中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 上海市 201900
摘要：文章以某工程为例，分析其典型上软地下硬地层的特点，重点介绍在此地层中进行盾构掘进施工中所采用的掘进技术措施，并针对掘进过程中容易出现的问题提出了相应的处理和预防措施，以供参考。
关键词：典型上软下硬地层；盾构施工技术
1引言
在目前我国城市规模扩大以及人口增多的同时，为了缓解城市交通拥堵状况，我国加大了对城市轨道交通工程的建设力度。针对其中的地铁工程等地下轨道交通工程建设来说，规模较大的地下隧道工程施工通常会应用盾构施工方法。而且目前的地下隧道盾构施工中也比较容易遇到上软下硬的经典地层情况，但是针对此地层情况相应的施工技术却比较少见。为了实现此典型地层中盾构施工技术水平的提高，就需要针对其中掘进过程中的问题来进行相应的处理。
2工程和地质概况分析
以某工程为例，其全线长1345m，结构形式为单线单洞结构，本区间隧道最大线路纵坡为26.5‰，最小纵坡为5.0‰，竖曲线半径均为10000m，隧道顶部最大埋深为37m，最小埋深为11m。在本工程地段的岩土为素填土、软土、残积土和风化岩。在整个隧道工程区间中需要穿越55栋房屋，且经过施工前的取芯勘探结果表明，盾构掌子面上软下硬低层254m，占全线总长的18.9%。
3施工掘进技术措施
3.1掘进前的准备
在开展施工掘进之前需要对盾构机设备及其配套设备进行全面检查，及时处理其中存在的问题并开展试运行。全面检查龙门吊、电瓶车以及地面砂浆站设备等并开展试运行。盘点掘进材料并进行补充。提前协调盾构机隧道轮廓线范围内需要加固的位置。做好注浆设备、人员和材料的准备。
3.2掘进参数控制
首先在脱困阶段，为了在恢复掘进之前对土仓内的积水进行治理并避免出现喷涌的问题，需要向土仓内进行5~6t干膨润土的倒入并进行均匀搅拌，然后再关闭仓门。在掘进过程中使用千斤顶来进行同步掘进，如果在千斤顶的推力超过65000kN时仍不起效果，则需要改为铰接千斤顶来进行推进。此时的掘进参数需要控制为刀盘转速1.1~1.4r/min，如果按照上述要求通过铰接千斤顶来进行推进时，如果其刀盘转矩大于5000kN?m则需要停止并通过对刀盘的空转来将转矩降低到2500kn?m，然后再继续进行掘进。当铰接行程深处30mm时就需要将铰接油缸调整为收缩模式，而且使用同步千斤顶来对盾体C、D环进行推动，重复上述过程直到同步千斤顶可以正常推进盾体。
其次是在正常掘进阶段。需要针对上软下硬的地层情况来将正常掘进参数控制如下：一是在对土压进行控制时，需要按照刀盘埋深以及地下水位的高度来对土仓顶部静水压力进行计算，计算结果为2.8bar。然后按照掘进长度来对理论出土量进行计算，在对出土进行控制时需要按照理论出土量来对实际出土量进行控制，并且可以将土仓顶部压力控制在3~3.3bar的范围之内。二是针对推力来说，在土仓内土压增高时需要相应调高推力，其范围为4000~5500t。如果超出此范围就需要对掘进参数进行分析并且对推力增大的原因进行判断。三是刀盘扭矩需要控制在3500~5000kN?m，而且在超出此范围时进行分上报。四是螺旋机转速，在针对全断面硬岩地层进行掘进时需要控制在13r/min。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而针对其中的上软下硬地层，且其中的掌子面全风化岩比例比较大的情况，在确保土压稳定的前提下可以控制器转速为4~6r/min。
最后是在掘进过程中，在正式掘进之前需要做好土仓壁上放水孔和排气孔的检查工作，确保其关闭。然后在掘进过程中做好对螺旋机的保护工作，具体地说就是在上软下硬地层中存在地层分界面出岩石较软以及大块渣土较多的情况时，需要操作人员对螺旋机的扭矩进行时刻观察，而且尽量减少螺旋机的停机次数。而如果此分界面中存在较多的地下水，则需要对螺旋机后闸门的开口大小进行控制来避免出现喷涌问题。此外，在掘进过程中出现参数异常问题时需要停止推进并上报领导进行处理。在穿越地表建筑物时需要通过隧道施工的合理组织来确保连续掘进和快速穿越。带压开仓时，需要提前在盾尾位置的10环左右进行一道止水环的设置。
4掘进过程中相关问题及处理措施
4.1取芯补勘
在开展掘进作业之前，需要调查清楚沿线的地层情况，而且还要通过地质钻机来进行补勘作业的开展，在此作业过程中需要沿着隧道的掘进方向进行间距为5m的取芯。而在穿越房屋时则需要在进房屋之前以及出房屋之后开展取芯作业。
4.2地面加固
在掘进过程中所采用的地面加固措施主要有地面建筑物加固以及换刀点加固两种方式。前者就是盾构范围内的上软下硬地段以及全断面软土里程段内的地面建筑物进行预加固。而后者则是针对上软下硬里程段范围内需要开展开仓换刀作业的范围来做好换刀点的预加固处理工作。
4.3针对硬岩地层中喷涌问题的预防
在硬岩地层中进行掘进时比较容易由于较大的含水量而出现喷涌问题，为了避免此问题，需要在停机过程中打开土仓壁上的放水孔来进行放水。并且在盾尾之后4、环的位置进行放水孔的打开来进行泄水。将止水环设置在管片壁厚，实现对此位置流水的阻断，并且对土仓地下水来源进行减少。保证在注浆时要确保注浆量的同步，保证管片壁厚的孔隙被紧密的填充。
4.4开仓换刀时掌子面加固
在上软下硬低层中进行开仓换刀的过程中，掌子面中容易由于风化岩的存在而降低其稳定性，此时则容易在地下水的作用下导致塌方问题的发生。如果此时的条件不适合开展掌子面的加固处理，则需要对其进行加固。具体地措施就是针对开仓换刀位置的地面上进行预加固处理。如果在上述加固处理之后没有满足开仓换刀的条件，还需要在刀盘前方掌子面进行二次加固。所采用的地面加固的工艺方式为WSS注浆工艺，而在洞内加固时，需要确保WSS注浆加固体在地下水浸泡的时间在2~3d来确保其稳定性，并保证加固体和全风化岩不会被地下水冲走。然后此时在封住开口的同时通过二次注浆机进行双液浆的灌注来实现填充加固的目的。此外，如果无法开展上述加固，则可以通过向土仓内注入砂浆的方式来进行置换加固。
5结语
正是由于在典型上软下硬地层中进行盾构掘进施工中容易出现质量和安全问题，因此就需要合理选用掘进施工技术并做好相应的保护，通过施工工艺的有序开展来确保施工质量和安全。
参考文献：
[1] 戴升宏. 岩溶地区上软下硬地层盾构施工技术[J]. 建筑机械化, 2018, v.39；No.351(04):45-47.
[2] 邓斌. 浅谈城市轨道交通盾构施工上软下硬地层施工技术[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2017(22):131-132.
论文作者:刘亚利
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
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