一、工程概况
苏埃通道盾构隧道为双线圆形隧道，盾构隧道由南岸围堰始发井（里程 EK6+837.5）始发掘进，向北下穿海湾至北岸工作井（里程 EK3+790）接收，东线长 3047.5m，西线长 3045.75m。隧道覆土 8.0～17.1m，海水 3.0～13.5m；线路平面基本为直线，纵向最大坡度为 3.0%；隧道内径 13.3m，外径 14.5m，管片壁厚 600mm，环宽 2m，楔形量 48mm，采用“7+2+1”分块错缝拼装。盾构隧道下穿苏埃海湾主航道段存在三段基岩凸起侵入隧道范围。工程投入两台泥水平衡盾构机，东线使用德国海瑞克公司制造的盾构机（开挖直径 15.01m）、西线使用中铁装备制造有限公司（简称“中铁装备”）制造的盾构机（开挖直径 15.03m）。
二、基岩凸起与隧道位置关系
根据勘察资料，汕头港主航道下方有三段硬岩凸起侵入东、西线隧道，硬岩长度约 182m，最大高度 6.6m，且隧道顶部为海运主航道，隧道覆土最小 12.6m，不足一倍洞径。基岩凸起段位置如图1所示。
图1 基岩凸起段位置示意图
三、工程地质情况
1. 详勘情况
地质详勘报告显示，盾构隧道东、西线均存在3段中风化花岗岩、微风化花岗岩基岩凸起侵入隧道掘进范围，侵入高度 3.0～6.6m，侵入长度 44～70m。凸起基岩段岩石抗压强度为 52.8～128.7MPa。基岩凸起段主要为中风化岩侵入隧道，局部微风化花岗岩侵入隧道。基岩上部洞身土体为淤泥质土、粉细砂、中粗砂、淤泥质土。详勘情况统计见表1。
表1 苏埃通道基岩凸起详勘情况统计表
2. 补勘情况
为进一步明确东、西线基岩凸起状况，进行了补充勘察。钻孔沿隧道线路两侧边线约 1.5m，东西两侧纵向间距约 12m（双线间间距 24m）的原则布置，共钻孔 50个，其中第一段基岩凸起段布置22个、第二段基岩凸起段布置14个、第三段基岩凸起段布置14个，详见图2。
图2 详勘及补勘钻孔平面布置图
补勘孔主要对详勘揭露的基岩凸起进行进一步说明，再根据详勘及补勘孔细化基岩凸起情况。结合详勘及补勘的基岩凸起情况，基岩凸起较详勘有凸起岩峰数量增加、岩面高度变高、凸起范围变短的规律。补勘情况统计见表2。
表2 苏埃通道基岩凸起补勘情况统计表
四、原设计预处理方案
本工程三段基岩凸起位于海底，上方海面为主航道，基岩岩石强度较大，基岩上部土体主要为淤泥、淤泥质土及部分砂层，自稳性较差。原设计提前对基岩凸起段采用爆破预处理，然后掘进通过。
①优势： 基岩爆破处理后，可增加掘进效率，减少刀盘磨损及换刀数量；爆破后岩石节理数增加，可降低刀盘破岩的难度。
②存在的问题：
a. 拱顶软弱土层的扰动，增加了许多大粒径的块石和次生孤石。虽然采取了注浆加固处理，海上注浆制浆控制难度大，注浆加固质量存不可控。造成爆破处理后的基岩产生的不规则块石和“人造孤石”对刀具和刀盘的损伤不可忽视。这种大粒径的块（砾）石冲击刀具导致其脱落，脱落的滚刀和块石使刀盘受到了致命性损伤。较大孤石会造成堵仓，泥浆循环滞排，进仓进行孤石打捞处理风险大。
b. 爆破施工占用海域范围包括钻孔、爆破施工范围，施工船舶及航标占用海域、与其他船舶安全距离等内容，再加上抛锚影响航道范围为半径 350～400m。为了减少钻孔爆破施工对航运的影响，需要开辟临时航道，解决施工期的通航问题。
五、实际采用直接掘进方案
盾构机具备直接掘进通过基岩凸起段的能力。通过对国内类似工程项目盾构基岩段掘进技术调研学习，多次组织召开专家会研究分析，结合盾构及掘进技术国家重点实验室试验结果，基岩凸起段采取盾构掘进通过的方式施工。
海上基岩凸起段盾构掘进管理重点为控制开挖面及盾构上方土体稳定，做好刀具管理，掘进过程中控制好刀具切削基岩的贯入度及刀具线速度（刀盘转速）。以低扭矩、低转速、小贯入度为控制原则，保障盾构机刀具对下部基岩的有效破碎；过程中需加强泥浆环流，避免石块堆积于仓底造成滞排，以稳定气垫仓液位，更好地控制仓内压力波动，减少对地层的扰动；基岩凸起段施工易产生管片上浮，过程中应严格控制好同步注浆作业工序，必要时及时进行二次注浆，尽早稳定洞内衬砌管片。
在盾构机刀盘进入基岩凸起段前 50环 时，对盾构机各系统进行全面检查，保障盾构基岩凸起掘进过程中各系统正常运行，保证盾构通过基岩凸起段时能连续施工。根据基岩分布范围及切削基岩刀具数量确定基岩凸起段各段掘进参数。
该地基岩凸起变化剧烈，受地勘钻孔局限性影响，三段基岩凸起之间可能存在孤石、基岩凸起的未披露。掘进控制如下：
① 正常地层掘进，每 20环 抽检一次刀具（根据掘进情况可适当调整）。
② 正常地层掘进，若在掘进速度大于 8mm/min 时遇到岩石，立刻停止掘进、抽检刀具。恢复掘进时按刀盘转速 0.8r/min、掘进速度 2～3mm/min 控制，同步密切关注温度、旋转检测情况，必要时每 5环 抽检一次刀具。
③ 正常地层掘进，在掘进至距离基岩凸起 20m 时，提前降低掘进速度至 10mm/min，刀盘转速 1.0r/min，同步密切关注温度、旋转检测情况，遇基岩后调整掘进参数，按刀盘转速 0.8r/min、掘进速度 2～3mm/min 控制。
六、东线掘进案例
1. 东线118环～140环掘进案例
东线盾构隧道118环～140环掘进过程中遇地勘未揭露的基岩，在 124环 停机对滚刀进行检查发现部分滚刀出现崩刃现象，更换刀具并调整掘进参数后顺利通过。
（1）掘进渣样情况
东线盾构掘进至 119环 过程中，泥水处理设备预筛筛板上开始间断性地出现岩块，数量较少，呈粒径在 5～10cm 块状，目测石英含量高，且还有部分石英石。119环～120环岩块量均较少；掘进至 122环 岩块量明显增多，粒径最大 18cm；123环 时岩块达到最大，粒径最大 23cm；124环以后岩块量逐渐减少至 139环 基本消失。119环～140环掘进渣样情况见图3。
图3 118环～140环掘进渣样情况
（2）地质分析
根据掘进过程中中心锥刀刀具磨岩声音、出石量等判断，118环～140环遇地质勘探未揭露的岩体，主要分布在开挖面 5～7点钟（钟表点位） 范围；结合刀具旋转检测情况，最大岩体的岩石高度最高约 3m，横向宽度约 3m。掘进过程中磨岩声音来源位置发生变化，部分掘进时间段声音来源位置稳定，判断该段为不均匀风化岩体孤石与基岩并存的复杂情况。118环～140环基岩凸起情况见图4。
图4 118环～140环基岩凸起示意
根据分离出的岩块分析判断：119环～123环岩样存在部分石英石，且花岗岩岩块石英含量较高；124环～127环岩样主要为强风化花岗岩；128环～134环岩样存在部分石英石，且花岗岩岩块石英含量较高。根据岩样分析判断该段存在基岩凸起，且该段基岩凸起有存在石英岩脉或石英夹层的可能。
（3）刀具检修情况
东线盾构隧道124环停机刀具检查共检查常压滚刀 19把（按单把刀具计数），其中边滚刀11把（全部边滚刀），正滚刀8把。检查详细情况如下：
刀具磨损：15～19mm；
刀圈断裂掉落：6把，其中4把刀圈全部脱落；
刀圈开裂：2把；
刀刃偏磨：2把；
刀具螺栓断裂：7把。
在对磨损刀具进行更换后，在后续124环～140环基岩掘进过程中刀具旋转检测、刀具温度未发生异常情况。
（4）掘进参数分析
118环～124环刀盘主驱动总挤压力最大值呈现逐渐增大的趋势（基本与泥水分离筛分出的岩体量对应），由118环的挤压力最大值 12690kN 增大到123环的 17500kN。刀盘扭矩在122环开始出现较大波动，扭矩范围 2000～5700kN·m；123环扭矩最大波动至 17890kN·m，124环扭矩波动至 15166kN·m。
124环～140环采取“低扭矩、低贯入度”的主动控制原则，控制掘进速度 3～5mm/min，刀盘转速 0.6r/min，刀盘主驱动总挤压力及刀盘扭矩未出现较大波动。
2. 东线280环～334环掘进案例
（1）详勘地质情况
详勘地质报告显示在东线盾构隧道280环～332环段开挖面底部为③₇卵石土地层，该地层坐落于⑥₂₋₁强风化花岗岩层上，可能存在花岗岩孤石及基岩，见图5。
图5 280环～332环详勘地质情况
（2）掘进渣样情况
东线盾构掘进 321环 过程中泥水处理设备预筛筛板上开始出现岩块，粒径为 5～15cm，岩块主要为中风化花岗岩及辉绿玢岩，花岗岩石英含量高，且还有部分石英石。321环～323环岩块量均较少，掘进至 326环 岩块量明显增多，330环以后岩块量逐渐减少至 334环 基本消失。321环～334环掘进渣样情况见图6。
图6 321环～334环掘进渣样情况
（3）刀具检修情况
东线盾构隧道331环停机刀具检查情况：共检查常压滚刀 15把（按单把刀具计数），其中边滚刀3把，正滚刀12把（检查原则：从外向内，直到检查至无异常损坏、正常磨损刀具为止）。详细情况如下：
刀具磨损：2～7mm；
刀圈断裂：4把；
刀桶磨损：5个；
刀具螺栓断裂：2把。
（4）掘进参数分析
326环～331环刀具检查前，刀盘主驱动总挤压力、扭矩、推力呈现逐渐增大的趋势，330环、331环达到最大值。刀具检查更换后，刀盘主驱动总挤压力、扭矩、推力参数逐渐减小。
330环～334环采取“低扭矩、低贯入度”的主动控制原则，控制掘进速度 3～5mm/min，刀盘转速 0.8～1.0r/min，刀盘主驱动总挤压力及刀盘扭矩未出现较大波动。
3. 直接掘进小结
通过东线两段基岩地层的掘进，仔细分析掘进参数、刀具破坏、出渣等情况，确定了基岩段掘进采用“低扭矩、低贯入度”的主动控制原则，以掘进速度 3～5mm/min、刀盘转速 0.8～1.0r/min，成功通过该基岩凸起段。在掘进过程中主要控制扭矩波动，以刀具温度检测、旋转检测及磨损检测数据为依据，判断掘进状态。出现以下异常情况时需抽检刀具：
（1）刀盘扭矩波动值超出当环扭矩平均值的 30% 时；
（2）刀具温度以 28℃ 为上限，上升幅度超出 1℃/环 时；
（3）刀具不连续旋转时；
（4）各种检测装置无信号时。
同时对地质进行分析，对隧道临近全、强风化花岗岩层的区段做重点标识，提前 20环 降低掘进速度至 8～10mm/min，刀盘转速 0.8～1.0r/min，遇岩时再次降速至 3～5mm/min。基岩段掘进时，严格执行温度、旋转检测分析，每 5环 抽检一次刀具，确保刀具以最优状态切削岩石。