软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究

软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究

罗德静

中国建筑第五工程局有限公司湖南省长沙市410000

摘要：目前我国城市经济不断发展，交通出行的需求不断增加，我国的地铁建设进入了一个高速发展阶段。在地铁的建设施工过程中，常常遇到的施工环境是具有一定复杂性的施工环境与地质条件。因此，就需要我们做好一定的规划，保证正确施工技术的选择，使得地铁施工顺利的进行。

关键词：软硬不均；复杂地层；盾构施工技术

引言

城市交通建设发展过程中，由于受到城市空间限制，以及当下城市交通问题日益严峻，在进行交通建设过程中，朝着地下空间延展。这样一来，在进行铁路、轨道交通建设过程中，就需要对盾构施工方法进行有效应用。在盾构施工过程中，地质条件对施工方法限制较大，如何在软土层进行盾构施工，有效地保证地下管线安全，保证施工具有较高质量，成为现阶段铁路施工必须考虑的一个重要议题。

1软硬不均地层盾构掘进面临的问题

1.1软硬不均地层中工作面平衡难以建立

盾构施工的核心之一就是要建立和维持工作面的掌子面超压在富含黏、粉粒地层中极易出现结泥饼、糊刀盘和刀具异常磨损现象；掌子面欠压则会发生上部软弱地层坍塌、超量出碴和沉降超限等情况。

1.2软硬不均地层中盾构工作状态不佳

盾构在软硬不均地层掘进时，刀盘受力复杂，刀具在掌子面上、下部位贯入度相差很大。刀盘旋转过程中刀具接触岩土分界面产生的撞击易造成刀圈崩刃、开裂和脱落，刀体损坏。

1.3软硬不均地层中滚刀容易过载

软硬不均地层中盾构总推力克服盾壳摩擦力、土舱堆碴反力和后配套拖车牵引反力后，剩余的净推力全部作用在接触掌子面硬岩的部分滚刀上面，推力控制稍有不慎，即可造成滚刀过载损坏，引起刀具损坏的多米诺骨牌效应。

1.4软硬不均地层中碴土改良难度大

软硬不均地层中掌子面围岩物理力学性状差异大，从松散、流塑、软塑到坚硬石同时存在。一方面碴土改良的客观难度增加，另一方面掌子面水土平衡对碴土改良的要求更高。

2复杂地质条件中盾构法隧道的施工技术

2.1土压式平衡盾构机施工技术要点

（1）模式的选择

土压式平衡盾构机有三种模式，包括敞开式、半敞开式和土压平衡模式。在对掘进模式进行选择时，我们应该根本地层的不同条件特征来选择。通常情况下，对全断面岩层掘进时，我们可选择敞开式掘进模式，并使用泡沫剂对渣土进行改良；而对于存在软弱层的复杂地层，则可选择土压平衡模式，并采用泡沫和适量的膨润土对渣土进行改良。采用此种模式时，土仓的压力不用过于频繁调节，只要保证土仓压力略高于掌子面的土压和水压力和即可；对于处理砂卵石或者上软下硬的土层，由于土层比较复杂，则同样需要采用土压平衡模式来掘进，因为在这种复杂土层掘进时控制土仓压力较难，所以掘进时必须认真对待每个环节。

（2）掘进参数的确定

采用土压式平衡盾构机施工之前，我们应该根据施工现场的不同地质特点和隧道的埋置深度来确定其掘进的主要参数。其中包括对盾构姿态、推力、扭矩、掘进速度以及刀盘转速等参数的确定，同时还需要根据掘进试验段的监测情况，对施工现场的参数进行随时调整。由于采用的是土压平衡模式，所以需要通过螺旋机的旋转出土来维持动态平衡，所以在实际施工过程中，我们还需要对螺旋机的转速和压力进行有效控制。

（3）盾构机姿态的控制

在复杂地层掘进时，对于盾构机姿态的控制尤其重要，特别是在硬岩地层和土层条件变化较大的地段，对盾构机的姿态纠正难度较大。如果采用调整千斤顶推力来纠正姿态，往往很难得到较好的效果，而且会使刀具的磨损加大，甚至会出现盾构机被卡或者管片错台的严重后果。所以在这类地层中掘进时，应该严格遵守长距离、慢纠偏的原则，避免用力过猛，造成掘进困难。

2.2盾构穿越施工技术

在加固完成后，接下来需要进行盾构穿越施工。盾构穿越施工需要考虑到施工工艺选择，能够结合工程情况，保证施工工艺起到较好的施工效果。盾构穿越过程中，根据模拟段进行参数设置，以保证土仓压力值符合施工需要。在对盾构压力控制时，其波动应在0~15kPa之间，并根据土压传感器传回的数据信息，对千斤顶的推进速度进行考虑，一般来说，千斤顶的推进速度应在3cm/min，每天推进的环数在5~9环，从而保证注浆速度以及推进速度与施工进度具有较好的协调性。在同步注浆过程中，可采取硬性浆液，并且注浆的压力要进行有效控制。盾构施工过程中，在进行姿态变化时，要保证切度变化不要太大，偏差量控制在10mm范围内，坡度变化程度不应超过1‰，有效地减少地表沉降现象发生。在盾构穿越既有铁路施工时，要注重对刀盘进行有效地润滑，并且在盾尾5环时候，进行二次注浆处理，从而有效降低地表变形量。

2.3始发掘进技术要点

（1）盾构始发掘进时的总推力应控制在反力架承受能力之内，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发基座提供的反扭矩。

（2）在盾构推进、建立土压过程中应注意对洞门密封，始发基座、反力架及反力架支撑的变形，渣土状态等情况必须认真观察，发现异常时，应适当降低土压力（或泥水压力）、减小推力、控制推进速度。

（3）由于始发基座轨道与管片有一定的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，可在始发基座导轨上焊接外径与理论间隙相当的圆钢，将负环管片托起。

（4）在盾构内拼装好整环管片后，利用盾构推进油缸将负环管片缓慢推出盾尾，直至与负钢环接触，并用管片螺栓连接固定。负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，将第1环负环管片与负钢环之间的空隙用早强砂浆或钢板填满，确保推进油缸的推力能较好地传递至反力架上。第2环负环管片及以后管片将按照正常的安装方式进行安装。

（5）随着负环管片的拼装，应不断用准备好的木楔填塞负环管片与始发基座轨道及三角支撑之间的间隙，待洞门围护结构完全拆除后，盾构应快速地通过洞门进行始发掘进施工。

2.4施工组织管理

（1）盾构施工前，必须在设计详勘的基础上进行加密补勘，在周边环境条件允许的前提下尽可能地揭示隧道断面上的地质情况，认真分析不同地层的特征差异，为掘进参数的选择提供依据；

（2）选择安全的刀具检查更换地点，及时更换磨损刀具；

（3）规划合理的场地布置，配备足够的配套设备。盾构掘进是否顺利往往也取决于这方面；

（4）加强各个施工环节的协调，如运输、土方外运、管片供给等；

（5）重视盾构机司机的培训，提高操作人员责任心。

结束语

（1）盾构以装备技术发展实现软硬不均地层的顺利掘进，符合科技进步规律与社会发展要求；

（2）软硬不均地层预破碎方案会引发较多次生施工难题，且对环境的影响较大，工程实践中应根据具体情况谨慎对待；

（3）中、小直径盾构若不具备带压进舱条件，推荐预加固软硬不均地层上部软弱部分后盾构掘进；

（4）软硬不均地层遇到高水压、大直径和极硬岩的情况，对盾构技术来讲，其面临的困难与挑战难于言表，诸多的技术细节还需要在工程实践中摸索解决；

（5）软硬不均地层中盾构操作应严格限制刀盘转速，控制推力和扭矩，选取合理贯入度，同时加强刀具的检查，以精细化的掘进管理弥补技术上的困境与不足，“豫兮若冬涉川”方能保证安全。

参考文献

[1]刘建国.深圳地铁软硬不均复杂地层盾构施工对策[J].现代隧道技术，2010（5）：79-84.

[2]宁锐，刘文斌.软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究[J].吉林水利，2009（9）：19-22.

[3]柳成铭.砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈[J].甘肃科技，2016（2）：82-84.

[4]戴燕超，张国京.加泥式土压平衡盾构机及其配套技术研究[J].市政技术，2005（4）：244-248.