摘要：在隧道施工过程中，盾构法是一种新型方法，特点是隧道全断面一次成型。盾构法施工以它高效、环保且安全的特点，在交通（尤其是地铁施工）、水利和采矿等许多领域得到了广泛应用。上软下硬地层是一种非常特殊的地质，它同时具有软岩地层稳定性差和硬岩地层强度高的双重特点。盾构机在这类地层中推进施工时，软层土体进入密封土舱非常容易，但是处于下部的岩体，由于质地坚硬，很难被破碎，盾构机姿态不利于控制，会容易出现地面不规则沉降，甚至导致盾构机损坏以及人员伤亡等问题，所以对于在上软下硬的地层中盾构施工技术研究具有重要意义。
关键词：盾构法；上软下硬地层；施工技术
引言
盾构需要穿越上软下硬地层这种形式进行施工主要是源于我国一些地铁工程建设中的实际需要，因此针对这项技术要点进行充分研究，可以保障相关施工建设的顺利进行。
1盾构施工法特点分析
盾构施工法具有环境影响小、施工质量高、速度快，机械化程度高等诸多优点，它的运用也非常广泛。但是盾构法施工因其施工特点，难免会对施工地点周围的土体造成扰动，进而产生地表沉降，对施工造成巨大影响。当控制不当时，不仅延误施工进度，影响施工的工程进度，甚至还可能造成安全事故。所以，地表沉降研究是盾构法施工研究的一个重要方向。
2地表沉降因素的分析
（1）掘进压力。当盾构推进施工时，挖掘面土体的水平支护力与原始侧应力的平衡关系决定着地表的沉降或隆起。当土体受到的水平支护应力过小时，掘进面上方的土体为弥补地层损失而向隧道内部移动，从而导致土体沉陷；当开挖面土体所受水平支护力大于原始侧应力时，则掘进面上部土体会向前或向上位移，引起掘进面前部土体隆起。（2）注浆压力。当盾构机尾部脱出后，因盾构外径和管片之间存在一定的间隙，造成土体应力松弛，从而引起地层下沉，适宜的注浆压力以及注浆量会在一定程度上对沉降量起到控制作用。其作用效果受注浆压力以及浆液参数等因素影响，如若注浆压力过小，则控制效果不明显，反之，则会导致地表隆起。（3）盾构姿态控制。盾构机在沿曲线或“仰头”推进时，需对盾构的姿态进行连续纠偏，而盾构实际的挖掘面不是规则圆而是椭圆，会导致土体超挖的现象发生，增大了地层损失的可能性，进而引发地表沉降。（4）喷涌严重，清渣量大。在0.075～0.5mm颗粒分布的土层中，包含了一定量的砂性土，同时也具备黏性土的土力性质，因此很多土层中从缝隙中出现一些小颗粒的情况也就比较多，而在岩石中下部位置发生风化的情况不大，都存在一定的缝隙，这样盾构中就非常容易导致浆液向外流失的问题，因此如果对掘进中的相关参数没有进行有效的控制，那么很容易发生涌水或者是涌渣等问题，后期需要花费更多的人力物力来进行处理。
3上软下硬地层地表沉降控制措施
3.1地层改良控制措施
（1）软弱层改良措施。软弱地层改良措施可根据措施采取位置分为两种，一种是在在盾构通过上软下硬段前，在地面上进行软弱层预加固，另一种是盾构隧道内，对开挖面前和两侧软弱层采取加固措施。在地表位置进行软弱岩土体加固，可以采取注浆、锚杆加固、旋喷桩等措施进行处理，但这种加固措施受地表条件限制；在隧道内进行软弱层加固，一般采取注浆的方式加固开挖面附近软弱层。当隧道埋深较大时，在隧道内采用注浆方法明显比地面加固法更节省经济成本。（2）硬岩层改良措施。上软下硬地层中硬岩的存在，容易引起盾构姿态突变，且导致盾构刀盘都开挖面上下部岩土体切削程度不一致，引起开挖面与隧道周围岩土体发生较大地层损失。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，针对盾构掘进过程中长距离穿越软硬层交界面和盾构进程中突遇局部硬岩的情况，一般选择在地面处采用冲孔桩机、地面钻孔、竖井开挖等方式进行对局部硬岩进行破除，在地面上进行硬岩破碎的方法对局部硬岩清理效果较好，对于长距离硬岩破碎适用效果差，还有一种在开挖隧道内采用开仓人工操作爆破或采用岩石劈裂机破碎硬岩，这种方法影响盾构施工进度，风险大，成本高。因此在上软下硬复合地层中施工，为控制施工扰动引起的地表沉降，很少采用硬岩层改良措施。
3.2盾构掘进控制
（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。同时加强出土量和同步注浆控制，同时根据地面监测数据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30波美度的水玻璃，一般每一环注双液浆2~3m3。（2）渣土改良。（3）及时处理突发情况。（4）成立监测组织机构，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。
3.3姿态控制应对措施
⑴盾尾与主体的连接方式为铰接式，以减小盾构的长径比，使盾构在调节方向时更加灵活。⑵定期人工测量复核为确保盾构机掘进方向的可靠性和精准性，盾构机内装有SLS-T盾构激光导向系统，该系统能够对盾构掘进姿态、轴线以及位置关系等进行精确的测量和显示。除此之外，对该系统的测量数据进行周期性的人工校核，以确保盾构机能够沿隧道轴线方向掘进。⑶在圆周方向设置4组推进油缸，每组油缸的推进压力可以单独控制调节，方便进行纠偏及偏选油压，以便能够及时准确地调整盾构的姿态和掘进方向。⑷刀盘四周加装8把保径刀，确保刀盘在主切削刀磨损后仍能保证开挖范围，减少盾构姿态纠偏。
3.4实施换刀行为
换刀行为是在盾构穿越上软下硬中的一项重要内容，工作人员通过采取换刀措施，保证刀盘的转动速度得到有效控制，一般控制在1.2～1.6r/min，在刀具磨损超出限定值前，要完成换刀工作，保证工作面的稳定进行，掘进状态应缓慢，保证管片安装精度的提升，合理控制注浆的压力，确保实际填充质量。
结语
综上所述，文章主要通过工程实例对上软下硬的地质中进行盾构施工的相关内容进行了阐述，针对其中遇到的难点问题进行针对性的分析，提供了相应的措施，希望能够对提升上软下硬环境中盾构质量有所帮助。
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论文作者:王硕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
标签：盾构论文; 地层论文; 注浆论文; 地表论文; 措施论文; 隧道论文; 压力论文; 《基层建设》2019年第23期论文;