上软下硬地层中盾构法隧道施工技术探讨

上软下硬地层中盾构法隧道施工技术探讨

在盾构法隧道施工中，经常会遇到特殊的地质情况，如上硬下软、上软下硬等问题，如果不能对其进行深入剖析和研究，必然会影响施工的质量和效率。本文以深圳地铁11号线车公庙一红树湾区间段的施工为例，对其隧道施工中存在的重点和难点问题进行了分析，并且给出了具体的盾构掘进参数，保证了良好的施工效果，希望能够为类似工程的施工提供一些参考。

标签：上软下硬地层；盾构法；隧道；施工技术

盾构法主要是依靠旋转推进的刀盘，利用盘形滚刀破碎岩石，使得隧洞全断面一次成型，是一种新型的隧道施工方法。自问世以来，盾构施工法凭借自身高效、安全、环保等优点，在水利、交通及采矿等领域得到了广泛应用。在城市地铁隧道施工中，盾构法有着非常广泛的应用，而在面对特殊地层时，需要做好合理的设计，才能保证施工的顺利进行。

1、工程概况

深圳地铁11号线车公庙-红树湾区间段全长5.5km，采用盾构法进行施工，以4台φ6980大盾构由中部始发井向两端车站掘进。经现场勘查，区间隧道穿越地质主要为砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩，进行钻探取芯分析，发现岩体完整性较好，天然抗压强度为37.3～126.1MPa，平均值也达到了81.7MPa。在头尾两侧，均为匕软下硬地层，对于工程的施工有着一定的负面影响。

2、施工难点

结合地质水文数据，对工程施工的难点进行分析，主要包括：

1）软硬不均的地层在掘进过程中，可能引发地表沉降问题，对周边环境造成巨大影响，同时会导致掘进刀具的严重磨损；

2）在硬岩段，掘进边滚刀磨损快，容易出现盾构卡壳的情况，因此需要频繁的对刀具进行开仓检查，增大了施工风险；

3）软硬不均地层段处于下坡段，对于掘进施工有着一定的负面影响；

4）爆破區掘进时，由于原有地表注浆孔可能存在封堵不密实，将会出现土仓压力保不住，上下串通，螺机喷涌、地表冒浆等问题。

3、应对措施

3.1前期准备

一是应该在原本地质勘查的基础上，进行加密补堪操作，确保沿线每5m有—个地质取芯资料，充分了解岩面变化情况，尽可能排查孤石分布情况，做到了然于胸；二是对于补勘过程中发现的孤石，应该采取有效的处理措施，具体来讲，当发现取芯异常后，需要在其周边进行加密勘查，对孤石的大小和形状进行明确，然后利用冲桩机对孤石进行破碎，以混凝土回填封堵；三是应该做好上软下硬段的预处理工作，采用地表钻孔预裂爆破+深孔袖阀管预注浆工艺。要求预裂爆破后岩石块径≤30cm，满足螺机出渣要求：四是应该对盾构机的换刀点进行明确，以避免掘进过程中的频繁开仓检查，保证施工安全。区间联络通道范围均设计为换刀检查点，换刀点采用旋喷桩提前对隧道范围进行预加固处理。换刀加固区域的面积为9.1m*5.2m。加固的高度从隧道顶部上方3m到隧道底部下方1m。

3.2施工技术

（1）推进参数：结合地质勘查数据，在初步设计中，拟定的盾构机推进参数为刀盘转速≤1.2r/min，推力<2000t，扭矩不超过2000KN·m。贯入度不小于5mm，边滚刀最大磨损<15mm，中心刀最大磨损<25mm，如果发现刀具磨损超出标准值，则需要立即停止施工，对刀具进更换。不过，在施工中，结合实际情况，针对上述参数进行了适当的优化调整，刀盘转速1.5r/min，掘进速度8mm/min，贯入度4～6mm，上部土仓压力1.0～1.3bar，扭矩1700～2000KN·m，实际掘进参数基本不脱离拟定值。

（2）刀具更换：在掘进过程中，刀具的磨损非常严重，据统计，软下硬地层中新更换的单刃滚刀可以使用约15-20环，中心刀15环左右。其中，内圈滚刀较多出现偏磨，外圈滚刀除偏磨外，还有断刀圈及缺口等现象，以中心滚刀为例，其偏磨情况如图1所示。

考虑到中心刀的更换相对困难。尤其是在遇到螺栓断裂的情况时，基本上需要每两天更换一把，而新刀具的安装需要掏挖刀槽，风镐作业的方式在高强度微风化岩层中效率较低。对此，采用取芯机进行辅助，有效提高了掏挖刀槽的效率。

（3）渣土改良：由于该区域微风化岩层中裂隙水发育，在加密补勘的过程中.经常会遇到浆液流失问题，往往需要耗费大量的人力和时间进行清渣工作，严重影响了施工进度。在这种情况下，就需要进行渣土改良工作。结合现场分析数据，在该工程中，渣土改良采用优质泡沫+膨润土泥浆，泡沫原液比冽1%，气流量600L/min，注入率30%，膨胀率12%。膨润土流量3m3/h。施工结果显示，改良效果明显。

（4）防喷涌措施：由于掌子面地下水含量丰富，隧道位于下坡段，盾构外部水体汇集刀盘及土仓内，为防止坍塌又需要保证较高土压力，造成螺机喷涌，影响施工的顺利开展。针对这个问题，采取了相应的防喷涌措施：一是加入高粘度泥浆，改变了碴土的附着性，使得碴土可以顺利通过皮带机输送，喷涌现象得到改善：二是适当缩短了同步注浆初凝时间，调整后的浆液初凝时间为2.5h，基本吻合硬岩段每环纯掘进时间3h，调整后的同步注浆配合比见表1；三是通过二次注浆的方式，在管片外部，每5环一道双液浆止水环，对喷涌进行封堵。考虑

到地下水含量丰富，在同步注浆过程中浆液容易被稀释，影响二次注浆的质量，还需要采取相应的控制措施：1）高粘度膨润土泥浆填满土仓；2）高浓度膨润土填充盾壳，从尾盾至前盾；3）打开管片吊装孔注浆，由下至上，由掌子面向后延伸至第五环；4）间歇性注浆，注浆压力小于1兆帕；5）相邻管片顶部吊装孔打开，保证压力不会瞬时过大造成管片受损。

结语：

在上软下硬地层中，以盾构法进行隧道施工。需要做好勘童工作，了解地质水文状况，立足实际需求，进行盾构掘进参数的设计、刀具的更换、渣土的改良以及喷涌的预防，从而在充分保证施工安全的前提下，提高盾构掘进的效率。