盾构穿越上软下硬地层施工关键技术研究

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1、盾构穿越上软下硬地层施工关键技术研究王建江广东水电二局股份有限公司523952在我国城市经济发展的推动之下，我国城市轨道交通获得较快的进步。但是在施工之中，因为地层结构的特殊性，对于施工进度以及质量造成一定的影响，木文则探讨了盾构穿越上软下硬地层之时的相关施工技术。关键词：盾构；上软下硬；施工引言花岗岩、混合岩及灰岩等硬质基岩大面积分布于我国华南、东南及华北沿海地区，上面多为花岗岩、混合岩的残积层以及黏土层、砂层等地层。花岗岩、混合岩的残积层只有未扰动前比较致密、承载力较高，扰动后强度迅速降低、软化、崩解，自

2、稳性差等特性。硬岩和软弱地层，两者地质物理特性差别大，地铁盾构隧道由于地铁车站埋深及线路坡度的限制，区间隧道洞身不可避免地会有部分位于硬质基岩、部分位于风化残积层或其他软弱层中。盾构在上软下硬地层中施工经常遇到掘进速度减慢、极易超挖、地面沉降严重甚至坍塌、盾构刀其磨损严重、卡机、螺旋机喷涌等问题。如何处理好这些问题，国内工程技术人员一直在.分析和研究。1、上软下硬复合地层的主要特征上软下硬复合地层主要是由上部的土层和下部的岩层组合而成的岩土复合地层。盾构隧道中的上软下硬复合地层，其土层和岩层之间的过渡层很薄甚

3、至没有，分界线明显，上部的土层较为软弱，不能过多承受施工扰动，而下部的岩层的单轴抗压强度往往高达几十甚至一百兆帕以上。2、盾构机掘进上软下硬地层的风险盾构隧道中上软下硬复合地层的土层和岩层过渡较快和性质差异显著的特点，使得盾构机在掘进时容易产生以下施工风险:由于底部为硬岩，刀具贯入岩面闲难，顶部为软土，刀具切削土层容易，因此盾构机掘进吋垂直姿态容易上抬。（软硬各半的时候就会减少，除非软土占60%以上）地层软硬不均，刀具在软硬交界的地方容易磕碰岩面，造成刀圈崩坏、刀轴密封漏汕等刀具损坏情况；而如果掘进速度过慢（

4、小于4mm/min）时滚刀不转，又容易造成刀偏磨。底部为硬岩，掘进速度慢，上部软土因扰动大而容易变形和造成水土流失，尤苏是在富水地层中，如果控制不好造成喷涌，更容易导致地层损失，最终导致地面沉降过大。为维持上部软弱地层的稳定，土仓内常需保持稍高于水土土压，冋吋因盾构机掘进速度慢，摩檫作用使得仓内土体温度升高，从而容易产生“结泥饼”的现象。（结泥饼还包括喷涌时快速带走水量）3、施工现状及问题盾构隧道上软下硬地层的特性，决定了盾构施工的闲难，施工中出现问题难以完全避免。部分区间施工承包商对该地层认识不足，盾构选型

5、、采购或改造上针对性不强。部分盾构机操作手和现场施工技术管理人员也存在经验不足的问题，施工前施工组织没有针对性，缺乏相应预案，造成施工中问题不断，部分问题处理不及时，造成较大损失。施工中出现的主要问题有：盾构掘进参数取用不合理，刀盘转速、贯入度、扭矩及推力等偏大；造成盾构机掘进不顺、姿态难以控制等问题。盾构掘进困难，盾构昂头，出土超量，地面沉降及坍塌。盾构刀具磨损严重，需频繁开舱检查刀具及换刀。盾构出现卡机现象。软弱地层松动坍塌，泥水涌入土舱，出现螺机喷涌；土舱保压造成地表冒浆等。4、施工技术分析4.1、施工

6、准备4.1.1、优化参数开始穿越地层之前，需结合沉降情况优化施工参数，归纳总结沉降规律,针对盾构穿越地层结构展开合理分析，旨在实现最佳施工成效的最大化获取，严格控制地面沉降，确保盾构能够平稳安全地穿越地层结构。4.1.2、维护设备针对施工所用盾构机械设备采取有效的保养维护措施，确保龙门吊以及盾构机、二次注浆机、拌合站、电瓶车等相关设备拥有良好性能，可保持最佳运行状态，进而能够快速经过施工风险区域。4.1.3、准备材料施工之前，需尽可能准备数量充足i质量较优的工具和材料，坚决杜绝因为材料短缺使施工工作受到影响，

7、提前准备好材料，确保工具数量足够且种类齐全，有备无患，规避意外状况的频繁发生。4.2、掘进参数控制4.2.1、脱闲阶段在恢复掘进前，为治理土仓内积水，防止喷涌，在关闭仓门前往土仓内倒入5〜6t干膨润土，并搅拌均匀。采用主动交接式盾构机掘进吋首先使用同步千斤顶试掘进，如果推力加到36000RN（程序保护）仍无法顶动盾体吋，采用铰接千斤顶推进。控制掘进参数如下：刀盘转速1.0〜1.2r/min,在利用铰接推进吋刀盘扭矩超过5000kN?m则停止向前推进，空转刀盘当刀盘扭矩降低至2000kN?m吋继续利用铰接向前推

8、进，如此循环掘进，铰接行程伸出30mm吋，铰接汕缸变换为收缩模式，冋吋利用同步千斤顶推动盾构机中盾和盾尾。如此循环操作，至使用同步千斤顶能正常推动盾体吋恢复正常掘进模式。4.2.2、正常掘进阶段根据以前过上软下硬经验及0前实际情况，控制掘进参数如下。土压:根据刀盘埋深及地下水位高度计算得出土仓顶部静水压力为（如2.8bar）;根据掘进里程计算出理论出土量，根据实际出土量=理论出土量的原则控制出土，土