地铁软硬不均复杂地层盾构施工对策

地铁软硬不均复杂地层盾构施工对策

吴晓明

某地处于沿海丘陵地区，其地形和地层十分的复杂，同时还存在着很多的杂填土层等，这样使得盾构隧道所穿越的地方大多都是软硬不均的硬石、断裂破碎带等复杂的地层，给工程的施工建设带来了非常不利的影响。本文采取一些措施对掘进参数进行优化，从而使盾构机能够十分顺利的通过这一区域。

1孤石地层

1.1地面预注浆加固地层，盾构机直接破岩通过方案

在对该工程区间线路进行了详细的勘察之后，发现有较多的孤石分布，并侵入到隧道开挖范围。为降低盾构施工风险，通过变更设计对线路坡度进行适当调整，避开部分孤石，使得侵入区间隧道的孤石数由9个降为5个，然后针对线路中为数不多的孤石采用地面袖阀管注浆预先加固地层，降低地层的透气性，在盾构机到达加固区后，在气压模式条件下对刀具进行检查并更换。加固平面范围为沿隧道轴线方向5m，隧道两侧各2m，加固垂直范围为隧道底部至隧道顶部5m，注浆孔按照1.0m间距梅花形布置。

1.2深孔爆破处理方案

工程区间地层当中孤石的数量相对较多，同时其大小和强度都存在着非常明显的差异，如果采用注浆加固的方法会消耗大量的经费。也不能选用耗时较长的盾构机超前注浆并静态爆破和冲击钻满堂等方法破碎孤石，若直接推进通过，风险较大，在地面具备围挡施工的情况下，我们采用了深孔爆破技术，深孔爆破通常就是在孔深超过5m的地方开展钻孔爆破工作。我们可以按照孤石的形状和大小来确定孔径、深度和装药量，对于厚度相对较大的孤石，我们可以采取分层爆破的方式。

1.3地表人工挖孔桩或冲孔桩破碎孤石方案

当施工中所遇到的孤石体积较大，在工程建设的过程中，我们需要采用地表人工挖孔桩或者是冲孔桩的方法来破碎孤石。设计挖孔的直径为1.5m，人工挖孔到孤石的位置，采用风钻对孤石进行打眼处理，其间距要求合理，采取梅花状的布置形式。在钻孔施工完成之后，采用岩石劈裂机对孤石展开破碎处理，在破碎之后渣块要进行全面的清理，将其破除到盾构机周边范围15cm以外，在孤石破碎之后，对孔洞必须进行回填处理，此外需注意夯实，确保其密度可以充分的满足施工的标准及要求，在孔当中埋设注浆管，回填之后对其进行注浆加固处理。

2基岩上浮地段

从以往的勘探经验当中，我们发现，当地层当中广泛分布孤石的时候，通常会有一定的基岩处于隆起状态。这个时候，我们就可以加固这一部分的基岩和孤石放在一起处理，如果在实际的工作中不能对其进行有效的处理，盾构机推进的过程控制就显得十分的艰难，比较容易出现抬头和偏离轴线设计方向的情况，刀具磨损的状况也较为严重。当地层当中的基岩上浮区域不是很大的时候，我们可以采用冲孔桩的方式，冲碎隧道内部的基岩，之后回填强度C15的混凝土，如果基岩出现了较为严重的凸起，可以采用了旋喷桩加固和袖阀管注浆加固的方式，这样可以有效的保证盾构机掘进过程中的姿态控制。

3上软下硬地层

3.1根据已掌握的地质资料，以及盾构机的参数变化来判断是否进入了上软下硬地层，从而及时采取相应措施，做到防患于未然。

3.2一旦确定了上软下硬地层的具体位置，就要加强盾构机的轴线及姿态控制。利用海瑞克盾构配备的SLS-T激光导向系统观测盾构掘进线路与设计线路之间的偏差。

3.3通过调整盾构机千斤顶推力组合来改变刀盘开挖角度，使下部较硬岩层充分破碎，适当加大硬岩区的顶推力，保证轴线位置和隧道坡度的要求。

3.4采用半敞开模式掘进，向土舱注入压缩空气和泡沫等人工材料来进行辅助开挖。这样既可以防止上部掌子面坍塌，又利于检查清理刀盘和更换刀具，保证掘进顺利进行。

3.5当上部土体自稳能力较差时，应当降低盾构机推力及刀盘扭矩，减小盾构机对地层的扰动，防止产生地层液化塌陷。若发现盾构机多出土，应该立即在地表有条件的地方压注双液浆填充加固地层，避免地表塌陷，加强沉降监测，对不良地段和重要建筑物处进行超前注浆等地层加固措施。

3.6适当加大泡沫注入量来改良碴土，减少刀具及刀盘的磨损，防止刀盘中心泥饼的形成。若发现盾构机推进速度降低、推力和扭矩均增大，同时碴土温度升高，则可以判断刀盘有结泥饼的趋势，甚至已经结了泥饼，此时要进一步增加泡沫注入量，通过正反转刀盘来阻止泥饼的进一步形成。

4淤泥质粘土层

4.1由于地层承载力低，盾构机姿态难以控制，容易出现"低头"现象，此时应加大底部千斤顶推进油缸的推力组合，将姿态纠正上来。

4.2管片拼装后，隧道容易产生整体下沉的趋势，因此，在盾构推进时，应该预先将隧道轴线向上抬高20～30mm以保证成型的隧道区间控制在设计范围以内。

4.3增加泡沫注入量，改善碴土的流动性，减小开挖面泥饼生成的风险，若排土困难，也可在螺旋输送机内加入泡沫，以利于碴土排出。

4.4认真对待监测工作，当发现地层总沉降量超限或是单日沉降速度加快时，要立即进行二次注浆，如果仍不能控制沉降，则应进行地表注浆加固。

5砂层地段

5.1通过泡沫系统向掌子面注入膨润土浆液，在掌子面形成一层致密的泥膜，产生土塞效应，降低砂土的透水性，从而降低螺旋输送机出碴口喷涌的可能性。

5.2将盾构掘进速度控制在20mm/min左右，避免盾构机推力和扭矩增大。

5.3注入泡沫效果与压注泡沫压力有密切关系，且与土压力值相关。在穿越全断面粉砂土时，为使泡沫达到理想效果，应将泡沫压力设定得比土压力值大些。

5.4保证同步注浆量和注浆压力充足，以此填充管片脱出盾尾后衬砌与周围地层之间的空隙，封堵水力通道。由于砂土中空隙较大，同步注浆压注量比一般土层要多，按建筑空隙的250%压注。

6结束语

在工程建设施工的过程中，由于其自身情况的复杂性，所以，我们必须要做好地质勘探工作，同时保证勘探资料的可靠性和全面性。此外，在工程建设和施工的过程中还要选择适当的盾构机型，才能保证掘进的效果，对掘进施工参数加以优化处理，只有这样才可以在保证施工安全的同时也很好的保证施工的效果。

参考文献：

[1]沈成明.复杂地层地铁盾构施工技术研究[J].上海建设科技，2008（1）.

[2]贾连辉，陈馈.盾构推进系统的设计与控制分析[J].建筑机械化，2009（2）.