我國地域遼闊，地質多樣，如以上海、杭州、甯波等地為代表的軟黏土，施工過程中存在掌子面穩定性差、頂進姿态難以控制、管材在土層中受力不均、管材上浮等難題；以廣州、深圳、廈門、湖南為代表的軟硬不均複合地層，其地質複雜多變，具有強度差異大、孤石強度高等特點，頂管施工易出現刀盤與刀具磨損或損壞、地層穩定性差等特點；以成都、蘭州等地為代表的富水砂卵石地層，以及以北京為代表的典型砂卵石地層等，其盾構施工面臨高磨耗、大粒徑漂石通過性差等難點。因此, 不同地層對施工方法的适應性、安全性和經濟性均提出了新的要求。

複雜多樣的地層分類

相對均一地層/軟硬不均複合地層

土質分類

在頂管施工過程中，經常遇到黏土、粉土、砂、礫、卵石、岩石等地層或若幹地層組成的混合地層。不同地層對設備選型和施工工藝的要求不同。必須重視圍岩力學特征的各向均勻性問題,并綜合考慮地層的顆粒粒徑、級配、耐磨性指标、彈性模量、滲透系數等物理力學特性。在我國“重大工程建設關鍵技術研究”中，宏觀地将隧道工程所涉及的圍岩地層劃分為相對均一地層和軟硬不均複合地層兩大類，對頂管施工具備極高的指導性。

相對均一地質

多變的相對均一地質

嚴格意義上的各向同性均質地層在自然界是不存在的。學界定義的相對均一地層是指在施工開挖斷面範圍内和開挖延伸方向上，由一種或若幹種地層組成的，但其岩土物理力學參數（顆粒粒徑、級配、滲透性和力學指标等）、耐磨性指标等特性相近的地層或地層組合。隧道、頂管工程所涉及的相對均一地層主要有軟土地層、岩層、砂土層等。

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軟土地層

軟土地層具有天然含水量高、壓縮性高、承載能力低、物理性質呈軟塑到流塑狀等特點。如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮飽和黏性土、粉土等地層，其中黏性土一般又可分為黏質土、砂質黏土和粉質黏土。

軟土地層的特征為外觀以灰色為主的細粒土，天然含水量大于或等于液限，天然空隙率 大于或等于1.01等。這種地層普遍存在于天津、杭州、甯波、上海等地。

軟土地層

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岩層

岩層是岩土力學及工程地質等特征差異相對較小的地層或地層組合。按飽和單軸抗壓 強度可分為硬質岩層和軟質岩層。

硬質岩層有花崗岩、片麻岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、大理岩等。其中單軸抗壓強度在60 MPa以上的為極硬岩石，強度30〜60 MPa的為次硬岩石。

軟質岩層有黏土岩、頁岩、綠泥岩、雲母片岩、泥質粉砂岩等，單軸抗壓強度為5〜 30 MPa,這種地層常見于重慶等地。

岩層

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砂土層

常見的砂土層主要分為細砂、粉砂、中砂、粗砂、礫砂等。

砂土層具有含水豐富、膠結強度低、穩定性差、氣密性差、透水性高等顯著特點。這種地層常見于北京東部、天津、上海、杭州等地。

多變的砂土層

根據《岩土工程勘察規範》（GB 50021—2001），砂土層的分類方法可見下表。

砂土層具體分類表

軟硬不均地質

軟硬不均複合地層是指在頂管開挖面範圍内和頂進延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成,且岩土物理力學參數（顆粒粒徑、級配、滲透性和力學指标等）、耐磨性指标等特 性相差懸殊的組合地層。在工程施工過程中，典型的軟硬不均複合地層有上軟下硬地層、孤石地層、大粒徑砂卵石地層等。

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上軟下硬地層

上軟下硬地層是軟硬不均地層中最常見的一種。即頂進斷面上部是松軟土層，而下部 是堅硬的岩石地層；或者上部是軟弱岩層，而下部是硬質岩層；或是在硬質岩層中夾軟弱岩層，軟弱岩層中夾硬質岩層,岩石地層中夾破碎帶、溶洞，等等。這種地層常見于廣州、深圳、 南京等地。

軟硬不均複合地層

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孤石地層

孤石地層是軟硬不均複合地層中的典型代表之一，是花崗岩地層比較突出的一個不良地質現象，也是目前施工過程中遇到的最大難題之一。

從發育的岩性上講，在如花崗岩、玄武岩、片麻岩、安山岩、砂岩，以及其他一些類型的岩石中均有發現，并且孤石多發育于風化作用活躍的厚層裂隙發育地帶。

孤石的分布具有離散性、空間特性不規律、形狀各異、大小不一等特征，岩石單軸抗壓強度可以達到120 MPa以上，與周邊岩層強度差異較大。孤石地層是廣州、深圳、廈門、福州等地普遍存在的一種地質現象。

孤石地層

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大粒徑砂卵石地層

大粒徑砂卵石地層是一種典型的力學不穩定地層，其卵石顆粒間空隙大，顆粒間無黏聚力，無水狀态下顆粒間為點對點傳力，地層反應靈敏。

大粒徑砂卵石地層是砂卵石地層的一種典型代表。廣義上，所有以漂石（塊石）、卵石 （碎石）、礫石（角礫）為主，含有砂土及少量黏性土粒的粗碎屑堆積物，統稱砂卵石。

天然的砂卵石是由許多大小不等的顆粒組成。根據土力學相關規定，砂是指粒徑0.075~2 mm的顆粒，卵石是指粒徑60〜200 mm的顆粒，大粒徑卵石是指粒徑大于200 mm的顆粒。砂卵石地層是指以砂和卵礫石為主的地層，并且卵石含量較高。

一般所述的大粒徑砂卵石地層，是指卵石粒徑大于200 mm，且卵石含量超過50%的砂卵石地層。其具有卵石粒徑大、強度高、結構松散、顆粒之間空隙大、無膠結等特征。主要分布于北京、成都、蘭州等地。

砂卵石地層

湖南地區以複雜地質為主，頂進施工過程中，多種地層在同一個頂進斷面上，是一種常态。

複雜地層情況下施工，意味着以上地層分類的錯雜交複，帶來強度上的劇烈變化和多種施工疑難。

一般情況下，頂管斷管上的優勢地層決定了頂管施工設備的配型和施工技術方案的設計方向，但當幾種地質之間軟硬程度相差過大時，會給施工帶來極大挑戰，極易發生機頭扭轉、偏離頂進軌迹、刀盤頂死等情況的發生，須引起高度重視。

健偉通創新頂管技術，綜合解決複雜地質下的頂管施工疑難點。系列非開挖頂管成套設備及其配套施工工藝，采用複合式刀盤結構，其領創性的全地質覆蓋能力，“刀盤防堵” “複合破碎” “靈活排泥”的優化思路，在一個頂進斷面，可同時完成地層刮削破碎、岩石壓裂破碎，可從源頭應對解決複雜地質情況下，因設備選型刀頭、刀頭選配錯誤等導緻的設備卡死、設施損害、工程停滞等重大問題，切實保障工程品質，全方位降本增效。

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