摘要：通过对福州地铁某区间盾构施工前的准备措施及施工过程中的处理措施进行综合分析，为上软下硬不均匀地层及花岗岩风化带（风化球、孤石集群）等复杂地层地质条件下盾构施工提供了参考和借鉴。
关键词：盾构 地层 处理 工艺
1引言
随着社会经济不断的发展的，在城市建设工作中，轨道交通成为了其中非常重要的组成部分，从而促进地铁建设规模有了进一步的扩展。地铁区间施工最具代表性的施工方法有矿山法和盾构法，其中盾构法更适用于软弱地层的施工，而不良地质情况下的盾构施工是地铁施工的重难点之一，而上软下硬不均匀地层及花岗岩风化带（风化球、孤石集群）地层下的盾构施工会造成刀具甚至刀盘的损坏，严重影响盾构工期。本文主要通过福州地铁某区间盾构掘进采取的不良地层提前预处理与施工过程中的控制处理分析，为后续施工提供一定的参考和借鉴。
2 工程概况
福州地铁某区间主要穿越地层为砂质粘土、全~微分化花岗岩，同时洞身局部存在少量孤石和孤石集群，左线全长976.083m，右线全长1018.206m。
3 不良地层预处理
3.1 孤石探测
（1）微动剖面探测
微动剖面探测属于一种比较先进的物理探测方法，在对微动台阵使用的基础上可以实现对地球进行准确探测。在实际的使用过程中，其工作原理主要体现在了3-1中。通过对类空间自相关法－SPAC法的合理使用，可以在微动台阵记录当中获取到相应的瑞雷波频散曲线，这样就可以对S波速度进行准确的计算，然后，在经过插值光滑计算的基础上，可以将二维视S波速度剖面有效的呈现出来。其中视S波速度剖面可以对地层岩性的变化情况进行真实有效的反映，从而可以为地质解释工作提供非常重要的参考作用。
图3.1 S波速度剖面获取流程图
（2）地质补堪
地质补堪是一种结合祥勘地质情况，对区间范围内的地层岩性、地质构造、不良地层情况进行的补充勘查。补堪可以对地层的岩层分布进行复核，同时得到的芯样经过实验可以得出穿越地层岩石的强度，便于后期确定孤石处理的具体方案。
3.2 孤石处理
处理方法包括挖孔破碎法、冲击破碎法、直接切削法、带压开舱法、爆破法，为确保区间掘进顺利，一般采用超前处理。同时上软下硬地层也需要进行超前处理，一般采用爆破法。
（1）挖孔破碎法
通过人工操作的方法，挖孔到风化球的位置，通过松动爆破技术将风化球进行爆破操作。通常情况下，挖孔的直径控制为1.5m，护壁0.2厚钢筋砼，在经过爆破处理之后，岩石体积控制在30cm以内。在球体发生破碎之后，采用粘土将挖孔进行填充，在土体压实之后，完成相应的土体注浆工作。
（2）冲击破碎法
主要是在地表采用冲击锤将风化球进行击碎。根据风化球大小确定冲击钻机锤头大小、钻孔之间的距离以及钻孔数量，在钻孔工作开展之前，技术人员需要针对是否存在地下管线进行全面勘察，在钻孔工作完成之后，需要使用粘土对钻孔进行填充，最终完成相应的注浆工作。
（3）直接切削法
主要是在盾构机上留出的超前注浆孔进行注浆，从而使风化球成为一定固定状态，在这时就可以使用盾构机对风化球进行切削。注浆范围为隧道周边各3m，球体前方3m，球体后方1m，注浆完成后，盾构机直接切削风化球，施工时，需要盾构机宜采用小推力1200KN、慢掘进速度0.5cm/min、高刀盘转速进行掘进2.5r/min在这一过程中需要对掘进参数的变化情况进行充分的考虑，主要是为了避免刀盘出现过载的现象，从而有效保证刀盘的使用性能。
（4）带压开舱法
操作人员在进入到土舱之后，需要使用风钻完成相应的打眼工作，然后在通过液压霹裂机将风化球击碎，将破碎程度控制在30cm以下，如果是在没有达到相关要求的基础上，还应该继续对球体进行分解，直到满足相应的标准要求为止。针对于硬度比较大的风化球，在爆破处理工作中可以采用静态爆破方法来进行。在破碎工作完成之后，需要将舱内的机具进行全面检查，在舱门关闭之后在继续掘进，通常情况下，应该将掘进的速度控制在2cm/min以内。
（5）引孔预裂爆破法
1）引爆法处理原则
选择在地面采用钻深孔控制爆破预处理的方式，以避免和减小洞内处理空间限制和安全风险。
2）处理方法
对已探明球状风化体采用地面地质钻垂直打孔，对隧道一定范围内的岩石进行爆破，使岩石在爆破处理之后可以形成长度在30cm以内的碎块。
图3.3 孤石爆破装药结构示意图
3.3 提前预加固
提前预加固主要是对盾构穿越的软弱地层进行加固，主要目的为换刀。换刀主要是因为穿越上软下硬地层及花岗岩风化带（风化球、孤石集群）地层会对刀具造成较大磨损。根据地层综合分析，加固区域一般采用双重管旋喷桩加固方式，加固范围为：沿隧道方向5m，横向沿隧道边界外各放1m，加固地层主要为粘性土及全风化花岗岩，厚度根据其确定。
4 盾构掘进施工过程控制
通过采取上述预措施后，盾构掘进过程中应重点对掘进技术、姿态控制、换刀加固等进行控制，确保现场施工稳步有序的开展。
4.1 盾构掘进参数优化
1）刀盘转速的选择
因为受到岩石本身硬度的影响，所以在盾构掘进过程中所受到的压力非常大。为确保冲击力控制在合理的范围之内，需要针对刀盘的转速做出相应的调整，通常情况下控制在1.4r/min左右。
2）土仓压力的选择
对于软硬同时具备的地质条件而言，在掘进工作开展时，应该在最大程度上保证土仓压力以及掌子面压力之间的平衡性，也就是应该在全土压力平衡的基础上来开展掘进工作。
3）油缸推力的选择
对于上软下硬的地质开展掘进工作时，需要进一步减小推力，同时结合实际情况对掘进参数做出有效的调整，通过这种方式最终才能实现良好的掘进效果。在软硬不均的上软下硬地层中，需要将刀盘扭矩的最大值控制在1.5MNm以下，掘进速度控制在3～5mm/min，推力控制在l000~1500t之间。在这一过程中，可以结合实际情况作出相应的调整。
4）螺旋输送机转速
在上软下硬地层中，需要采取措施对土压进行有效的控制。因为受到软层土质的影响，所以经常会出现坍塌现象，而硬质土层将不利于切削工作的开展。因此，应该保证具备较高的土压，同时对螺旋输送机的出渣量进行严格的控制，可将转速控制在3r/min左右。
4.2 盾构姿态控制
在盾构推进过程中，针对于不同的部位而言，最终所设定的参数具有一定的差异。因为盾构表面与地层之间摩擦时产生的阻力不具备平衡性，所以在实际的开挖工作中所受到的阻力也不稳定，经常会产生一定的偏差。针对这种现象，在开展相应的掘进工作时，需要加强相应的监测与控制工作，主要是对竖直方向存在的误差进行有效的控制。
4.3 盾构换刀
在上软下硬地层当中开展相应的盾构施工工作时，经常会出现受力超标的现象，当刀盘与轴承受到一定荷载的作用下，对于盾构施工工作开展将形成非常严重的阻碍。为了为了在更大程度上保证盾构机的安全性，在掘进工作开展之前，应该对刀具的使用性能进行全面的检查，通常情况下应该在比较稳定的地层当中来进行。在土压平衡盾构机上应该设置相应的进仓系统，通过这种方式可以为掌子面的稳定性提供良好的保障。
5 结论
在盾构工程施工中，上软下硬地层及花岗岩风化带等不良地层不利于工作的开展。风化球的存在，形成蜂窝状孤石集群，造成地层土质软硬相差大。在这样的情况下施工容易造成盾构刀具甚至是刀盘的损坏，最终导致盾构机无法掘进。因此，结合现场实际地质情况，通过本文采取的相应处理措施，并在施工过程严加控制，可以确保盾构施工的安全和进度。
参考文献
[1]复杂地质条件下地铁隧道盾构法施工技术研究 《中国地质大学》2015：1-36
论文作者:李娜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/27
标签：盾构论文; 地层论文; 工作论文; 地质论文; 波速论文; 花岗岩论文; 剖面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第28期论文;