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摘要：上软下硬的复合地层中，地铁盾构隧道无论是在设计中还是在施工中都具有较高的难度，其中也不乏存在一些影响性因素，如果这些问题得不到有效的解决，最终将会严重影响到工程的质量，因此本文根据实际的施工经验加以分析，在对盾构的选择、配置以及施工中的方方面面都加以严格的管理，针对常见的问题提出一些可行性的方案，在今后类似工程的设计与施工中，希望可以得到有效的避免，为工程质量的进一步发展提供重要的参考依据。
关键词：地铁；盾构隧道；上软下硬复合地层；设计与施工；盾构选型
在隧道工程施工的过程中，经常会出现这样一类施工现象，地层具有上软下硬的特点，尤其是在我国的华北以及华南地区，这一问题比较常见，经常是以花岗岩、黏土层等为主要的地层，所以在施工时为隧道工程的建设带来了一定的难度。受到隧道线路以及坡度的影响，有时施工中难以避免的会经过这种地质层，引起施工中的众多问题，所以要在设计时就多下功夫，采取适当的措施对常见的现象加以处理，由此实现更加完整的施工。本文从设计以及施工两方面进行了概述，希望对工程具有一定的帮助。
1、设计现状与问题
在我国目前的隧道工程设计中，首先是这类设计人员存在严重的缺失，同时对于精细化的设计还存在较大的差距，其次是缺少必要的沟通，无论是线路设计人员还是区间结构设计人员，都缺少有效的沟通，这样就使得设计存在一定的独立性，不能形成一个完整有效的整体。在常见的上软下硬的盾构隧道的设计中，设计人员缺少对其深入的认识，对后续工作的开展造成一定的影响。类似的问题还有很多，主要是对于盾构隧道施工并没有具备深刻的觉悟造成的，所以在今后的设计方案中，需要设计人员尽量避开对上软下硬结构进行的设计，对线路进行进一步的优化，这样才能确保盾构隧道的质量。此外，还有一些外界的影响因素影响着施工设计，整个设计过程中不仅需要注意经费的问题，还应该注意制定出严谨的设计方案，从而确保施工的顺利进行。
2、施工现状与问题
设计是施工的前提，在完成设计方案后才能进行相应的施工。但是在实际施工的过程中，又会存在这样或那样的问题。例如针对地层所具有的施工特点，一些施工人员在盾构的选择以及采购上均存在严重的不足，并且这一问题会延续到施工进行的过程中。一些问题如果没有得到及时有效的处理，就会造成施工中存在严重的安全隐患甚至是损失。常见的施工问题包括地面塌陷、盾构刀盘磨损以及地面冒浆等。正是因为上述问题的出现为工程安全性造成极大的影响，所以在本文的重点论述下，希望可以在今后实际工程的建设中得到有效的控制。
3、工程设计讨论
在设计时，为了有效的避免设计中存在的问题，应该从设计人员的觉悟性以及对工程的认识上加以重点推进。尤其是在整个设计能力的提升上，各设计单位要做好充分的培训工作，针对上软下硬的地层加以严格的管理。具体设计方案中应该涵盖如下几点内容。首先是线路的选择上，如果可以避免此类地层，应该尽量避免，这样不仅可以降低施工的难度，同时对工程的质量也具有一定的保障。其次是在相互之间的协调上，线路的调整需要各专业的设计人员相互配合才能实现，例如将坡型由原有的V型改为W型时，此时设计人员就需要加以详细的交流。第三，车站的深埋程度需要从实际情况出发，对环境条件加以深刻的认识，这样才能从综合性的角度对区间、车站以及方方面面的问题上加以有效的管理，由此实现更加完善的设计方案，为工程节省了不少成本，同时也确保了后续施工的有效性。
4、盾构型号的选择以及要求
盾构结构在整个隧道工程中具有十分重要的意义，因此只有选择恰当的盾构才能确保工程的完整性，我国当下经常使用的一种盾构为复合式的土压平衡盾构，这是在地层特点、岩石强度以及相关因素的综合考量下最终选择出来的，所以与工程的实际需求极为相符。盾构在选型时需要注意几点要求，一是要满足大功率的设计，二是能够对刀盘刀具等具有一定的保护作用，三是需要达到开口率的标准，还应该针对防泥饼以及防喷涌具有相关的设计。
5、施工中具体的技术措施
5.1施工技术措施
盾构隧道上软下硬地层施工，施工前必须有针对性的施工组织及应急预案，对技术管理及操作人员进行专项培训。施工技术措施主要有：1）针对上软下硬地段，在详勘基础上，进行有针对性的补充钻孔勘察，进一步探明隧道范围岩层、土层厚度及分布。2）盾构推进前，根据地勘，对上软下硬地段隧道掘进影响范围岩石进行预裂爆破，爆破后再对岩层及隧道影响范围土层注浆加固。岩石预裂爆破孔距、深度、装药量等需进行试验和检验，同时需根据GB6722—2003《爆破安全规程》进行爆破安全校核，爆破后石块粒径应小于300mm。3）施工前需对推进控制参数进行研究，建议参数为：①刀盘转速≤1.2r/min，盾构推力＜20MN，扭矩＜2000kN•m，贯入度＜5mm；②边滚刀最大磨损＜1mm，中心刀最大磨损＜25mm，超过需更换。4）盾构掘进过程中严格控制出土量，建议每环至少检查并确认3次。5）盾构掘进时向土舱及时足量注入渣土改良剂，保持开挖面稳定，渣土改良可采用泡沫或泡沫＋膨润土。6）可以采用以下防喷涌措施：①土舱中加入高黏度泥浆；②调短同步注浆浆液初凝时间；③及时二次注浆，同时每5—10环管片考虑设一道双液浆止水环。
5.2经验及注意事项
盾构在上软下硬地层施工困难大，问题多，总结类似工程实施经验显得弥足珍贵，主要注意事项如下：1）施工中遇到异常情况应及时停机处理。2）不断改进渣土改良工艺。3）尽量多设置换刀加固区，勤检查更换刀具。4）对岩层预裂爆破后，仔细对残留孔进行封堵，以免盾构掘进时地面冒浆。5）由于对岩层进行了预裂爆破，隧道洞内应加强通风和进行有害气体检测。6）施工过程中盾构姿态控制很重要，加强掘进参数控制，对掘进异常情况和参数异常要有足够的敏感性。7）加强地面巡查，做好应急处理措施，遇有坍塌及时围蔽回填，以免造成不良影响。
6、结语
盾构在上软下硬地层中施工困难，存在或隐藏的问题较多，其一系列问题在国内或国际上都是难题。各个环节都需要注意和慎重对待。除了设计，盾构机选型、配置必须有针对性，否则后期施工时难以弥补。只有工程参与各方从工程筹划时充分考虑到实施的困难、问题，采取有力措施，才能确保盾构在上软下硬地层较顺利掘进。
参考文献：
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