摘要：在隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中有時(shí)會(huì)遇到軟硬地層這種地質(zhì)條件，對(duì)該種地質(zhì)條件下盾構(gòu)隧道施工控制所涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括施工前的地質(zhì)調(diào)查，盾構(gòu)機(jī)選型；施工過(guò)程中的刀片的選型與切換進(jìn)行了論述，并提出了盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中的控制措施，以期為盾構(gòu)隧道在上軟下硬的地質(zhì)條件下掘進(jìn)施工提供技術(shù)上的支持。

關(guān)鍵詞：上軟下硬地層；盾構(gòu)機(jī)；刀具；掘進(jìn)模式；掘進(jìn)參數(shù)；掘進(jìn)姿態(tài)

1、施工前地質(zhì)調(diào)查

盾構(gòu)隧道不同的地質(zhì)條件下盾構(gòu)機(jī)選型、刀片選型與施工方式都有很大區(qū)別，因而在盾構(gòu)隧道施工之前首先要對(duì)施工隧道進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查。有些情況使得線(xiàn)路無(wú)法避免的會(huì)經(jīng)過(guò)軟硬地層，在這種情況下要從盾構(gòu)機(jī)選型到施工過(guò)程控制等各個(gè)方面來(lái)綜合考慮施工。如果在條件以及設(shè)備允許的情況下要經(jīng)常計(jì)劃性的進(jìn)入到土倉(cāng)內(nèi)部詳細(xì)勘察工作面的具體地質(zhì)情況，并且采用專(zhuān)門(mén)的工具，比如超前鉆來(lái)對(duì)施工區(qū)域的地層軟硬程度進(jìn)行探測(cè)，可以后續(xù)施工盾構(gòu)機(jī)選擇、刀具切換以及掘進(jìn)方式選擇、掘進(jìn)姿勢(shì)以及掘進(jìn)參數(shù)的選擇等提供科學(xué)的依據(jù)。

2、盾構(gòu)機(jī)選型

上壓平衡盾構(gòu)機(jī)通常應(yīng)用在地質(zhì)條件為砂土、礫、砂巖石、粘丄等地層以及由上述幾種不同的軟硬土質(zhì)構(gòu)成的不均勻的軟硬地層；泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主要適應(yīng)的土質(zhì)為砂土、礫、砂石、粘土等地層，尤其是適合含水量大且水壓高的地層。因而對(duì)于粘土性質(zhì)的地層比較適宜采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，在土體切削之后，上渣的可塑性較好，且十分方便采用螺旋運(yùn)輸機(jī)將其運(yùn)輸出去；對(duì)于水含量大且水壓較高的地區(qū)可以采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主要是通過(guò)向密封艙內(nèi)加入泥水聚液來(lái)有效的避免噴涌的情況發(fā)生。盾構(gòu)機(jī)選型也和土層的滲透系數(shù)相關(guān)。如果土層的滲透系數(shù)較大那么可以考慮泥水盾構(gòu)機(jī)，而土層的滲水系數(shù)如果較小可以考慮采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，如果滲水系數(shù)處于中間值那么兩種盾構(gòu)機(jī)都可以采用。

3、軟硬地層掘進(jìn)過(guò)程中的刀具更換

盾構(gòu)機(jī)中所安裝的刀具主要分為滾動(dòng)、切削兩類(lèi)。其中滾動(dòng)類(lèi)刀有包括單刃滾刀、雙刃滾刀等。切削類(lèi)刀具主要包括齒刀、邊緣刮刀、先行刀等。刀具的選型也和具體的地質(zhì)條件相關(guān)，其中軟地層一般采用切削型刀具即可。而如果施工地質(zhì)處于軟硬不均的地層下需要配置滾刀、切刀和超挖刀等多種刀種。超挖刀主要用到盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中的曲線(xiàn)施工階段，在需要較大的隧道直徑的情況下超挖刀可以避免盾構(gòu)機(jī)被卡住保障掘進(jìn)的順利進(jìn)行。如果在盾構(gòu)機(jī)施工的過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)如掘進(jìn)的速度、貫入度以及出土的溫度等參數(shù)存在異常的情況下通常為刀片進(jìn)入到了土層為上軟下硬的地質(zhì)環(huán)境中，通過(guò)估算這種地層所在路線(xiàn)的長(zhǎng)度，為了確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的順利進(jìn)行必須要要對(duì)刀具進(jìn)行檢查，并結(jié)合具體的地質(zhì)條件來(lái)選擇合適的刀具進(jìn)行更換避免再出現(xiàn)上述異常的情況。

4、軟硬地層掘進(jìn)過(guò)程中的控制措施

4.1合理掘進(jìn)模式的選擇

目前復(fù)合式的盾構(gòu)機(jī)主要有土壓平衡式、半敞開(kāi)式、敞開(kāi)式等三種。其中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中，刀具會(huì)將切削下來(lái)的土存儲(chǔ)到土倉(cāng)內(nèi)，在攪拌臂的作用下對(duì)渣土進(jìn)行強(qiáng)行的攪拌，在盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)作用下，隔板會(huì)對(duì)渣土產(chǎn)生壓力然后通過(guò)螺旋排土機(jī)將渣土排出，進(jìn)而使得刀具切削下來(lái)的排土量與螺旋運(yùn)輸機(jī)的排土量達(dá)到平衡，并且在這個(gè)過(guò)程中保障土倉(cāng)內(nèi)部和外部的壓力以及土體和地下水壓力等眾多參數(shù)的平衡，可以防止開(kāi)挖面產(chǎn)生坍塌，進(jìn)而確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定，并且渣土也十分容易排出。開(kāi)挖面具備自穩(wěn)定的能力但是在地下水的影響下開(kāi)挖面的自穩(wěn)定能力會(huì)受到影響而失去平衡，需要保持土倉(cāng)內(nèi)的渣土，在土倉(cāng)內(nèi)注入壓縮的空氣，最終確保掘進(jìn)方式的穩(wěn)定。而上軟下硬是一種不常見(jiàn)的地質(zhì)條件，這種地質(zhì)條件不盡具有硬巖的硬度，又有軟巖地層的不穩(wěn)定性，在土體經(jīng)過(guò)一定形式的加固之后，圍巖具有一定的自我穩(wěn)定能力，但是其裂隙水會(huì)較多，這種情況下為了確保施工的安全與進(jìn)度一般采用半敞開(kāi)式的掘進(jìn)方式進(jìn)行掘進(jìn)。

4.2掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)通常要遇到各種類(lèi)型的阻力，掘進(jìn)機(jī)如果采取勻速掘進(jìn)的方式那么千斤頂?shù)牧Χ染团c其所受到的阻力是基本平衡的。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題本文嘉定盾構(gòu)機(jī)采取勻速掘進(jìn)的方式并且土倉(cāng)內(nèi)的受力是十分均勻的，其中起到主要作用的是盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中土體對(duì)刀盤(pán)的水平的阻力以及盾構(gòu)殼體育周?chē)翆又g的摩擦力。根據(jù)通常的地質(zhì)施工條件以及施工的經(jīng)驗(yàn)盾構(gòu)機(jī)的推力取值一般在9000-11000KN之間。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)通常具有輻射形式與面板形式兩種，不同類(lèi)型的刀盤(pán)的扭矩的計(jì)算方式也是不同的。刀盤(pán)的扭矩參數(shù)選擇不僅與地層類(lèi)型有關(guān)還與隧道構(gòu)造與直徑有關(guān)。本工程主要采用是面板式的刀盤(pán)形式這種形式扭矩主要取決于刀具切削土體過(guò)程中的土層的抗力扭矩與刀盤(pán)與正面和側(cè)面徒弟的摩擦力扭矩以及刀盤(pán)和攪拌的攪拌扭矩，而其他部分可以不考慮。盾構(gòu)機(jī)在正常掘進(jìn)的過(guò)程中，刀盤(pán)所收到的扭矩要小于其額定值如果所受到的扭矩大于其額定值那么刀盤(pán)會(huì)過(guò)載運(yùn)行導(dǎo)致線(xiàn)路發(fā)熱嚴(yán)重的可導(dǎo)致刀盤(pán)損壞。在本工程軟硬土體地質(zhì)條件進(jìn)行掘進(jìn)的過(guò)程中，刀盤(pán)的工作要取額定的扭矩參數(shù)值。在掘進(jìn)的過(guò)程中，要保持土倉(cāng)壓力、開(kāi)挖面壓力以及水壓力之間的平衡，可以有效防止地表的沉降保障地表建筑的安全以及隧道掘進(jìn)施工的安全。在掘進(jìn)的過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件以及其他工況及時(shí)的進(jìn)行掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整以保障掘進(jìn)過(guò)程中的安全以及掘進(jìn)的速度。

4.3掘進(jìn)姿態(tài)的控制

本工程所選用的盾構(gòu)機(jī)為德國(guó)產(chǎn)的具有自動(dòng)掘進(jìn)裝置的先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)，能夠?qū)λ淼谰蜻M(jìn)施工中的掘進(jìn)機(jī)準(zhǔn)確定位其位置和掘進(jìn)參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中線(xiàn)和隧道中線(xiàn)之間的偏差角度，并及時(shí)的提醒工作人員及時(shí)的調(diào)整掘進(jìn)的參數(shù)，確保盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向的正常。盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬的地層施工的過(guò)程中，地層條件的差異隧道曲線(xiàn)以及坡度的變化以及自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的誤差和人員的操作水平以及管片的安裝質(zhì)量等多種因素都會(huì)使得盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的參數(shù)難以控制和掌握，在這種情況下掘進(jìn)機(jī)很難按照既定的路線(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的掘進(jìn)，所以往往需要采取綜合掘進(jìn)控制措施將掘進(jìn)誤差的控制在合理的范圍內(nèi)。

5、結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了盾構(gòu)隧道施工控制措施包括施工前的地質(zhì)調(diào)查確定土層類(lèi)型與水文條件，然后根據(jù)地質(zhì)條件合理選擇盾構(gòu)機(jī)與刀具，在施工掘進(jìn)過(guò)程中需要合理控制掘進(jìn)的模式、參數(shù)以及姿態(tài)以確保盾構(gòu)隧道施工的安全與進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)

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