性共分 4个区，即极易磨损区、易磨损
区、中等磨损区和低磨损区。
（1）极易磨损区
将砂卵石含量很高、上软下硬、极硬岩和花岗岩球状风化体岩层等复杂地层 划分为极易磨损区。极易磨损区土体物理力学参数特征：卵石含量高于 50%、内 摩擦角大于或等于35度、石英含量很高；地层中孤石粒径大、强度高、分不多； 基岩岩石饱和单轴抗压极限强度大于 150MP.极易磨损区常发生的刀具失效类型 有滚刀裂缝、刀圈断裂，切刀和周边刮刀磨损、脱落和崩断，贝壳刀磨损等。盾 构选型方面，应配置滚刀、切刀、周边刮刀和超前刀，并增大刀盘开口率，允许 破碎后的卵石通过刀盘面，以降低刀具磨损。极易磨损区的城市分布、地层情况 及建议配置刀具类型见表
极易磨损区城市分布、地层情况及配置刀具
地层 城市 建议刀具配置
砂卵石地层 北京广州成都 滚刀+切刀+周边刮刀+超 前刀 上软下硬地层 广州、深圳
极硬岩地层 广州、深圳
花岗岩球状风化体岩层 深圳
（2）易磨损区
易磨损区特点包括：砾石、圆砾石广泛分布，卵石含量低于 50%，内摩擦角
30-50度,石英含量高，地层中含孤石，基岩岩石饱和单轴抗压极限强度较大 （大 于或等于100MP）。易磨损区常发生的刀具失效类型有滚刀磨损、切刀、周边刮 刀磨损、齿刀磨损和中心刀磨损等。盾构选型方面，可适当配置滚刀或切刀，增 大刀盘开口率，允许破碎后的卵石通过刀盘面， 以降低刀具磨损。易磨损区的城 市分布、地层情况及建议配置刀具类型见表
易磨损区城市分布、地层情况及配置刀具
城市 地层描述 刀具配置建议
沈阳 粉质黏土，中粗砂，砾砂和圆砾地层 切刀+周边刮刀+贝壳刀
厦门 粉质黏土，砂质、砾质黏性土，下伏微风 化基岩岩石饱和单轴抗压强度最大值接近
150MP 滚刀+切刀+先行刀+中心 刀+周边刮刀
武汉 黏性土，细沙，中细砂混砾、卵石。含砂 粘土内摩擦角最大值30度左右，砾石主要 成分为石央、长石，且砾石含量最咼。 滚刀+切刀+中心刀+周边 刮刀
福州 黏性土、含碎石黏性土地层，含孤石，中
风化基岩岩石饱和单轴抗压极限强度最大
值接近100MP 滚刀+切刀+周边刮刀
哈尔滨 粉砂、中砂、砾石内摩擦角接近35度，颗
粒成分为石英、长石 滚刀+切刀+中心刀+周边 刮刀
大连 卵石（透镜体状）+含碎石粉质黏土（厚层
状）+碎石，下伏基岩为板岩、石英岩和凝 灰岩。卵石含量咼、粒径大，成分为石英 滚刀+切刀+先行刀+中心 刀+周边刮刀
岩。
长沙 粗砂+圆砾+卵石（含砂、砾石），石英质，
砾石粒径大
南宁 圆砾（厚层状）+砾砂，圆砾层中砾石颗粒
较大、含量咼，以石央岩、硅质岩为主
昆明 圆砾，碎石含量高（50%以上），粒径较大，
卵石、砾石成分主要为砂岩、石英等；下 伏基岩灰岩为次坚石
南京 砂土+含砾粉质黏土（内摩擦角接近 30
度），砾石含量较高，磨圆度差，主要成分
为石英 滚刀+切刀+周边刮刀
东莞 黏性土 +风化岩，上软下硬，地面以下
5-25m范围内微风化，岩石饱和单轴抗压 极限强度101MP，局部含球状风化体 滚刀+切刀+先行刀+周边 刮刀
乌鲁木 齐
粉土 +砾石土 切刀+先行刀+中心刀+周 边刮刀
（3）中等磨损区
中等磨损区的地层为局部含卵石的中粗砂且卵石含量较高 （20%-30%,粉质
黏土层中黏粒含量高，极易在刀盘中心结泥饼，进而造成刀具偏磨。中等磨损区 常发生的刀具失效类型有滚刀偏磨，刀圈断裂、刮刀脱落等。盾构选型方面，以 切刀和刮刀为主，部分配置滚刀，调整刀盘开口率，允许存在的大粒径卵石通过 刀盘面，以降低刀具磨损。中等磨损区城市分布、地城情况及建议配置刀具类型 见表
易磨损区城市分布、地层情况及配置刀具
城市 地层描述 刀具配置建议
西安 黄土为主，局部为含卵石的中、粗砂 滚刀+切刀+周边刮刀
太原 粉土（局部夹中砂透镜体）+中粗砂（矿物
质成分主要为石英、长石、云母等，级配 不良） 切刀+周边刮刀
宁波 砂质粘土 + 淤泥质（粉质）黏土 +粉质黏土 切刀+周边刮刀
南昌 砾砂+粗砂（内摩擦角醉倒36.5度）+砾砂
夹圆砾，母岩成分以石英岩、砂岩为主， 圆砾含量较咼，粒径较大，中粗砂填充， 砂成分以石央、长石为主 切刀+周边刮刀+周边保 径刀+撕裂刀+鱼尾刀+ 滚 刀
合肥 粉质黏土 +黏土 +全 ~中风化泥质砂岩（极软
岩） 辐条式刀盘：切刀+撕裂 刀+鱼尾刀+周边刮刀+保 径刀+圆环保护刀+超挖 刀+贝壳刀
兰州 卵石层厚度大，为砂土充填，充填程度咼，
母岩以石英岩长石砂岩为主 滚刀+切刀+周边刮刀
（4）低磨损区
低磨损区的软土地层以黏性土为主，地层均匀、单一，很少或不含粗粒土， 或者砾石埋深较深，几乎不在盾构掘进范围内。盾构在此类地层中施工时受力均 匀，能顺利运转和前进。低磨损区常发生的刀盘刀具失效类型有刀盘中心结泥饼、 刀具偏磨等。盾构选型方面，以挂刀为主，盾构施工中添加土体改良材料，避免 发生结泥饼或开挖面失稳，以降低刀具的损坏率。低磨损区的城市分布、地层情 况及建议配置刀具类型见表
低磨损区分布、地层情况及建议配置刀具
城市 地层描述 刀具配置建议
上海 黏性土（软土层）
中心鱼尾刀+切刀+周边 刮刀 天津 黏性土
郑州 厚层砂质黄土、黏性土
长春 地层以粉质黏土、黏土、粗砂为主
苏州 粉质黏土 +粉土 +粉砂+碎石土（埋深较深）
杭州 黏性土 +淤泥质（粉质黏土），粉细砂、砾
砂和圆砾埋深较深
石家庄 黏性土 +含卵砾石中砂+卵石层内摩擦角局
部达40度，但埋深较深（地面以下40米）
无锡 黏性土
贵阳 黏土+强~中风化泥岩（软岩）
常州 黏性土 +粉砂
温州 粉细砂+黏土 +淤泥质黏土
徐州 粉砂+粉土 +黏土
济南 黏性土 +粉砂
西宁 黏性土
