盾构穿越上软下硬地层施工关键技术研究

温文兵

摘 要：随着我国城市的不断发展，地铁工程建设规模不断扩大，工程技术水平逐渐提升，盾构法作为一项重要的施工方法，具有快捷安全等优势，在地铁工程建设应用较为广泛。因此本文主要探讨了盾构穿越上软下硬地层施工关键技术，以此提高地铁建设水平。

关键词：盾构；上软下硬地层；施工关键技术

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关键技术，进而促进盾构掘进水平的提升。

1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，对于软件层中的残积层以及风化层，遇水易软化以崩解，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，只在地层颗粒中很少一部分，这样容易造成盾构掘进流土以及管涌情况的产生。

2上软下硬地层盾构施工难点

2.1建筑物存在的风险

在盾构掘进过程中，如果地层扰动过大或发生超排现象，就会对地表建筑物产生不利影响，使其产生沉降以及开裂等情况，进而造成严重的不良后果。在上软下硬地层，进行盾构掘进过程中，应充分考虑地表建筑物的安全，应考虑地表建筑物的承载能力，保证盾构掘进施工方法在地表建筑物的承受范围之内，盾构掘进不会破坏地表建筑物的结构，以此促进盾构掘进施工顺利进行。

2.2盾构掘进速度缓慢

上软下硬地層进行盾构掘进，下部岩石硬度对盾构掘进的速度具有一定的限制，但是一般来说，盾构掘进都比较缓慢。与此同时在盾构掘进过程中，受各种因素的影响，容易造成盾构掘进方向发生变化，影响掘进的效果。为了保证盾构掘进姿态不变，可以适当的调整各分区油缸推力，实现盾构掘进的平稳进行。

2.3刀具磨损严重

刀具磨损严重是盾构掘进常出现的问题之一，造成刀具磨损的严重主要原因在于未严格控制盾构机的的掘进参数，未根据实际情况，进行合理的调整。同时在单轴抗压强度较高的硬岩层中，进行盾构机掘进，会造成刀具磨损严重。刀具磨损严重就会增加开舱换刀的次数，进而增加盾构施工风险，而且在开舱换刀，选择的位置不对，既有可能造成无法预估的风险。

2.4喷涌严重以及清碴量大

由于上软下硬地层中的上部土层一般颗粒在0.075mm-0.5mm之间，所以使得土层具有砂土以及黏性土的特征，容易造成喷涌情况的出现。而在下部硬岩中不易切削的情况下，上部地层经扰动，不断塌落，若在具体盾构掘进过程中，未能严格按照一定的要求，对盾构掘进参数进行控制，就会造成喷涌及超排，对掘进效率及地面安全带来较大的隐患。

3上软下硬地层盾构施工关键技术措施

3.1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，可以适当降低刀盘钻速，一般可以维持在1.6r/min，减少刀盘的磨损。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1750kN/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调整，恢复盾构机的掘进方向。

3.2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力造成不利影响，使得无法盾构机正常出土，而且对主轴承的损坏也会加速。对此在盾构掘进过程中能够，应对碴土进行改良，可以采用发泡剂，进而避免泥饼情况的发生。

3.3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。

3.4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中上部预留中，在注入之间，必须保证膨润土的各项技术指标符合要求。

3.5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。

总结：

上软下硬的特殊地层对盾构掘进施工提出了更高的要求，在我国地铁建设过程中，经常碰到复杂地质，上软下硬的地层是其中的一种，在这种地质下，保证盾构掘进施工顺利进行，对提升地铁建设施工至关重要，盾构法作为一项重要的施工方法，具有快捷安全等优势，在地铁工程建设应用较为广泛。在具体的地铁建设过程中，采用盾构法，可以获得良好的掘进效果，有效保证地铁建筑工程的质量，为人们提供便捷的出行条件，以此提高地铁建设水平。满足人们的出行需要爱，促进我国城市化进程的不断加快。

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