摘要：本文分析了三號線盾構工程沿線的工程地質與水文地質概況、地質構造情況、主要地質特征，并對沿線的主要不良地質情況進行了探討，且提出了施工對策。
　　關鍵字：三號線，地質特征，不良地質，施工對策
　　1引言
　　廣州地鐵三號線盾構工程沿線的工程地質、水文地質非常復雜，其中最重要的特點是工程范圍內的巖土均一性差，物理力學特性差異大。沿線地層很多屬于不良地質，例如：斷裂帶、上軟下硬地層、全斷面硬巖、花崗巖球狀風化地層、富水砂層等，這給施工帶來極大困難。但經過參建各方的共同努力，管理上精心組織，技術上不斷創新，多次成功采用了新的工法、新的工藝，確保了2006年底全線順利開通。
　　2地質概述
　　三號線沿線的基巖地層主要是白堊系，侏羅系和震旦系的地層亦有分布，基巖上部廣泛分布第四系，基巖與第四系之間缺乏第三系。三號線盾構隧道穿過的地層在巖性、結構、變質程度等方面存在巨大差異。
　　1）第四系
　　該層頂部主要是人工填土層，上部為沖積、淤積砂層、土層，中部是沖、洪積粘性土層，底部是殘積層、沖洪積粉土、粉質粘土、淤泥質砂。三號線所有盾構區間隧道都穿過該層。
　　2）白堊系
　　白堊系上統巖性主要為棕紅色砂巖、含礫砂巖、礫巖、泥質粉砂巖、泥灰巖等，鈣質、泥質膠結。包括：大朗山組三元里段，三水組西壕段、東湖段、康樂段。白堊系下統巖性主要為紫紅色泥質粉巖，粉砂質泥巖，粉砂巖，粉細砂巖。包括：白鶴洞組廣鋼段、猴崗段。穿過該巖系的盾構區間有：珠江新城站～客村站、五山站～華師站、客村站～大塘站、大塘站～瀝滘站、瀝滘站～大石站、大石站～漢溪站。
　　3）侏羅系
　　該巖系是雜色巖系，主要為紫紅色，灰白色砂巖，粉砂巖，泥巖組成，見黑色炭質頁巖。漢溪站～市橋站盾構區間穿越該地層。
　　4）震旦系
　　該巖系以深變質海相巖石為主，主要由各類混合巖，絹云母千枚巖，片巖，石英巖，石英片麻巖組成，部分地方為殘變質砂巖，長石石英砂巖及含石英粉砂質泥巖等。大石站～漢溪站、漢溪站～市橋站盾構區間穿越該地層。
　　5）燕山期花崗巖
　　燕山三期的粗粒黑云母花崗巖分布于市橋附近，巖性一般為肉紅色，具中、粗�；◢徑Y構。燕山四期黑云母二長花崗巖分布于瘦狗嶺斷裂以北，巖性為灰色，肉紅色，細－粗粒結構。市橋站～番禺廣場站、天河客運站～華師站盾構區間穿越該地層。
　　3地質構造
　　在區域構造上，三號線北端（瘦狗嶺斷層以北）屬于增城凸起的白云山～羅崗斷隆區,其南端（禮村斷裂以南）屬于新造～化龍斷隆區。線路中段的白堊系沉積巖隸屬于三水斷陷中的廣州斷陷區。如圖1所示。
　　1）褶皺
　　沿線通過的主要褶皺有天河向斜、大塘背斜、珠江向斜和順德向斜。
　　2）斷裂
　　線路穿過的斷層主要有：瘦狗嶺斷裂、廣三斷裂、禮村斷裂、里仁洞斷裂、市橋斷裂等。
　　4地質特征
　　三號線盾構工程沿線的工程地質、水文地質條件比較復雜，隧道通過了沉積巖、巖漿巖（火成巖）、變質巖三大類地層，其中最重要的特點是工程范圍內的巖土均一性差，物理力學特性差異大。
　　1）水文地質條件復雜
　　三號線沿線溝渠密布，江河縱橫，隧道多次橫穿珠江主水道，珠江新城站～客村站區間兩次穿越北珠江干流和支流，瀝滘站～大石站區間穿越了312m寬的三枝香水道和505m寬的南珠江。沿線第四系砂層發育，地表水對地下水有直接補給關系，因此富水性強，水文地質條件十分復雜。
　　2）粘土成分較高
　　室內試驗表明，無論是紅層，還是花崗巖和變質巖，它們的殘積層和全風化層中的粉粒和粘粒的含量一般都在42%～51%。
　　3）風化殼和殘積土層發育
　　由于廣州氣候炎熱，雨量充沛，巖石的風化作用強烈，殘積土全風化巖和強風化巖普遍存在�；◢弾r類的風化剖面發育較完全，但花崗巖類的風化層中常出現孤石，尤其以堿性花崗巖風化殘積土中的的居多。質純灰巖常常只有中微風化巖，在巖面常有一層軟塑甚至流塑狀的炭質淤泥層，但當泥質炭質灰巖或灰巖中有碎屑巖夾層時，殘積土和全、強風化巖也常達一定厚度。由于紅層中膠結物不同，巖石性質成份、巖石的強度變化較大；又因地下水作用的強弱不同，構造裂隙的差異，在紅層的風化帶中常具有軟硬相間的特點。
　　4）巖層成分、結構和構造的差異性大
　　廣州地區巖層成分、結構和構造的差異非常大，即使是同一類的巖石，其巖性特征也不盡相同，這導致盾構施工特征也不一樣。
　　5）地層巖石多樣，不同地層的巖土工程特征顯著
　　巖土工程特征差異與巖石種類密切相關。一般說來，在50m深度內，花崗巖、灰巖、混合巖多屬硬質巖；碎屑巖、紅層多屬軟質巖，而膠結物為鈣鐵硅質的也可屬硬質巖。不同成因類型的巖體，其特征也不相同
　　5主要不良地質及施工對策
　　1）斷裂帶
　　三號線盾構區間多次穿越斷裂帶，斷裂帶最大的問題是巖體破碎，相對周邊完整的基巖屬于軟弱夾層，在隧道施工時容易造成涌水、坍塌等工程事故。為保證施工安全，需采取必要措施，如：（1）在地層不穩地段應采用土壓平衡模式掘進，確保工作面的穩定；（2）在富水地段，盾構掘進過程中向土倉內和掘進面及螺旋輸送機內注入添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流動性和止水性，以防失水。總體上看，三號線過斷裂帶是比較成功的。

　　圖1廣州地區活動斷裂分布圖
　　
　　
　　
　　2）上軟下硬地層
　　三號線天河客運站～華師站區間、市橋站～番禺廣場站區間、珠江新城站～客村站區間都遇到上軟下硬地層，在這種地層中掘進非常困難。上軟下硬地層是上部為殘積土、坡積土、淤泥質土以及砂層等軟弱地層，下部為堅硬的巖石微風化帶。此類地層下部堅硬的巖石對滾刀破壞嚴重，而開挖擾動，上部軟弱地層難以自穩，這對刀具更換和地面建筑物的保護都帶來極大困難。主要施工對策有：（1）加強地質補勘，摸清上軟下硬地層的地層特性以及巖石分界線；對周邊建（構）筑物進行詳細調查和鑒定，若有必要可采取注漿加固或基礎托換等措施。（2）盾構機施工進入上軟下硬地層前，在具備條件的地段停機進行盾構機設備檢查、修復，同時對損壞的刀具進行更換。（3）刀具布置應采用全斷面滾刀的刀具配置形式。（4）在工程施工前，應根據工程地質條件，提前安排刀具更換計劃，對于換刀困難的地段，可進行預加固，以增加換刀時的安全性，預加固地點應合理；或采用壓氣作業進行換刀。（5）掘進時，如發生掘進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩等發生突變或不在正常的范圍，應立即分析原因，檢查刀具情況，不可盲目掘進。（6）對于隧道下部堅硬巖石，若盾構機無法破除，可采用輔助措施進行處理，例如采用沖孔樁沖孔破除，或采用火工爆破的方法進行處理，然后盾構機掘進通過。（7）應合理選擇、控制掘進參數，例如盾構機推力、刀盤扭矩等，減少對地層的擾動，避免造成上部軟弱地層沉降塌陷。
　　3）全斷面硬巖
　　三號線地質鉆探資料顯示，在天河客運站～華師站區間、市橋站～番禺廣場站區間部分圍巖為IV、V類以上圍巖，抗壓強度最大達161MPa的硬巖。目前，盾構在長距離花崗巖、混合巖等全斷面硬巖段掘進困難，刀具損壞嚴重，施工速度非常緩慢。根據三號線經驗，對于長距離巖石抗壓強度很高的全斷面硬巖，宜采用礦山法開挖初支，然后盾構通過的方式，市橋站～番禺廣場站區間和大石站～漢溪站區間都采用這種方法通過全斷面硬巖段。
　　4）花崗巖球狀風化地層
　　三號線天河客運站～華師站區間、市橋站～番禺廣場站區間多處通過俗稱“孤石”的花崗巖球狀風化地層，“孤石”的單軸抗壓強度高達160MPa左右，其四周巖土層主要為花崗巖強、全風化層，兩者強度差異較大，且四周巖土層穩定性差，多屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖。這給刀具破除“孤石”帶來極大困難，甚至無法破除，因此，盾構施工非常艱難。例如：天河客運站～五山站區間盾構機過348米球狀風化體區，歷時8個月，先后進行氣壓法換刀15次，更換各類刀具251把。盾構通過花崗巖球狀風化體區的關鍵是如何破除“孤石”，目前主要方法有：（1）對孤石周邊風化土層進行地面或洞內預加固，然后再盾構機破巖或人工破巖；（2）洞內靜態爆破或火藥爆破；（3）地面鉆孔爆破或沖孔破除孤石；（4）壓氣作業條件下人工破除孤石，破除時可采用巖石分裂機等設備。
　　5）富水砂層
　　由于砂層含水量豐富，滲透性好，且受擾動后易液化，因此土壓平衡盾構在砂層中掘進很容易出現噴涌現象，一方面，需用大量時間進行盾尾清理，嚴重影響盾構施工進度，另外，大量泥沙噴出或砂遇水液化，均易引起地層沉降，從而最終導致地面建筑物建（構）筑物沉降，甚至破壞。為了減少地面沉降，保證建筑物安全，需采取相應措施，主要有：（1）在過砂層之前，對盾構機進行全面檢查及維修保養。一方面，防止泥水、砂漿從盾尾密封冒出，一旦泥水大量從盾尾冒出，易造成失水沉降，而砂漿從盾尾冒出，將無法及時對管片背后進行填充，亦導致沉降難以控制；另一方面，防止因故障長時間停機，而導致土倉大量積水，且盾體外殼與開挖隧道之間的空隙無法及時填充。（2）進行土體改良。主要是采用聚合物添加劑、膨潤土等來改良渣土，以改善渣土的和易性，增加止水效果，避免噴涌的發生。（3）做好同步注漿和二次注漿工作。一方面，防止隧道后方的水流入土倉；另一方面，及時填充管片背后空隙，防止沉降進一步擴大。（4）合理選擇掘進模式和掘進參數。一般采用土壓平衡模式，根據地下水位、地層條件、隧道埋深等合理選擇土倉壓力。合理選擇掘進參數，例如：螺旋輸送器的轉速、閘門開度，刀盤轉速，推進千斤頂的推力等。（5）控制好盾構機的姿態。若盾構機姿態不好，需要糾偏，這對控制沉降及其不利。（6）合理確定渣土的松散系數，嚴格控制出土量。要做到既不能多出，也不能少出。若少出，會造成土倉壓力增大，掘進速度減慢；若多出，會造成地面沉降增大，甚至地面塌方。（7）盡量做到快速通過。應該盡量提高掘進速度，避免刀盤轉動對地層擾動時間過長，造成上部砂層松動，同時掘進速度加快能夠及早為管片背后注漿創造條件，有利于隧道穩定和控制地表沉降。
　　6結語
　　廣州地鐵三號線地質條件非常復雜，施工中碰到了眾多難題，如穿越花崗巖上軟下硬地層、穿越花崗巖球狀風化地層，在解決難題過程中也積累了豐富的寶貴經驗。經過參建各方的共同努力，管理上精心組織，技術上不斷創新，多次成功采用了新的工法、新的工藝，確保了8個盾構標段順利貫通。
　　
　　參考文獻：
　　[1]廣州市軌道交通三號線土建施工技術研究最終成果（內部資料）.
　　[2]竺維彬,鞠世鍵,史海歐.廣州地鐵三號線盾構隧道工程施工技術研究.廣州：暨南大學出版社，2007.
　　[3]竺維彬,鞠世鍵.復合地層中的盾構施工技術.北京：中國科學技術出版社，2006.
　　[4]林本海.廣東巖土地層特點與地層歸一性劃分方法.建筑監督檢測與造價，2009，2（1）：1-11.
　　[5]彭衛平,容穗紅.廣州市水文地質特征分析.城市勘察，2006，3：59-63
　　[6]謝明.廣州地鐵沿線巖土分層系統的建立和特征以及在地鐵、輕軌勘察規范中增設巖土分層規定的必要性和可行性.地鐵與輕軌，2000，1：17-24.