上硬下软地层盾构施工
摘要：针对上硬下软地层，与盾构施工工艺特点，通过对该地层分析，对盾构施工参数进行优化，及采取地面袖阀管注浆对上部岩层破坏、下部软弱层加固措施，经设计计算与施工实践。
结果表明：采用此工艺进行施工处理，能较好的控制盾构姿态，保障盾构顺利通过此类地层。
毕业论文网 关键词：上硬下软盾构施工袖阀管加固盾构姿态 中图分类号：U455.43文献标识码：A 文章编号： Abstract: In the hard soft formation, and shield construction characteristics, through the analysis of strata, it shields construction parameters optimization, and takes the ground sleeve valve barrel grouting of the strata damage, the weak layer reinforcement measures, and the design calculation and construction practice. The results show that, using the technology of construction treatment can better control shield posture, security shield smoothly through such formation. Key Words: under the hard soft shield, tunnel sleeve, valve tube reinforcement, shield posture 0、前言 城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源及用地等特点。
目前世界各国普遍意思到：解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。
采用盾构法进行隧道施工，由于其特有的安全高效及适应性，广泛应用于城市轨道交通建设隧道施工中。
随着施工建设的开展，施工过程中必然遇到各种难题，本文结合长沙市轨道交通2号线实例，对盾构施工上硬下软地层处理进行了深入研究，详细论述了处理措施。
1、工程概况 长沙市轨道交通2号线体育公园站南侧100m范围地质情况较为复杂，为强风化砾岩、全风化砾岩区域，同时内部不同程度的含有中风化砾岩夹层，强度相差较大，施工前对该区域进行了地质补勘,揭示地层情况如下图所示： (6—2)层为中风化砾岩，单轴天然抗压强度为15~25MPa，（6—2a）层为全风化砾岩，该层胶结差，钻孔时取不到完整芯样。
通过补勘钻孔揭示可知本段区间隧道所处地层为软硬交错地层，以AK1钻孔为例从地表到地面下约18m处为软土层，地下约18m~25m为硬岩，地下25m~30m为软岩。
区间隧道埋深约21m，刚好位于软硬岩交界处。
盾构隧道区域为上硬下软地层，对施工影响较大，如不采取有效的措施盾构机很难顺利通过，施工时盾构机姿态必然难以控制，导致盾构机叩头、管片碎裂，最终隧道质量及线性无法保证。
目前尚无成熟经验可借鉴。
2、方案及计算 2.1 施工方案 通过对该地层物理力学性能分析，拟通过袖法管注浆的方式对隧道下部及左右两侧3m范围内全风化砾岩进行加固，使其具有一定的强度；袖法管成孔的同时对隧道上部中风化砾岩进行破碎，降低其强度。
通过注浆解决盾构施工时隧道上下部强度相差较大，盾构姿态难以控制的问题。
注浆处理后通过合理的推进参数配置，使盾构顺利通过上硬下软区域。
2.2 模型建立及结果分析 本次数值模拟采用Itasca公司的UDEC通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）进行模拟。
图1加固前洞周最大主应力分布云图图2 加固前洞周位移分布云图 图3加固后洞周最大主应力分布云图 图4加固后洞周位移分布云图 由计算结果可以看出，通过软硬交界处的盾构隧道，在未对软土层进行注浆加固时，拱顶最大沉降60mm，地面最大沉降35mm，洞周最大主应力3.5e6；进行注浆加固后，拱顶最大沉降50mm，地面最大沉降15mm，洞周最大主应力3.0e6。
通过计算结果可以看出，在进行注浆加固后，拱顶沉降和地面沉降都得到了有效的控制，洞周最大主应力也有所减小，对于地铁施工的安全性和稳定性起到了良好的效果。
3、袖法管施工 本工程袖阀管施工既要对隧道下步软弱层加固，同时也要对隧道上部硬岩进行破碎。
采用150型工程地质钻机进行钻孔，采用KBY50/70型双液注浆泵，并配备高压注浆管路系统和制浆设备，袖阀注浆管为每节长333mm、内径40mm、外径48mm的硬质塑料管。
注浆压力初定为0.3Ma；灌浆材料采用粉煤灰水泥浆，水泥强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥与粉煤灰之比为1:2，干料与水之比为1:2，可根据施工需要加入速凝剂。
施工采用两序法，地质钻一次造孔泥浆护壁，灌浆自下而上施灌，先单序孔，后双序孔，以免串孔或窜浆。
如遇转折孔，孔距要做适当调整，以确保转折孔与邻孔之间的紧密连接。
花管长度为注浆步距长度。
注浆步距一般选取0.7～1 m，这样可以有效地减少地层不均一性对注浆效果的影响。
施工过程中做好注浆施工的各种记录，及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析，判断注浆效果是否满足设计要求，注浆作业时，每500 mm记录一次注浆参数。
注浆结束的条件为注浆量达到设计要求，注浆终压达到1.2MPa。
注浆后，采取检查孔总数不少于总灌浆孔数的5?，总孔数不少于3个取芯检查，抗压强度不小于1MPa。
如不合格需进行二次补浆。
4、盾构推进 通过袖阀管注浆加固，抽芯检测加固土体强度1.2MPa满足设计要求，盾构推进到该区域后，对推进参数进行了优化配置及推力7500KN~9000KN，扭矩1800~2500kNm，土仓压力控制在0.3~0.8Bar，没有出现推进参数突变，盾构机叩头及上浮现象，盾构姿态得到了较好控制。
隧道轴线平面位置—20~40mm，标高—30~70mm满足相关规范要求，隧道成型后对地面及隧道进行了监测，地面最大沉降—22mm，隧道最大沉降70mm。
5、结论 长沙地铁2号线体育公园站~杜花路盾构区间上硬下软段，无成熟经验可借鉴，通过袖阀管注浆对下层软弱段加固及成孔时对上部地层破碎，很好的解决了这一难题。
说明采用袖阀管注浆，在此类上硬下软地层中进行盾构施工，能有效的解决盾构姿态控制问题及隧道轴线控制。
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