盾构穿越上软下硬地层的施工技术要点分析

盾构穿越上软下硬地层的施工技术要点分析

许阿龙

中铁四局集团有限公司城市轨道交通工程分公司

摘要：近年来，随着我国城市化进程的不断加快，城市人口快速增长，给交通带来了较大的压力，地铁工程的建设可以有效的缓解交通压力，为人们提供便捷的出行条件，因此对于地铁工程建设，对其质量水平提出了较高的要求，在具体的地铁建设过程中，可以采用盾构法，这主要是因为盾构法可以应对多种复杂的施工环境，获得良好的掘进效果。所以本文在此进一步探讨了盾构穿越上软下硬地层施工技术要点，进而促进盾构掘进水平的提升。

关键词：盾构；上软下硬地层；施工技术要点

盾构穿越上软下硬地层施工的进行是为了能够有效地缓解我国大型城市长期存在的交通拥堵和交通困难的情况，因此在这一前提下只有掌握好必要的施工技术要点，才能够促进施工的顺利进行。

一、上软下硬地层特点

在上软下硬地层施工过程中，还应加强对其特点的了解，一般情况下，上软下硬地层上半部分为软弱层，主要包括淤泥层、混合岩全风化层、砂层等，下半部分主要为硬岩岩层，主要包括含砾砂岩、花岗岩以及灰岩等。由于上软下硬地层特质存在较大差异，这样在一定程度上，提高了盾构掘进的施工难度。上半部分软弱层成分较为复杂，在盾构掘进过程中，应加强对软弱层特性进行分析，具体主要包括以下两点：一是软弱层中各个土层，其强度存在差异，对于软弱层中的残积层以及风化层，遇水易软化易崩解，二是残积层以及风化层主要由粗颗粒和细颗粒组成，并且具有“两头大，中间小”的特点，粗颗粒的直径大于0.5mm，细颗粒直径小于0.075mm，在地层颗粒中直径的0.075mm-0.5mm之间的颗粒，只占地层颗粒中很少一部分，这样容易造成盾构掘进喷涌情况的产生。

二、盾构穿越上软下硬地层施工技术要点分析

1.做好补勘和地面施工环境调查

盾构穿越施工技术应用的第一步就是做好补勘和地面施工环境调查。施工人员在做好补勘和地面施工环境调查过程中，首先应当对于工程地区的气象条件有着细致的了解，并且将其作为工程勘察和主要内容的收集分类的关键；其次，应当在分析了地层分布的成因的前提下对于当地的地下水类型进行细致的分析，然后在此基础上详细研究当地的植被生长情况；最后，应当对于岩土参数进行测量，并且根据高实用性的基本原则，在复杂地质条件下的调查工作中，对于速度测试和静态检测在内的环境调查技术进行灵活的应用，就可以带来良好的效果。

2.合理应用掘进技术

盾构穿越施工技术应用需要建立在合理应用掘进技术的基础上。施工人员在合理应用掘进技术的过程中，首先应当通过控制颗粒大小来避免导致土层结构遭到破坏。例如施工人员可以通过将上部土压控在0.01～0.05MPa，下部土压控制在0.07～0.12MPa来获得良好的土层稳定性；其次，还应当针对局部岩石较硬部分将刀盘转速适当降低，从而能够顺利地将其所受瞬时冲击控制在安全荷载范围之内；最后，还应当结合硬岩方式单纯掘进，从而能够在此基础上有效减少超挖问题的出现，也减少地表发生沉降的概率。

3.采用土体改良技术

盾构穿越施工技术应用的关键是采用土体改良技术。施工人员在采用土体改良技术的过程中首先应当尽可能地优先采用土体改良技术，从而能够在此基础上将刀具及螺旋输送机设备所产生的磨损情况大大降低；其次，应当努力规避涌水问题的形成，在这一过程中工作人员可以选择将含水量较大的泡沫注至土舱内部来实现泡沫的合理注入；最后，还应当在充分保护刀具的前提下避免对于软岩部分稳定性造成不利影响，最终能够确保土压值保持在较高的稳定水平上。

4.做好姿态控制工作

盾构穿越施工技术应用应当努力做好姿态控制工作。首先，施工人员在工作过程中，应通过调节四组推进油缸的压力来进行姿态的控制，有效地调整盾构掘进方向；其次，施工人员在做好姿态控制工作的同时还应该控制好盾尾的间隙，保证管片的正常拼装，保障成型隧道的施工质量；最后，还应确保盾构掘进安全、连续、快速的完成。在这个过程中，根据盾构的回转角度，合理调整盾构刀盘的转向可以避免大的盾构滚动形成，针对方向偏差最终能够有效减少摩擦阻力对于施工造成的不利影响。

三、上软下硬地层盾构施工技术措施研究

1、盾构掘进参数控制

首先在上软下硬地层中，应采用合理的掘进模式，在土舱内保留一小部分的碴土，并向土舱内注入泡沫或者压缩空气，以防止喷油情况的出现。其次在盾构施工过程中，还应严格控制刀盘转速以及掘进速度，可以适当降低刀盘转速，一般可以维持在1.5-1.6r/min，减少刀具的磨损。再次还可以通过降低刀盘扭矩以及油缸推力的方式，减少刀具的磨损。对于刀盘扭矩，应保持在1500-1800kN/m，对于油缸推力，一般应保持在1100-1850t范围之内。最后还应采用科学的方式，对盾构掘进方向进行合理的控制。掘进参数应符合地层界面变化情况以及施工要求，通过导向系统的指导，对盾构机方向进行实时控制。如果发现盾构机的掘进方向已经偏离，应同通过对掘进参数的调整，恢复盾构机的掘进方向。

2.结泥饼防治

上软下硬地层中的软弱层的黏性土层的黏性绞刀，在盾构机掘进过程中，将切削下来的黏土进入压力舱后，受压力的影响，造成“泥饼”现象的出现，这种现象的出现会使得刀具损伤加快，对刀盘扭矩以及盾构机的推进推力造成不利影响，使得盾构机无法正常出土，而且对主轴承的损坏也会加速。对此在盾构掘进过程中，应对碴土进行改良，可以采用发泡剂/分散剂，进而避免泥饼情况的发生。

3.碴土喷涌防治

对渣土喷涌防治至关重要，对于碴土喷油防治，主要采用发泡剂以及膨润土，一般情况下，若砂性地层中，细粒含量较少，则适合采用膨润土，对于各种级配砂性地层，都可以采用发泡剂，以此加强碴土喷涌的有效防治，避免碴土喷涌的情况的发生。

4.带压开舱换刀

在刀具磨损严重时，就需要进行开舱换刀，所以施工人员应加强对刀具使用情况的了解，应及时的更换刀具，在换刀具时，应需要选择合适的开舱位置，具体应做好以下几个方面：首先在开舱换刀过程中，应按照一定的公式，进行工作压力的计算，保证土舱压力与平时工作压力相同，所以必须保证土舱密封性良好，可以向土舱适当的增加气压。其次为了加强土舱的密封性，还应按照一定的要求，精准测量盾构机的停机刀盘里程，及时封堵可以存在缝隙的地方。同时采用膨润土，将其注入到盾构机胸壁上部预留孔洞中，可在掌子面形成一层泥浆护壁，可以有效的封堵地层的渗漏气，维持压力稳定。在注入之间，必须保证膨润土的各项技术指标符合要求。

5.注意的问题

盾构掘进过程中，还应注意一些问题，具体包括以下几个方面：对于土舱的压力不能超过计算压力1.2倍；工作人员应具备较高的综合素质，能够严格按照要求进行施工；应加强工作舱温度的关注，一般应控制在27℃以下；停止工作，还应严格控制减压的时间，不能使减压时间太短，保证温度在合理的范围之内。

结语：盾构穿越上软下硬地层施工的高效进行需要建立在裂缝处理、信息化控制、地层应对等关键环节上。因此施工人员应当对于施工的关键技术与关键点做到了然于胸，从而能够在此基础上切实地提升盾构穿越上软下硬地层施工的整体水平。

参考文献：

[1]曲小玉.盾构穿越上软下硬地层施工关键技术[J].中国高新技术企业，2016（16）

[2]冯立君.盾构穿越上软下硬地层施工技术措施[J].现代城市轨道交通，2016（02）

[3]李召.盾构穿越上软下硬地层施工关键技术研究[J].企业技术开发，2015，34（05）