盾构穿越上软下硬复合地层施工技术措施浅析
摘要：随着城市化的不断推进，地下空间的建设越来越重要。然而，盾构施工在穿越上软下硬复合地层时面临着许多困难和挑战。本文对盾构穿越上软下硬复合地层的施工技术措施进行了分析和探讨。通过文献资料梳理和案例分析，提出了有效的技术措施，包括钻探勘探、风险评估、地质预测、管片配合、地质应急处理等。这些技术措施可以提高盾构施工在上软下硬复合地层中的施工质量和安全性。
关键词：盾构施工，上软下硬复合地层，技术措施，风险评估，地质预测
1.背景介绍
盾构法是一种在地下施工中应用广泛的技术。由于其施工速度快、施工质量高等优点，越来越多的城市地下工程采用盾构法进行施工。然而，在穿越地下复合地层时，盾构施工面临着许多困难和挑战。上软下硬复合地层尤其复杂，需要采取有效的技术措施来保证施工质量和安全性。
2.上软下硬复合地层的特点
上软下硬复合地层指的是在盾构施工过程中，先穿越软弱地层，然后进入硬岩地层的一种地质条件。这种地质条件具有以下特点：
①上软层往往存在不稳定性和变形性，易导致管片不对称和开裂；
②下硬层中存在较硬的岩层，盾构掘进面容易出现断层、刀盘损坏等情况；
③软硬层之间的转换容易导致地面沉降、管片损坏等问题。
④地质条件复杂多变，难以准确预测和评估，施工过程中容易出现意外情况； ⑤对盾构施工的技术要求较高，需要采取特殊的技术措施来保证施工质量和安全性。
由于上软下硬复合地层的特殊性质，盾构施工在这种地质条件下需要采取更为精细和复杂的技术措施来确保施工质量和安全性。必须全面了解地质情况和岩土力学参数，针对性地设计和选择管片类型和配合方案，预测和评估施工中可能出现的问题和风险，并采取相应的措施进行预防和应对。同时，还需要具备丰富的经验和专业知识，以应对复杂多变的地质条件和意外情况。总之，上软下硬复合地层是盾构施工面临的一种特殊地质条件，具有较高的风险和难度。但是，通过合理的技术措施和施工方法，可以有效地解决这些问题，提高施工质量和安全性，为城市基础设施建设提供有力支撑。
【含砂砾岩裂隙发育软硬不均复合地层盾构施工技术探讨】地层裂隙表贵州
摘 要：通过对南京地铁二号线紫金山麓【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构施工中遇到的“地质灾害”进行分析，以及在后续施工中克服该段软硬复合地层施工中采取的一系列技术措施，引发对类似地层盾构施工技术的探讨。
关键词：砂砾岩，裂隙发育，软硬不均复合地层，地面预加固，开仓，更换刀具，刀具管理，风险控制，成本管理。
0引言
随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，软硬不均复合地层也越来越多的开始采用盾构法施工，但是在该类地层中采用盾构法施工也引发出相应的技术难题。工程实例表明，如：刀具损耗巨大、更换刀具困难、推进难度大、掘进模式选择困难等困扰施工的主要问题尚未得到很好的解决，特别是刀具磨损异常、消耗量大。需要经常检查更换刀具与地层不稳不满足直接开仓这一矛盾越来越明显的影响施工，情况严重部位甚至造成盾构被困，刀盘、刀具条件无法继续推进施工，又无法开仓检查更换刀具的困境[1]。
含砂砾岩软硬不均复合地层是南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构穿越的主要地层之一，也是该区间盾构施工中的难点，仅区间右线共210环252m含砂砾岩段软硬不均复合地层掘进就耗时6个月零6天。本文仅以区间右线推进通过该段地层施工中遇到的问题，对该地层和类似地层盾构施工提出一些分析和见解，以供探讨和参考。
1 工程简介
南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间隧道采用土压平衡盾构施工，区间全长1306.9m，采用钢筋混凝土管片衬砌，共1086环。盾构下穿沪宁高速匝道桥台、沪宁高速立交桥台、明城墙等建筑物，地下管线密集。隧道沿线穿越地层存在5段4种不同特点的地层，同一施工段存在垂直、水平方向不同地层的组合，地层软硬不均，地质纵断面图见图1。
图1 苜蓿园～明故宫站区间隧道地质纵断面示意图
探讨穿越上软下硬地层盾构隧道施工控制技术
在隧道掘进施工过程中有时会遇到软硬地层这种地质条件，对该种地质条件下盾构隧道施工控制所涉及的关键环节包括施工前的地质调查，盾构机选型；施工过程中的刀片的选型与切换进行了论述，并提出了盾构隧道施工过程中的控制措施，以期为盾构隧道在上软下硬的地质条件下掘进施工提供技术上的支持。
标签：上软下硬地层；盾构机；刀具；掘进模式；掘进参数；掘进姿态
1、施工前地质调查
盾构隧道不同的地质条件下盾构机选型、刀片选型与施工方式都有很大区别，因而在盾构隧道施工之前首先要对施工隧道进行地质调查。有些情况使得线路无法避免的会经过软硬地层，在这种情况下要从盾构机选型到施工过程控制等各个方面来综合考虑施工。如果在条件以及设备允许的情况下要经常计划性的进入到土仓内部详细勘察工作面的具体地质情况，并且采用专门的工具，比如超前钻来对施工区域的地层软硬程度进行探测，可以后续施工盾构机选择、刀具切换以及掘进方式选择、掘进姿势以及掘进参数的选择等提供科学的依据。
2、盾构机选型
上压平衡盾构机通常应用在地质条件为砂土、砾、砂岩石、粘丄等地层以及由上述几种不同的软硬土质构成的不均匀的软硬地层；泥水平衡盾构机主要适应的土质为砂土、砾、砂石、粘土等地层，尤其是适合含水量大且水压高的地层。因而对于粘土性质的地层比较适宜采用土压平衡盾构机，在土体切削之后，上渣的可塑性较好，且十分方便采用螺旋运输机将其运输出去；对于水含量大且水压较高的地区可以采用泥水平衡盾构机。泥水平衡盾构机主要是通过向密封舱内加入泥水聚液来有效的避免喷涌的情况发生。盾构机选型也和土层的渗透系数相关。如果土层的渗透系数较大那么可以考虑泥水盾构机，而土层的渗水系数如果较小可以考虑采用土压平衡盾构机，如果渗水系数处于中间值那么两种盾构机都可以采用。
3、软硬地层掘进过程中的刀具更换
盾构机中所安装的刀具主要分为滚动、切削两类。其中滚动类刀有包括单刃滚刀、双刃滚刀等。切削类刀具主要包括齿刀、边缘刮刀、先行刀等。刀具的选型也和具体的地质条件相关，其中软地层一般采用切削型刀具即可。而如果施工地质处于软硬不均的地层下需要配置滚刀、切刀和超挖刀等多种刀种。超挖刀主要用到盾构隧道施工过程中的曲线施工阶段，在需要较大的隧道直径的情况下超挖刀可以避免盾构机被卡住保障掘进的顺利进行。如果在盾构机施工的过程中盾构机掘进过程中的各项参数如掘进的速度、贯入度以及出土的温度等参数存在异常的情况下通常为刀片进入到了土层为上软下硬的地质环境中，通过估算这种地层所在路线的长度，为了确保盾构机掘进的顺利进行必须要要对刀具进行检查，
软硬不均地段对盾构施工的影响及应对措施
【摘要】：深圳地铁地勘报告中显示，区间隧道施工时将穿越一些施工困难复杂地段，复杂困难地层代表之一就是软硬不均地层，施工前首先对盾构机的施工风险及应对措施进行专题研究，并制定各种对策，以确保施工质量和施工安全。
【关键词】软硬不均地层 盾构机施工影响 应对措施
盾构法施工无需开挖，对周围环境影响较小，目前在众多工程中得到广泛应用，诸如地铁、隧道、城市排水、水气油输送管道工程等等。盾构隧道施工方法及施工参数的选择与其它任何一种地下工程一样，无不受制于施工环境，特别是围岩的工程地质和水文地质特征。本文针对软硬不均地质条件下盾构施工的难点及对策进行了分析探讨。
1、软硬不均地层对盾构施工的影响
国内外大量的工程实例表明，盾构穿越软硬不均的复合地层存在许多问题，在国际上都是一大难题。特别是上部有建筑物的软硬不均地层，到目前为止仍无有效的解决方法。
盾构在软硬不均地层掘进时，由于掌子面强度差异大，首先刀具在经过软硬交界带时，岩面对刀具的撞击极易造成刀具磨损严重、非正常损坏多、更换困难等造成掘进受阻、刀盘磨耗，致使刀盘强度和刚度降低而无法掘进。刀盘受力不均致使主轴承受损或主轴承密封被破坏，其次在相同的刀盘转速和推进速度下，下部进度慢，上部的土层过度扰动，会造成隧顶土层松弛，注浆不及时，易产生地面沉降甚至塌陷。从而造成推进速度缓慢，只能靠提高推进速度，过多的出土则造成地表沉陷，对地表建筑物和管线造成影响。
千斤顶的推力不均匀还可能导致管片衬砌错台、开裂；软硬不均地层容易引起盾构施工曲线偏高设计方向，盾构掘进控制难度大，工况转换频繁等。因此，开展穿越软硬不均地层的盾构法施工关键技术研究是非常必要的。
2、盾构机穿越软硬不均地层时的应对措施
2.1掌握工程地质及水文地质情况
施工前必须结合地质资料，掌握工程地质及水文地质情况，为科学选择掘进参数提供依据，减少施工的盲目性。盾构施工前期进行多次补充地质勘查工作，能够摸清软硬不均地层地段的工程地质及水文地质情况，为施工预案的制定提供了可靠的依据。
