摘要：本文分析了三號(hào)線盾構(gòu)工程沿線的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況、地質(zhì)構(gòu)造情況、主要地質(zhì)特征，并對沿線的主要不良地質(zhì)情況進(jìn)行了探討，且提出了施工對策。
　　關(guān)鍵字：三號(hào)線，地質(zhì)特征，不良地質(zhì)，施工對策
　　1引言
　　廣州地鐵三號(hào)線盾構(gòu)工程沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)非常復(fù)雜，其中最重要的特點(diǎn)是工程范圍內(nèi)的巖土均一性差，物理力學(xué)特性差異大。沿線地層很多屬于不良地質(zhì)，例如：斷裂帶、上軟下硬地層、全斷面硬巖、花崗巖球狀風(fēng)化地層、富水砂層等，這給施工帶來極大困難。但經(jīng)過參建各方的共同努力，管理上精心組織，技術(shù)上不斷創(chuàng)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(zhì)概述
　　三號(hào)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(hào)線盾構(gòu)隧道穿過的地層在巖性、結(jié)構(gòu)、變質(zhì)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(zhì)粘土、淤泥質(zhì)砂。三號(hào)線所有盾構(gòu)區(qū)間隧道都穿過該層。
　　2）白堊系
　　白堊系上統(tǒng)巖性主要為棕紅色砂巖、含礫砂巖、礫巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r等，鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)。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(tǒng)巖性主要為紫紅色泥質(zhì)粉巖，粉砂質(zhì)泥巖，粉砂巖，粉細(xì)砂巖。包括：白鶴洞組廣鋼段、猴崗段。穿過該巖系的盾構(gòu)區(qū)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(zhì)頁巖。漢溪站～市橋站盾構(gòu)區(qū)間穿越該地層。
　　4）震旦系
　　該巖系以深變質(zhì)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(zhì)砂巖，長石石英砂巖及含石英粉砂質(zhì)泥巖等。大石站～漢溪站、漢溪站～市橋站盾構(gòu)區(qū)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、粗粒花崗結(jié)構(gòu)。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(xì)－粗粒結(jié)構(gòu)。市橋站～番禺廣場站、天河客運(yùn)站～華師站盾構(gòu)區(qū)間穿越該地層。
　　3地質(zhì)構(gòu)造
　　在區(qū)域構(gòu)造上，三號(hào)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(qū),其南端（禮村斷裂以南）屬于新造～化龍斷隆區(qū)。線路中段的白堊系沉積巖隸屬于三水?dāng)嘞葜械膹V州斷陷區(qū)。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(zhì)特征
　　三號(hào)線盾構(gòu)工程沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，隧道通過了沉積巖、巖漿巖（火成巖）、變質(zhì)巖三大類地層，其中最重要的特點(diǎn)是工程范圍內(nèi)的巖土均一性差，物理力學(xué)特性差異大。
　　1）水文地質(zhì)條件復(fù)雜
　　三號(hào)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(qū)間兩次穿越北珠江干流和支流，瀝滘站～大石站區(qū)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(fā)育，地表水對地下水有直接補(bǔ)給關(guān)系，因此富水性強(qiáng)，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。
　　2）粘土成分較高
　　室內(nèi)試驗(yàn)表明，無論是紅層，還是花崗巖和變質(zhì)巖，它們的殘積層和全風(fēng)化層中的粉粒和粘粒的含量一般都在42%～51%。
　　3）風(fēng)化殼和殘積土層發(fā)育
　　由于廣州氣候炎熱，雨量充沛，巖石的風(fēng)化作用強(qiáng)烈，殘積土全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖普遍存在。花崗巖類的風(fēng)化剖面發(fā)育較完全，但花崗巖類的風(fēng)化層中常出現(xiàn)孤石，尤其以堿性花崗巖風(fēng)化殘積土中的的居多。質(zhì)純灰?guī)r常常只有中微風(fēng)化巖，在巖面常有一層軟塑甚至流塑狀的炭質(zhì)淤泥層，但當(dāng)泥質(zhì)炭質(zhì)灰?guī)r或灰?guī)r中有碎屑巖夾層時(shí)，殘積土和全、強(qiáng)風(fēng)化巖也常達(dá)一定厚度。由于紅層中膠結(jié)物不同，巖石性質(zhì)成份、巖石的強(qiáng)度變化較大；又因地下水作用的強(qiáng)弱不同，構(gòu)造裂隙的差異，在紅層的風(fēng)化帶中常具有軟硬相間的特點(diǎn)。
　　4）巖層成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的差異性大
　　廣州地區(qū)巖層成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)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(dǎo)致盾構(gòu)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(guān)。一般說來，在50m深度內(nèi)，花崗巖、灰?guī)r、混合巖多屬硬質(zhì)巖；碎屑巖、紅層多屬軟質(zhì)巖，而膠結(jié)物為鈣鐵硅質(zhì)的也可屬硬質(zhì)巖。不同成因類型的巖體，其特征也不相同
　　5主要不良地質(zhì)及施工對策
　　1）斷裂帶
　　三號(hào)線盾構(gòu)區(qū)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(shí)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(wěn)地段應(yīng)采用土壓平衡模式掘進(jìn)，確保工作面的穩(wěn)定；（2）在富水地段，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中向土倉內(nèi)和掘進(jìn)面及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流動(dòng)性和止水性，以防失水。總體上看，三號(hào)線過斷裂帶是比較成功的。

　　圖1廣州地區(qū)活動(dòng)斷裂分布圖
　　
　　
　　
　　2）上軟下硬地層
　　三號(hào)線天河客運(yùn)站～華師站區(qū)間、市橋站～番禺廣場站區(qū)間、珠江新城站～客村站區(qū)間都遇到上軟下硬地層，在這種地層中掘進(jìn)非常困難。上軟下硬地層是上部為殘積土、坡積土、淤泥質(zhì)土以及砂層等軟弱地層，下部為堅(jiān)硬的巖石微風(fēng)化帶。此類地層下部堅(jiān)硬的巖石對滾刀破壞嚴(yán)重，而開挖擾動(dòng)，上部軟弱地層難以自穩(wěn)，這對刀具更換和地面建筑物的保護(hù)都帶來極大困難。主要施工對策有：（1）加強(qiáng)地質(zhì)補(bǔ)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(gòu)）筑物進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和鑒定，若有必要可采取注漿加固或基礎(chǔ)托換等措施。（2）盾構(gòu)機(jī)施工進(jìn)入上軟下硬地層前，在具備條件的地段停機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)設(shè)備檢查、修復(fù)，同時(shí)對損壞的刀具進(jìn)行更換。（3）刀具布置應(yīng)采用全斷面滾刀的刀具配置形式。（4）在工程施工前，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，提前安排刀具更換計(jì)劃，對于換刀困難的地段，可進(jìn)行預(yù)加固，以增加換刀時(shí)的安全性，預(yù)加固地點(diǎn)應(yīng)合理；或采用壓氣作業(yè)進(jìn)行換刀。（5）掘進(jìn)時(shí)，如發(fā)生掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩等發(fā)生突變或不在正常的范圍，應(yīng)立即分析原因，檢查刀具情況，不可盲目掘進(jìn)。（6）對于隧道下部堅(jiān)硬巖石，若盾構(gòu)機(jī)無法破除，可采用輔助措施進(jìn)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(jìn)行處理，然后盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過。（7）應(yīng)合理選擇、控制掘進(jìn)參數(shù)，例如盾構(gòu)機(jī)推力、刀盤扭矩等，減少對地層的擾動(dòng)，避免造成上部軟弱地層沉降塌陷。
　　3）全斷面硬巖
　　三號(hào)線地質(zhì)鉆探資料顯示，在天河客運(yùn)站～華師站區(qū)間、市橋站～番禺廣場站區(qū)間部分圍巖為IV、V類以上圍巖，抗壓強(qiáng)度最大達(dá)161MPa的硬巖。目前，盾構(gòu)在長距離花崗巖、混合巖等全斷面硬巖段掘進(jìn)困難，刀具損壞嚴(yán)重，施工速度非常緩慢。根據(jù)三號(hào)線經(jīng)驗(yàn)，對于長距離巖石抗壓強(qiáng)度很高的全斷面硬巖，宜采用礦山法開挖初支，然后盾構(gòu)通過的方式，市橋站～番禺廣場站區(qū)間和大石站～漢溪站區(qū)間都采用這種方法通過全斷面硬巖段。
　　4）花崗巖球狀風(fēng)化地層
　　三號(hào)線天河客運(yùn)站～華師站區(qū)間、市橋站～番禺廣場站區(qū)間多處通過俗稱“孤石”的花崗巖球狀風(fēng)化地層，“孤石”的單軸抗壓強(qiáng)度高達(dá)160MPa左右，其四周巖土層主要為花崗巖強(qiáng)、全風(fēng)化層，兩者強(qiáng)度差異較大，且四周巖土層穩(wěn)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(gòu)施工非常艱難。例如：天河客運(yùn)站～五山站區(qū)間盾構(gòu)機(jī)過348米球狀風(fēng)化體區(qū)，歷時(shí)8個(gè)月，先后進(jìn)行氣壓法換刀15次，更換各類刀具251把。盾構(gòu)通過花崗巖球狀風(fēng)化體區(qū)的關(guān)鍵是如何破除“孤石”，目前主要方法有：（1）對孤石周邊風(fēng)化土層進(jìn)行地面或洞內(nèi)預(yù)加固，然后再盾構(gòu)機(jī)破巖或人工破巖；（2）洞內(nèi)靜態(tài)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(yè)條件下人工破除孤石，破除時(shí)可采用巖石分裂機(jī)等設(shè)備。
　　5）富水砂層
　　由于砂層含水量豐富，滲透性好，且受擾動(dòng)后易液化，因此土壓平衡盾構(gòu)在砂層中掘進(jìn)很容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，一方面，需用大量時(shí)間進(jìn)行盾尾清理，嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工進(jìn)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(dǎo)致地面建筑物建（構(gòu)）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(yīng)措施，主要有：（1）在過砂層之前，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢查及維修保養(yǎng)。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(shí)對管片背后進(jìn)行填充，亦導(dǎo)致沉降難以控制；另一方面，防止因故障長時(shí)間停機(jī)，而導(dǎo)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(shí)填充。（2）進(jìn)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(fā)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(shí)填充管片背后空隙，防止沉降進(jìn)一步擴(kuò)大。（4）合理選擇掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)。一般采用土壓平衡模式，根據(jù)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(jìn)參數(shù)，例如：螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速、閘門開度，刀盤轉(zhuǎn)速，推進(jìn)千斤頂?shù)耐屏Φ取＃?）控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。若盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)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(shù)，嚴(yán)格控制出土量。要做到既不能多出，也不能少出。若少出，會(huì)造成土倉壓力增大，掘進(jìn)速度減慢；若多出，會(huì)造成地面沉降增大，甚至地面塌方。（7）盡量做到快速通過。應(yīng)該盡量提高掘進(jìn)速度，避免刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)對地層擾動(dòng)時(shí)間過長，造成上部砂層松動(dòng)，同時(shí)掘進(jìn)速度加快能夠及早為管片背后注漿創(chuàng)造條件，有利于隧道穩(wěn)定和控制地表沉降。
　　6結(jié)語
　　廣州地鐵三號(hào)線地質(zhì)條件非常復(fù)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(fēng)化地層，在解決難題過程中也積累了豐富的寶貴經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過參建各方的共同努力，管理上精心組織，技術(shù)上不斷創(chuàng)新，多次成功采用了新的工法、新的工藝，確保了8個(gè)盾構(gòu)標(biāo)段順利貫通。
　　
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