摘　要：本文以深圳地铁５号线民治站～五和站盾构区间为工程实例，分析地铁盾构施工时盾构机掘进参数的变化情况，并对这些掘进参数进行分析，得到盾构机穿越花岗岩球状风化体时掘进参数的变化范围。希望对类似工程的施工具有一定的借鉴作用。

关键词：盾构施工；花岗岩；球状风化体；掘进参数

　　

      在我国东南部，尤其在广东、福建一带，花岗岩分布相当广泛。花岗岩在形成过程中，裸露在地表处的花岗岩块状岩石经物理、化学风化作用，形成椭球状孤石与土状风化物混杂的球状风化体。由于花岗岩球状风化体的存在，造成相邻土体软硬程度相差较大，致使盾构施工时盾构机掘进进程极其困难，而且极易造成盾构机刀具的损坏，给施工带来极大的不便。所以，在盾构施工过程中，根据工程地质情况选取适宜的掘进参数非常重要。这是因为掘进参数与工程地质参数之间具有一定的对应关系，研究这种对应关系，对于控制盾构机的掘进状态，以满足盾构施工过程中安全、质量和经济的要求，以及有效地控制地表沉降具有重要的意义。本文旨在介绍深圳地铁５号线民治站～五合站区间盾构法施工时盾构机穿越花岗岩球状风化体时掘进参数的控制分析，希望对深圳 乃至 其他城市的 地铁建设 有一定的借鉴作用。

 

      深圳地铁５号线（环中线）工程民治站～五和站区间起始于民治大道与平南铁路交叉口东侧深圳地铁５号线（环中线）民治站，沿平南铁路向东北方向延伸，终止于布龙公路与平南铁路交叉口东南侧，四季花城北侧深圳地铁５号线（环中线）五和站。线路起讫里程为右线ＤＫ２１＋７６１．３９１～ＤＫ２３＋８１９．４８７，长２０５８．０９６ｍ（右ＤＫ２２＋４９９．５３２＝右ＤＫ２２＋５００．０００短链０．４６８ｍ）；左线ＤＫ２１＋８２２．５９１～ ＤＫＤ２３＋８１９．４８７，长１９９６．８９６ｍ（左ＤＫ２２＋４９９．５３２＝左ＤＫ２２＋５００．０００短链０．４６８ｍ，左ＤＫ２３＋８０７．５３４＝左ＤＫ２３＋８００．０００长链７．５３４ｍ）。右线里程ＤＫ２１＋ ７６１．３９１ ～ ＤＫ２３ ＋ １０７．１０线 间 距 均 为１３．２０ｍ，ＤＫ２３＋１０７．１０～ＤＫ２３＋８１９．４８７线间距由１３．２０ｍ渐变为１５．２０ｍ。本施工段隧道断面尺寸为６ｍ，圆形隧道，隧道上覆地层厚度为８．５ｍ～２６．５ｍ。

 

      区间范围内上覆主要分布的地层有第四系全新统人工堆积层（Ｑ_４^ｍｌ）、第四系全新统冲洪积层（Ｑ_４^{ａｌ＋ｐｌ}）、第四系上更新统坡积层（Ｑ_３^ｄｌ）、第四系残积层（Ｑ^ｅｌ）和燕山期花岗岩残积土（γ_５^３），主要地层概述如下：

      （１）第四系全新统人工堆积层（Ｑ_４^ｍｌ），按填土成份不同可分为①_１、ｉｉ_２２个亚层。分述如下：

      ①_１素填土：红褐、黄褐、灰褐、棕黄、灰黑、褐红、棕红、灰白色，可塑～坚硬，以粘性土为主，混砂砾，局部夹碎石，结构松散，呈透镜体状分布。厚０～１２．６ｍ，层底高程５６．６５～８６．２０ｍ，层底埋深０．６～１２．６ｍ。

      ①_２素填土：杂色，灰白色，松散，稍密，稍湿，以建筑垃圾和生活垃圾组成，以砂及粘性土充填，呈透镜体状分布。厚０～４．００ｍ，层底高程６１．０５～７３．４３ｍ，层底埋深０．７～４．０ｍ。

      （２）燕山期花岗岩残积土（γ_５^３）：燕山期粗粒（或细粒）花岗岩经物理、化学风化作用后形成花岗岩残积土层，该土层厚度可达１８ｍ～４０ｍ。按照其大于２ｍｍ颗粒含量（％）可分为砾质粘性土和砂质粘性土２个亚层。分述如下：

      砾质粘性土：黄褐、灰褐、灰黄、红褐、肉红、黄褐色夹灰白色、红褐色夹灰白色，可塑～坚硬，由花岗岩风化残积形成。具中等～高压缩性，在勘探深度内最大揭示厚度３３．３ｍ，层顶高程４９．５６～８６．２０ｍ，层顶埋深０．６～２５．５ｍ。

      砂质粘性土：红褐色、黄褐色、黄褐色夹灰白色，红褐色夹灰白色，硬塑～坚硬，由花岗岩风化残积形成。具中等～高压缩性，呈透镜体状分布。厚０～２０．６ｍ，层顶高程６０．８６～７０．５４ｍ，层顶埋深０．６～２５．５ｍ。

      由于风化不均匀，残积土中局部残留有孤石。

      区间球状风化体的存在具有离散型，详勘图上实际勘察钻孔区间仅为３０～４０ｍ，不能完全体现整个区间的地质状况。为此，我们采用钻探与物探相结合的方法，对整个区间进行补充勘探，得到在整个区间内左线共存在１９个球状风化体，详见表１。

 

      深圳地铁５号线（环中线）工程民治站～五和站区间的地铁施工中，选用的是土压平衡式盾构机。本文所处理的数据是盾构机在掘进过程中，通过传感器所收集到的数据。掘进次数Ｎ的取值范围为１～１１２０之间，共１１２０次．当Ｎ＝１时，对应的里程为左线ＤＫ２１＋８２２．５９１～ＤＫ２１＋８２４．０９１，掘进号每增 加一次，盾构机就向前推进１．５ｍ。

      影响盾构机掘进效能的主要参数有刀盘转速ｒ、刀盘扭矩Ｍ、总推力Ｆ和推进速度ν。本文将掘进报告中的上述掘进参数进行整理分析，得到各参数随掘进次数的变化曲线如图１所示。由于掘进过程是连续的，而且每次掘进时盾构机的推进距离相等，因此横轴可看作掘进行程的次数。

      从表１中找出采用切削破碎和挖孔破碎花岗岩球状风化体处盾构施工时对应的掘进次数，并在图１中找出与此掘进次数相对应的掘进参数，得到盾构机穿越花岗岩球状风化体时掘进参数的变化范围，列于表２、表３。

      由表２、表３可知，盾构穿越花岗岩球状风化体时，为达到在施工过程中安全、高效、对周围环境影响小的控制目标，掘进参数应控制的范围如表４、表５所示。

      本文通过对深圳地铁５号线（环中线）工程民治站～五和站区间盾构施工的分析，论述了花岗岩球状风化体盾构施工时掘进参数的目标控制，得出以下结论：

      １）根据区间隧道的埋深和地质条件，盾构机直接切削破碎花岗岩球状风化体时掘进参数的控制范围为：刀盘转速：１．１～１．６ｒｐｍ；刀盘扭矩：０．９～２．３ＭＮ·ｍ；总推力：１００００～１５０００ＫＮ；掘进速度：１５～４５ｍｍ／ｍｉｎ。花岗岩球状风化体挖孔破碎后盾构法施工时掘进参数的控制范围为：刀盘转速：１．２～１．７ｒｐｍ；刀盘扭矩：１．４～２．８ＭＮ·ｍ；总推力：１００００～１４０００ＫＮ；掘进速度：２２～５４ｍｍ／ｍｉｎ。

      ２）由表４、表５对比分析可知，采用盾构法切削破碎花岗岩球状风化体时刀盘转速稍慢，刀盘扭矩较小，所施加的总推力较大，盾构机向前推进的速度较慢。

      ３）在盾构施工时，可根据工程详勘图判断花岗岩球状风化体存在的位置，在对应区间内把掘进参数设置在目标控制范围内，以免造成刀具磨损严重或偏磨，影响施工进度。

      ４）实际工程中，掘进参数的选取要根据具体情况而定，风化程度的不同，球状风化体的强度差异较大。所以掘进过程中要根据实际情况对掘进参数进行不断地修正，把握各项参数之间的相互联系，保证盾构机在掘进过程中顺利工作。