关于地铁盾构在上软下硬地质条件下施工技术的研究卢杨艺

关于地铁盾构在上软下硬地质条件下施工技术的研究卢杨艺

卢杨艺

广州市盾建地下工程有限公司510000

摘要：为了缓解城市日益紧张的交通压力，轨道交通已成为一种有效的交通方式。地铁盾构穿越上软下硬地层施工是地铁隧道施工不可避免的一大难题，因此在这一前提下只有掌握好必要的施工关键技术，才能够促进施工的顺利进行。本文主要探析地铁盾构穿越上软下硬地层施工的关键技术。

关键词：地铁盾构；上软下硬；地质条件；施工技术

1.地铁盾构施工技术概述

地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术，是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力和地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

虽然地铁盾构在当前的隧道施工中有着十分优越的性能，但是当进行地铁盾构施工的过程中，但是遇到上软下硬等特殊地质时该如何开展施工呢？本文针对上软下硬地质下的地铁盾构施工展开论述。

2.地铁盾构在上软下硬地层地质条件下的施工技术

上软下硬地层是一种特殊的地质，既有软岩地层的不稳定性，又具有硬岩的强度，因此，以下对地铁盾构在这类地层施工时应该注意的施工技术进行简要分析：

2.1调查施工补勘和地面施工环境

做好补勘和地面施工环境调查工作是盾构在上软下硬地质条件下施工的第一步。施工人员在做好补勘和地面施工环境调查过程中应该对工程地区的气象条件进行细致的了解，并将其作为工程勘察和主要内容的收集分类的关键；其次，应在分析不同地层分布的前提下对于当地的地下水类型进行细致的分析，然后在此基础上详细研究当地的植被生长情况。

2.2地铁施工中盾构机掘进技术

2.2.1调整盾构机姿态，在盾构机靠近上软下硬地层前，需将盾构机掘进参数和盾构机姿态调整好。

2.2.2在工作时需保证盾构机运转良好，尽量避免或减少盾构机发生故障的次数，以免造成时间拖延，降低工作效率。

2.2.3采取错缝拼装进行隧道衬砌，目的是可以发挥管片环间螺栓的纵向加强作用，从而加强了管片间接头处的薄弱部位，使得管片整体刚度有所增加，从根本上控制了砂层地段管片的结构变形、结构受力和防水方面的问题，有效控制和解决地铁施工过程中容易出现的大变形和渗漏问题。

2.2.4根据施工环境和地层情况，选用泌水性小、和易性好、具有一定强度的浆液，及时填充地层和隧道间的空隙，通过适当加大浆液的注入量来保护周围环境和建筑物。同步注浆不足时采用二次注浆。采用双液注浆可以减少地面变形和地基不均匀沉降量。注浆时注意控制注浆量和注浆压力，防止地基隆起现象发生。

2.3地铁施工中换刀及加固技术

盾构穿越上软下硬地层施工需要对磨损刀具进行科学合理的更换，并且在这一过程中通过结合实际成效来正确选择合理的加固区域位置；其次，还应当在其磨损超限之前尽可能完成换刀工作，从而能够确保足够的开挖面，减小推力、稳定盾构姿态。

为确保换刀时工作面具有较强稳定性，则可选用多种加固方式。其中，注浆加固主要是指将粘结性能较强的材料注入被加固土层内部位置存在的空隙中，主要是为了加强土质的密实性及完整性，促进土质强度的优化提高。另外，盾构穿越上软下硬地层施工还应针对不同的地质条件采用合理的渣土改良技术，从而能够起到保证盾构施工安全、顺利、快速的效果。

3.实例分析广州地铁某区间上软下硬地质条件下的盾构施工技术

3.1工程概况

该地铁区间左线里程长度1105.077m，右线里程长度1108.073m，盾构隧道总长2954.15m，区间设有一座风井。

3.2施工技术

该段区间隧道区间左线主要为微风化、中风化岩层，自稳性较好，且岩层单一，考虑到以后换刀成本高昂，左线采用了矿山法暗挖隧道的施工方法。而区间右线主要穿越上软下硬不均匀岩层，上部为全风化岩层或局部位置有砂层侵入，下部为微风化、中风化岩层，属于典型的垂直方向上软下硬复合地层，下面主要通过地铁盾构在该工程地层转换时的施工措施进行具体分析：

3.2.1由于该工程存在由全断面硬岩进入软岩的地质情况，盾构的推进状态要由敞开式或半敞开式向土压平衡状态转换，需根据计算出来的土压力来设定土压来确保掌子面土体的稳定，同时调整同步注浆量及注浆压力，调整各分区油压差来控制盾构机姿态，同时放慢推进速度。

3.2.2换刀：换刀作业需要选择合适的地点、时间、并要采取相应的措施。在这种上软下硬地层条件下换刀首先应考虑压气换刀，并在盾构机到达前提前对土体采用合适的方法进行加固处理来确保换刀作业的安全性。

3.2.3经常观察掌子面围岩变化情况，要根据地质剖面图，随时监控土的性质确定转换界面，根据不同的地质状况选用不同的刀具配置模式。另外，在不同转换界面要加强地表沉降监测的频率，并根据监测反馈信息及时调整盾构在掘进过程中的参数。

3.2.4在上软下硬不均地层中掘进时，可采取向土舱内注入膨润土的方式，可以对软层起到一个泥模的作用，使土舱内的高压空气不易逸出，可有效防止上面软岩地层的坍塌，如遇到砂卵石及全、强风化泥质粉砂岩的掘进中，主要是可以稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘的扭矩。一般还可采取分别向刀盘面及土舱内注入发泡剂或分散剂的方法进行渣土改良。

3.3施工效果

3.3.1刀盘的刀具磨损均属于正常磨损，没有产生严重的刀具磨损现象；

3.3.2在此区域段掘进时，没有发生过掌子面坍塌现象，出土量正常，地表的沉降均在规范的允许的范围之内，并安全、高效地完成了开仓换刀作业；

3.3.3盾构姿态控制良好，从已完成施工的隧道复测结果来看，其水平、高程中心误差均在±50mm之内。

结束语：综上所述，在地铁建设过程中，一般采用盾构法进行施工不会对地面交通造成很大影响，可充分保护周边建筑物，能够适应复杂多变的环境，应用优势明显。因此，地铁施工人员在施工过程中要采取针对实际地质条件的掘进方案和控制措施，进而确保地铁盾构在上软下硬地质条件下施工的效率和安全。同时还要不断地进行探索和实践，从而让这项技术更加成熟，为我国的交通运输业作出巨大的贡献。

参考文献：

[1]万斌，李清.盾构到达施工技术[J].建筑工程技术与设计.2014.

[2]肖铁贤.盾构穿越上软下硬地层施工关键技术研究[J].城市建设理论研究.2014.

[3]王锡军，周林生.地铁盾构穿越暗挖风道施工技术[J].建筑技术.2011