盾构在上软下硬地层中掘进控制措施

1、盾构在上软下硬地层中掘进控制措施摘要：盾构在上软下硬的地层掘进时，地质上下岩层强度相差较大，如平衡压 力控制不好，盾构掘进过程中会引起刀盘切削的上部土体则容易进入土舱内；下 部硬岩则掘进困难，容易导致盾构机容易上翘、刀盘刀具破损过大等问题。施工 过程中，主要控制盾构姿态、速掘进度及盾构机平衡压力，采用一定的预处理措 施，使盾构机在防止刀盘刀具破坏的同时，避免盾构机姿态不平衡失控而超限。关键词：上软下硬；盾构掘进；掘进风险；对策及控制措施地铁9号线4标花马区间掘进过程中通过提前详细了解地质勘查资料、日常加强盾构机 的维保工作、采用土压平衡模式掘进、合理利用盾构铰接千斤顶、加强盾构掘进过程中土仓

2、压力和出土量的控制、盾构掘进速度的控制、加强盾构掘进过程中地表沉降变化的巡查和监 测、优化壁后注浆配合比参数、控制好掘进姿态、盾构掘进参数控制的情况等，使盾构机在 防止刀盘刀具破坏的同时，防止盾构机姿态失控而超界限。通过这些有效的措施，实际施工 过程中花马区间左、右线盾构均顺利、成功的通过上软下硬地层。一、工程概况及地质情况广州市轨道交通九号线施工4标花都广场站马鞍山公园站区间约长1360m，为1盾构 段；区间最小曲线半径400m，最大路线纵剖26.89%。该区间自花都广场站东端引出，一直 沿着迎宾大道东行到达马鞍山公园站，位于已建迎宾大道下，起止里程： YDK9+864.500YDK11+1

3、65.530。本区间自地表以下依次是填土层、粉细、中粗、砾砂层、微风化灰岩（局部为中风化炭 质灰岩），砂层厚度大、透水性强，直接与微风化灰岩接触，灰岩强度较高，中间无不透水 层。区间盾构隧道线路沿线基岩以灰岩为主，灰岩中揭露的岩溶有容蚀裂隙、溶洞、土洞、 断层等，以溶洞为主，局部有土洞。隧道主要穿越3-2冲积-洪积中砂层、3-3冲积-洪积砾 砂层、4-2淤泥质土层、5C-1A灰岩可塑软塑残积土层，局部穿越9C-2炭质灰岩微风化 带，盾构区间地质为上软下硬。二、盾构在软硬不均地层掘进风险盾构在上软下硬地层掘进时，由于掌子面的岩面岩性强度相差较大，刀盘在破岩过程中， 岩面对刀具磨损严重、损坏多、刀

4、具更换困难等使掘进受阻而盾构掘进缓慢，掘进方向容易 发生偏差。刀盘受力不均致使主轴承受损或主轴承密封被破坏。且由于上下部地质在刀盘受 力不均匀的情况下，同样的刀盘推力和刀盘转速，下部岩层掘进进尺较缓慢，上部掘进相对 较快而造成盾构机上部的地层扰动过大，同时在同步注浆不及时和注浆量不足，容易导致地 面沉降或塌陷甚至影响严重影响周边建筑物损坏等，而且盾构管片脱出盾尾后易发生上浮等 情况。三、盾构在软硬不均地层掘进对策及控制措施盾构机在上软下硬复合地层施工过程中，主要是要保证在盾构机在推进过程中保持盾体 的平衡，其在上软下硬的土层掘进控制难度较大，工况转换频繁，岩面起伏较大及岩体的完 整程度和强度差

5、别较大。为了避免盾构在掘进过程中出现抬头和沉降以及地面塌陷等事故的 发生。主要采取以下相对应的措施：1、提前详细了解地质勘查资料。全面掌握本区间的地质岩面的起伏情况，视必要提前 进行岩面起伏较大的区域进行地下岩层爆破或在岩面凹谷部位进行注浆填充加固，以减少盾 构掘进过程中的沉降现象。2、日常加强盾构机的维保工作。盾构机作为隧道掘进设备必须保持良好的安全运行与 备用状态，才能更有效地发挥设备的效率，形成最为全面合理的掘进运行方式，防止各种不 正常故障的出现。3、盾构机的选型。针对本区间的上软下硬及岩性情况，采用土压平衡掘进模式。由于 下部为岩层，掘进速度比较慢，而上部土层受扰动容易造成塌陷。因此

6、必须在保证泡沫基本 功能的前提下减小泡沫的注入量和发泡倍率，注入合适的泡沫或泥浆进行渣土改良，以减少 刀具及刀盘的磨损。泡沫溶液的组成比例为泡沫添加剂原液5%，水95%；发泡倍率15倍， 掺入率45%。4、合理利用盾构铰接千斤顶，改变刀盘倾角，一加强对硬岩部位的切割，提高盾构掘 进过程中的轴力控制能力。调整盾构机推进千斤顶的区域油压，硬岩区域推进千斤顶油压较 软岩部位适当加大，以控制千斤顶的合理作用点，抵消上抛力，以控制好盾构轴线位置和隧 道坡度。5、加强盾构掘进过程中土仓压力和出土量的控制。土仓压力要比采用朗金理论计算压 力略高0.001-0.003Mpa，以减少土影响范围内地表沉降值，避免

7、压力过高造成地面隆起，严 格控制掘进速度，均匀掘进，维持土仓压力相对稳定，土仓压力控制在0.09-0.11Mpa较好。 出土量控制，严禁多出土，每环出土量控制在47-53m3，最大不超57m3，。同时密切注意出 渣渣土的物理性能，做好理论渣土和实际渣土量的比较，保证出渣量与掘进速度一致，避免 冒顶。停机前也要憋土保压，以防止掌子面坍塌。6、盾构掘进速度的控制。掘进过程中如掘进速度过快，螺旋输送机运输速度过快或到 达极限，土仓的土体不能及时排出，出土量不稳定，会造成土仓压力过高失控，必须密切掘 进过程中的土仓压力值得变化，盾构掘进速度控制在50-100mm/min之间，当盾构纠偏时应 适当调整较

8、小速度。7、加强盾构掘进过程中地表沉降变化的巡查和监测。严格按设计及规范要求进行隧道 影响地面范围内进行布置沉降观测点，掘进过程中加强管理巡查及加大监测频率做好沉降值 与盾构机掘进参数之间关系的对比分析，总结出适应该地层掘进参数和注浆参数。及时收集 相关信息进行对比分析。及时调整推进参数，减少对地层的扰动，控制地面沉降。8、优化壁后注浆配合比参数，合理调整同步注浆配合比，根据地层条件和地下水以及 周边条件等，通过现场试验优化确定。配合比参数为水泥150kg/m3，粉煤灰240kg/m3，膨 润土 60kg/m3，砂930kg/m3，水480kg/m3，通过试验加入适量早强剂，使浆液凝胶时间缩

9、短到35h，使同步注浆尽快发挥其止水作用，防止管片背后水力通道的形成，可以有效防 止或减小喷涌的发生，阻止管片上浮。同时，及时进行二次双液补强注浆，对管片背后进行 堵水，防止管片上浮超限。9、盾构掘进参数控制，对于上软下硬地层，施工技术参数控制如下：掘进推力：盾构 掘进的推力主要表现为滚刀的破岩原理，推力越大扭矩则越大，而扭矩占破碎功力的主要部 分。推力越大，刀盘破岩削切下来的渣土就越多，同时在掘进过程中由于刀盘上下部受力不 均匀，下部受力较大，上部受力较少，如果推力过大势必造成部分刀具磨损严重甚至刀座变 形、刀盘变形等。同时刀盘转速也必须控制好，刀盘转速不能过快，根据本区间的施工经验， 刀盘

10、转速控制在1.6rpm较好。渣土的管理控制：在上软下硬地层掘进时，应严格控制每一循 环排土器工作的次数，严格控制出土量，有必要时，在渣斗中划上刻度，以便计算和控制出 土量，达到平衡出土。同时为更好地做好土仓压力的控制，及时采取措施保持泡沫系统工作 状况良好，并根据渣土的性能和状态及时地添加泡沫剂，使渣土具有很好的软流塑状，且为 控制掌子面的稳定，适当在仓内增加膨润土进行渣土改良，避免发生渣土喷涌而出现地层超 挖的情况在造成地面沉降或塌陷的风险。渣土温度控制：如渣土温度过高容易形成了泥饼， 刀具不能抵推掌子面切削岩土，同时造成刀具严重损坏，严重影响设备的使用功能和工作效 率，正常情况下，渣土温度过高应及时的停止继续掘进。应加入稀的膨润土泥浆进行刀盘降 温措施。四、结束语盾构在上软下硬地层施工必须采取合理的施工措施，采取有效的施工质量控制方法和安 全生产的管理方式，提前加强地质风险的分析和判断。针对地质情况合理进行盾构机选型， 加强设备的维修和保养以提设备使用效率和工程成效。在上软下硬地层盾构掘进过程中，盾 构机泡沫管由于经常出现堵塞，必须做好及时的疏通以防止形成泥饼造成扭矩过大和土仓内 渣土升温较快而出现一系列的问题。密切关