中国城市盾构地层及刀盘配置

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 砂卵石地层 城市 北京 广州 成都 建议刀具配置 滚刀+切刀+周边刮刀+超--

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上软下硬地层 极硬岩地层 花岗岩球状风化体岩层

（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 沈阳 地层描述 粉质黏土，中粗砂，砾砂和圆砾地层 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 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，砾石主要成分为石英、长石，且砾石含量最高。 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 粉砂、中砂、砾石内摩擦角接近35度，颗粒成分为石英、长石 刀具配置建议 切刀+周边刮刀+贝壳刀 滚刀+切刀+先行刀+中心刀+周边刮刀 广州、深圳 广州、深圳 深圳 前刀 厦门 武汉 滚刀+切刀+中心刀+周边刮刀 福州 滚刀+切刀+周边刮刀 哈尔滨 滚刀+切刀+中心刀+周边刮刀 --

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卵石（透镜体状）+含碎石粉质黏土（厚层大连 状）+碎石，下伏基岩为板岩、石英岩和凝灰岩。卵石含量高、粒径大，成分为石英岩。 粗砂+圆砾+卵石（含砂、砾石），石英质，滚刀+切刀+先行刀+中心砾石粒径大 刀+周边刮刀 圆砾（厚层状）+砾砂，圆砾层中砾石颗粒较大、含量高，以石英岩、硅质岩为主 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 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 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 粉土+砾石土

（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 西安 地层描述 黄土为主，局部为含卵石的中、粗砂 刀具配置建议 滚刀+切刀+周边刮刀 长沙 南宁 昆明 南京 滚刀+切刀+周边刮刀 东莞 滚刀+切刀+先行刀+周边刮刀 切刀+先行刀+中心刀+周边刮刀 乌鲁木齐 --

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粉土（局部夹中砂透镜体）+中粗砂（矿物太原 质成分主要为石英、长石、云母等，级配不良） 砂质粘土+淤泥质（粉质）黏土+粉质黏土 切刀+周边刮刀 宁波 切刀+周边刮刀 南昌 砾砂+粗砂（内摩擦角醉倒36.5度）+砾砂切刀+周边刮刀+周边保夹圆砾，母岩成分以石英岩、砂岩为主，径刀+撕裂刀+鱼尾刀+滚刀 圆砾含量较高，粒径较大，中粗砂填充，砂成分以石英、长石为主 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 滚刀+切刀+周边刮刀 合肥 粉质黏土+黏土+全~中风化泥质砂岩（极软岩） 兰州 卵石层厚度大，为砂土充填，充填程度高，母岩以石英岩长石砂岩为主

（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 上海 天津 郑州 长春 苏州 地层描述 黏性土（软土层） 黏性土 厚层砂质黄土、黏性土 地层以粉质黏土、黏土、粗砂为主 粉质黏土+粉土+粉砂+碎石土（埋深较深） --

中心鱼尾刀+切刀+周边刮刀 刀具配置建议 --

杭州 黏性土+淤泥质（粉质黏土），粉细砂、砾砂和圆砾埋深较深 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） 黏性土 黏土+强~中风化泥岩（软岩） 黏性土+粉砂 粉细砂+黏土+淤泥质黏土 粉砂+粉土+黏土 黏性土+粉砂 黏性土 石家庄 无锡 贵阳 常州 温州 徐州 济南 西宁

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