盾构机在孤石及上软下硬地层中掘进施工时，存在以下施工风险。
（1）地面存在坍塌风险
盾构在孤石及上软下硬地层中穿过，洞身在同一开挖断面上存在上下、左右软硬不均的现象。地层中残积土及全、强风化层遇水极易软化、崩解；砂层自稳性差，易产生涌砂、流砂等风险；此外在该上软下硬及孤石地段掘进时由于地下水位丰富，加上盾构机对上部软弱土体的扰动，盾构掘进时很容易出现喷涌，发生上覆地层溜坍的风险，从而导致地面塌孔，影响周边道路和周边建筑物及管线的安全。
（2）盾构姿态及工期风险
盾构主要在孤石和上软下硬地层中穿过，岩石抗压强度为80～138MPa，局部基岩强度最大高达148MPa，为极硬岩层。由于隧道范围内上下部分地层强度差异性极大，导致盾构机在该地层中极度容易发生姿势上抬现象，影响盾构施工姿态的控制，容易造成隧道轴线偏移和地面的沉降超限，并造成隧道质量缺陷；当遇到多个孤石堆积时，盾构机将会发生“卡壳”现象，掘进困难；此外盾构在基岩层掘进，刀具的磕碰磨损及偏磨比较严重，掘进速度较慢，将会导致频繁的开仓检查及更换刀具，严重制约着施工工期。
（3）盾构刀具磨损大，开仓换刀困难
盾构机在此地层中掘进，刀具磨损很大，需经常开仓检查刀具，但是本段盾构隧道埋深较浅，约为8．5～10．3m，地层复杂，地下水较多，加压开仓风险极大。如果强行开仓，施工人员风险极大。
2、工程概况
某市轨道交通2309标盾构隧道区间全长约为1309m，其中ZDK24+815～ZDK24+
630、YDK24+736～YDK24+646为孤石及上软下硬区段，地层由上而下主要由＜1－1＞素填土、＜3－2＞可塑状粉质黏土、＜3－3＞硬塑状粉质黏土、＜3－10＞中砂、＜6－5＞残积可塑状粉质黏土、＜6－6＞残积硬塑状粉质黏土、＜9－1＞全风化、＜9－2＞强风化和＜9－3＞中风化、＜9－4＞微风化花岗闪长岩组成。
3、孤石及上软下硬地层施工对策
盾构通过孤石及上软下硬特殊地层施工方法分为4步：（1）孤石及基岩补探；（2）孤石及基岩的提前爆破处理；（3）预设换刀加固点；（4）盾构掘进参数控制。
3．1孤石及基岩补探
施工前，对孤石和上软下硬特殊地层段进行加密补充勘察，详细了解孤石大小、所处部位和基岩岩面的高度、岩面起伏形态等地层情况，便于下一步对孤石和基岩的爆破处理。同时，对附近地面建筑物、管线和环境状况进行详细的调查。孤石的补勘采用地质小钻进行，根据详勘揭示的孤石范围，沿着隧道延伸方向纵向2m、横向2m进行钻孔探明，一旦发现孤石，立即进一步加密钻探，以确认孤石的大小和埋深。上软下硬特殊地层的补勘也是采用地质小钻进行，根据详勘揭示的上软下硬特殊地层范围，沿着隧道延伸方向纵向5m设置一排补勘孔，每排设置3个补勘孔，分别布置在隧道左右边线和中线处，以确认基岩在隧道范围内纵断面和横断面的岩面起伏情况。
3．2孤石及基岩的提前爆破处理
孤石及基岩的补勘完成后，从地表对孤石及基岩采用深孔预裂爆破的方式提前进行岩石爆破碎裂处理。并且，在完成爆破处理后，针对爆破后基岩裂隙采用袖阀管注浆进行固结，以减少该部分渗水通道。
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3．2．1孤石爆破
（1）采用地质钻机钻孔探测，钻孔垂直深度控制在盾构隧道隧底以下0．8～1．0m。
（2）地质钻孔水平分布宽度为8．0m，即控制在盾构隧道边线外0．4～0．5m范围内。
（3）布孔形式采用矩形或梅花形，孔距（a）及排距（b）视具体孤石而定，原则上设计为a=b，且取值为0．5m；同时为减少钻孔数量，可采用在原有的补勘孔位中间加密钻孔当作爆破孔位。
3．2．2基岩爆破
因本段基岩大部分较厚，一般都是分段起爆，即首先对前排孔进行爆破，然后利用前排空爆破挤压周围土层产生的自由面，再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距为0．5m×0．5m，钻孔超深1．0～1．2m，装药深度比基岩厚度深约0．8～1．0m。
3．3盾构掘进控制
盾构掘进的模式为封闭式土压平衡掘进模式，并从以下方面进行控制。
（1）盾构掘进时匀速连续，减少纠偏，控制盾构姿态，减少超挖量，从而减小土体扰动。并加强出土量和同步注浆控制，并根据地面监测情况进行二次注浆及跟踪补注浆，以减小地面沉降。在掘进段内，对盾构的推进速度、土仓压力、注浆压力作相应的调整，指标为：
①刀盘转速在0．8～1．2r/min。
②推力控制在1500t以内。
③推进速度控制在0～10mm/min。
④上土仓压力控制在0．07～0．1MPa（即0．7～1bar）之间。
⑤土体松散系数为1．2～1．5，出土量控制为69～86m3。
⑥注浆上部压力在0．25～0．3MPa，每环注浆量不少于6m3，并且及时做好二次注浆。浆液的初凝时间约为8h，24h抗压强度为0．5MPa，3d抗压强度为2MPa，28d抗压强度为6MPa。
⑦在坚持同步注浆的同时，及时对脱出盾尾的管片进行补强注浆，注浆材料选取水泥浆混合30Be'的水玻璃，一般每一环注双液浆2～3m3。
（2）渣土改良。在上软下硬不均地层中掘进时，一般采取向土舱内注入膨润土的方式（膨润土以悬浮液的形式加入，其体积使用量为25%～40%），可以对软土层起到一个泥模的作用，使土舱内的高压空气不易逸出，阻止地下水的涌入，可有效防止上面软土地层的坍塌。
（3）及时处理突发情况。盾构掘进时若出现喷涌，立即关闭螺旋输送机后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡，通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀。然后将螺旋输送机后门慢慢打开，开门度约为20%，流出的渣土随传送带带走。然后边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定。
（4）加强施工中的监测和安全巡查工作，建立施工过程的动态控制。
4、结束语
综上所述，典型上软下硬地层的施工一定要采取合理的施工措施，采取有效的施工质量控制方法，有序地展开施工。在运用盾构施工技术的时候，更要按照施工的流程进行，确保施工质量。
参考文献：
[1]周文波．盾构法隧道施工技术及应用［M］．北京：中国建筑工业出版社，2011：23．
[2]周顺华．我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展［J］．城市轨道交通研究，2012（2）：35．
论文作者:郭剑
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/17
标签：盾构论文; 基岩论文; 地层论文; 隧道论文; 钻孔论文; 注浆论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2016年第34期论文;