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摘 要： 盾构技术在地铁隧道建设中得到了广泛的应用，能够有效提高地铁项目建设效率与质量。在盾构隧道施工中，上软下硬复合地层条件是常见的特殊地质条件，易产生不同程度的坍塌现象，因此，必须充分掌握工程实际地质情况，确保设计方案的科学性。本文主要对上软下硬复合地层地铁盾构隧道的设计进行研究。
关键词： 地铁；盾构隧道；上软下硬复合底层
近年来，我国机动车保有量呈快速攀升状态，目前机动车数量已经达到2.9亿，为缓解城市交通的拥堵问题，地铁项目数量不断增多。上软下硬地层系指岩层埋深较浅，且基岩完整性好，上覆土层的地基。由于盾构隧道上软下硬的地层特性，决定了盾构隧道施工存在一定难度。盾构法进行地铁工程施工建设，该施工技术不会对地面交通造成很大影响，可充分保护周边建筑物，能够适应复杂多变的环境，应用优势甚为明显。
一、上软下硬复合地层地铁盾构隧道设计探讨
盾构穿越施工前期工作为整体施工奠定了基础，以下从合理优化施工参数、方案设计阶段、施工图纸设计阶段等方面出发，对上软下硬复合地层地铁盾构隧道设计进行分析。
1、盾构穿越施工需要以精确的施工参数作为施工的基础。开始穿越地层之前，需结合沉降情况优化施工参数，归纳总结沉降规律，针对盾构穿越地层结构展开合理分析，旨在实现最佳施工成效的最大化获取，严格控制地面沉降，确保盾构能够平稳安全地穿越地层结构。
2、方案设计阶段。盾构区间上软下硬底层普遍存在，在设计中不可避免的会遇到，方案设计阶段应尽可能避开该地层，具体可采用以下措施：第一，线路从平面上绕避上软下硬特殊地层。第二，各专业设计人员密切协调和沟通，调整线路纵坡，避开大量的上软下硬地层，可采取调高（或调低）线路的手段，例如线路可由常规的V形坡改变为W形坡。第三，调整车站埋深，常规地铁标准车站采用地下2 层方案，工程实施困难区间两端车站可结合环境条件，比选地下1 层、地面 l 层车站和地下3层或4层车站方案，综合车站投资、区间工程实施难度、节省的投资以及后期运营的便利及成本的增减，确定合理的区间方案。
3、在初步设计和施工图设计阶段，应在地勘初步探明上软下硬地层分布及埋深的基础上，采取针对性设计和措施。首先给出设计方案和措施时应包括对应数量，概算开项并有合理的费用。其次，对隧道下部坚硬的岩层，可考虑预裂爆破+袖阀管注浆方案。预裂爆破可采用地质钻机或潜孔钻机，钻孔直径90—110mm，间距800—1000m。隧道上部若为松散砂层，应结合地面条件对砂层进行加固，加固方式可考虑搅拌桩、旋喷桩或注浆等。根据区间长度，设置多个换刀加固区，加固区的设置宜结合联络通道地层预加固进行，具体的加固方式可选用搅拌桩、旋喷桩或注浆加固等。避免线路与岩石交接面角度小于 150 °，防止盾构刀盘切入困难。
4、施工准备阶段。盾构穿越施工前期工作的关键是设备的维护和性能的确保。施工人员在设备前期的维修过程中，首先要采取有效措施确保盾构机在施工中的使用。状态平稳正常的运行状态；其次，应当对于包括二次注浆机和拌合站等必要的施工设备进行全面的性能检测，从而能够在此基础上确保其能够保持最佳运行状态，最终能够起到快速经过施工风险区域的效果。与此同时，施工人员应当保持盾构能均匀连续前进，并且在这一过程中针对盾构扭转实施有效控制，实现管片安装精度的大幅度提升。
二、上软下硬复合地层地铁盾构隧道的施工技术
1、补勘及施工现场环境调查
盾构穿越施工技术应用的第一步就是做好补勘和地面施工环境调查。施工人员在做好补勘和地面施工环境调查过程中，首先对工程地区的气象条件进行细致的了解，并且将其作为工程勘察和主要内容的收集分类的关键；其次，应当在分析了地基层分布的成因的前提下对于当地的地下水类型进行分析，然后在此基础上详细研究当地的植被生长情况；最后，应当对于岩土参数进行测量，并且根据高实用性的基本原则，在复杂地质条件下的调查工作中，对于速度测试和静态检测在内的环境调查技术进行灵活的应用，带来良好的效果。
2、设备掘进技术
在实际施工进程中，使用盾构机设备在上软下硬地层中进行挖掘的过程中，针对软岩部分而言，切削掌子面会使土层结构遭到破坏，针对局部岩石较硬部分，此处刀盘滚刀实际受力情况较大，伴随着局部硬岩的不断作用，刀盘所受损伤变大，因此，需将刀盘转速适当降低，将其所受瞬时冲击控制在安全荷载范围之内。对于上软下硬地质而言，若仅仅考虑刀盘保护因素，结合硬岩方式单纯掘进，则会导致超挖问题，造成地表发生沉降情况，基于此，必须在全土压平衡模式下进行掘进施工，即为在实际的掘进过程中用需确保掌子面压力平衡以及土舱压力相对较高些。
3、采用土体改良技术
盾构穿越施工技术应用的关键是采用土体改良技术。施工人员在采用土体改良技术的过程中首先应当尽可能地优先采用土体改良技术，从而能够在此基础上将刀具及螺旋输送机设备所产生的磨损情况大大降低；其次，应当注重规避涌水问题的形成，在这一过程中工作人员可以选择将含水量较大的泡沫注至土舱内部来实现泡沫的合理注入；最后，还应当在充分保护刀具的前提下避免对于软岩部分稳定性造成不利影响，最终能够确保土压值保持在较高的稳定水平上。
4、换刀及加固技术
对于上软下硬地层结构而言，必须合理实施换刀行为，结合实际成效，正确选择合理的加固区域位置，在此需要注意的是应该在磨损超限之前尽可能完成换刀工作。为确保工作面具有较强稳定性，则可选用多种加固方式，诸如旋喷桩加固以及全断面加固、舱内灌浆加固等类型。其中，注浆加固主要指的是基于一定压力值将拥有较强粘结性能的材料在被加固构件内部位置所存在空隙实施注入，旨在实现加固构件密实性以及完整性的强化增强，促进材料强度的优化提高。地基加固以及砌体结构裂缝缺陷加固修复等操作中较长运用注浆加固措施。
三、盾构穿越上软下硬地层施工优化措施
1、盾构穿越施工技术应用需要建立在合理应用掘进技术的基础上。施工人员在合理应用掘进技术的过程中，首先应当通过控制颗粒大小来避免导致土层结构遭到破坏。例如施工人员可以通过将上部土压控在0.01～0.05MPa，下部土压控制在0.07～0.12MPa来获得良好的土层稳定性；其次，还应当针对局部岩石较硬部分将刀盘转速适当降低，从而能够顺利地将其所受瞬时冲击控制在安全荷载范围之内；最后，还应当结合硬岩方式单纯掘进，从而能够在此基础上有效减少超挖问题的出现，也减少地表发生沉降的概率。
2、盾构穿越上软下硬地层施工优化需要着眼于裂缝缺陷的合理加固。施工人员在裂缝缺陷的合理加固的过程中，首先应当合理的施工活动，通过盾构施工技術，并通过关注施工要点保证施工的整体安全；其次，为了能够促进工程建设的高质完成，则应当针对不同的地质条件采用合理的渣土改良技术，从而能够起到保证盾构施工安全、顺利、快速的效果。
四、结束语
综上所述，城市轨道交通的建设发展能够有效缓解地面交通拥堵的问题，上软下硬复合地层条件是一类常见的特殊地质条件，在施工中容易出现不同程度的坍塌现象。为保证地铁项目施工质量，必须充分掌握工程实际地质条件，确保盾构隧道设计的科学性，严格规范施工操作行为，并采取相应的优化措施，保证地铁运营的安全性。■
参考文献
[1] 吕向红，杨冬梅，郑青.全断面卵石地层盾构近距离下穿地铁区间隧道施工技术[J].现代隧道技术，2015，2（5）.
[2] 任建喜，史景陽，占有名，等.地铁盾构施工对既有拱桥的变形影响规律与控制技术[J].施工技术，2014，6（18）.
关键词： 地铁；盾构隧道；上软下硬复合底层
近年来，我国机动车保有量呈快速攀升状态，目前机动车数量已经达到2.9亿，为缓解城市交通的拥堵问题，地铁项目数量不断增多。上软下硬地层系指岩层埋深较浅，且基岩完整性好，上覆土层的地基。由于盾构隧道上软下硬的地层特性，决定了盾构隧道施工存在一定难度。盾构法进行地铁工程施工建设，该施工技术不会对地面交通造成很大影响，可充分保护周边建筑物，能够适应复杂多变的环境，应用优势甚为明显。
一、上软下硬复合地层地铁盾构隧道设计探讨
盾构穿越施工前期工作为整体施工奠定了基础，以下从合理优化施工参数、方案设计阶段、施工图纸设计阶段等方面出发，对上软下硬复合地层地铁盾构隧道设计进行分析。
1、盾构穿越施工需要以精确的施工参数作为施工的基础。开始穿越地层之前，需结合沉降情况优化施工参数，归纳总结沉降规律，针对盾构穿越地层结构展开合理分析，旨在实现最佳施工成效的最大化获取，严格控制地面沉降，确保盾构能够平稳安全地穿越地层结构。
2、方案设计阶段。盾构区间上软下硬底层普遍存在，在设计中不可避免的会遇到，方案设计阶段应尽可能避开该地层，具体可采用以下措施：第一，线路从平面上绕避上软下硬特殊地层。第二，各专业设计人员密切协调和沟通，调整线路纵坡，避开大量的上软下硬地层，可采取调高（或调低）线路的手段，例如线路可由常规的V形坡改变为W形坡。第三，调整车站埋深，常规地铁标准车站采用地下2 层方案，工程实施困难区间两端车站可结合环境条件，比选地下1 层、地面 l 层车站和地下3层或4层车站方案，综合车站投资、区间工程实施难度、节省的投资以及后期运营的便利及成本的增减，确定合理的区间方案。
3、在初步设计和施工图设计阶段，应在地勘初步探明上软下硬地层分布及埋深的基础上，采取针对性设计和措施。首先给出设计方案和措施时应包括对应数量，概算开项并有合理的费用。其次，对隧道下部坚硬的岩层，可考虑预裂爆破+袖阀管注浆方案。预裂爆破可采用地质钻机或潜孔钻机，钻孔直径90—110mm，间距800—1000m。隧道上部若为松散砂层，应结合地面条件对砂层进行加固，加固方式可考虑搅拌桩、旋喷桩或注浆等。根据区间长度，设置多个换刀加固区，加固区的设置宜结合联络通道地层预加固进行，具体的加固方式可选用搅拌桩、旋喷桩或注浆加固等。避免线路与岩石交接面角度小于 150 °，防止盾构刀盘切入困难。
4、施工准备阶段。盾构穿越施工前期工作的关键是设备的维护和性能的确保。施工人员在设备前期的维修过程中，首先要采取有效措施确保盾构机在施工中的使用。状态平稳正常的运行状态；其次，应当对于包括二次注浆机和拌合站等必要的施工设备进行全面的性能检测，从而能够在此基础上确保其能够保持最佳运行状态，最终能够起到快速经过施工风险区域的效果。与此同时，施工人员应当保持盾构能均匀连续前进，并且在这一过程中针对盾构扭转实施有效控制，实现管片安装精度的大幅度提升。
二、上软下硬复合地层地铁盾构隧道的施工技术
1、补勘及施工现场环境调查
盾构穿越施工技术应用的第一步就是做好补勘和地面施工环境调查。施工人员在做好补勘和地面施工环境调查过程中，首先对工程地区的气象条件进行细致的了解，并且将其作为工程勘察和主要内容的收集分类的关键；其次，应当在分析了地基层分布的成因的前提下对于当地的地下水类型进行分析，然后在此基础上详细研究当地的植被生长情况；最后，应当对于岩土参数进行测量，并且根据高实用性的基本原则，在复杂地质条件下的调查工作中，对于速度测试和静态检测在内的环境调查技术进行灵活的应用，带来良好的效果。
2、设备掘进技术
在实际施工进程中，使用盾构机设备在上软下硬地层中进行挖掘的过程中，针对软岩部分而言，切削掌子面会使土层结构遭到破坏，针对局部岩石较硬部分，此处刀盘滚刀实际受力情况较大，伴随着局部硬岩的不断作用，刀盘所受损伤变大，因此，需将刀盘转速适当降低，将其所受瞬时冲击控制在安全荷载范围之内。对于上软下硬地质而言，若仅仅考虑刀盘保护因素，结合硬岩方式单纯掘进，则会导致超挖问题，造成地表发生沉降情况，基于此，必须在全土压平衡模式下进行掘进施工，即为在实际的掘进过程中用需确保掌子面压力平衡以及土舱压力相对较高些。
3、采用土体改良技术
盾构穿越施工技术应用的关键是采用土体改良技术。施工人员在采用土体改良技术的过程中首先应当尽可能地优先采用土体改良技术，从而能够在此基础上将刀具及螺旋输送机设备所产生的磨损情况大大降低；其次，应当注重规避涌水问题的形成，在这一过程中工作人员可以选择将含水量较大的泡沫注至土舱内部来实现泡沫的合理注入；最后，还应当在充分保护刀具的前提下避免对于软岩部分稳定性造成不利影响，最终能够确保土压值保持在较高的稳定水平上。
4、换刀及加固技术
对于上软下硬地层结构而言，必须合理实施换刀行为，结合实际成效，正确选择合理的加固区域位置，在此需要注意的是应该在磨损超限之前尽可能完成换刀工作。为确保工作面具有较强稳定性，则可选用多种加固方式，诸如旋喷桩加固以及全断面加固、舱内灌浆加固等类型。其中，注浆加固主要指的是基于一定压力值将拥有较强粘结性能的材料在被加固构件内部位置所存在空隙实施注入，旨在实现加固构件密实性以及完整性的强化增强，促进材料强度的优化提高。地基加固以及砌体结构裂缝缺陷加固修复等操作中较长运用注浆加固措施。
三、盾构穿越上软下硬地层施工优化措施
1、盾构穿越施工技术应用需要建立在合理应用掘进技术的基础上。施工人员在合理应用掘进技术的过程中，首先应当通过控制颗粒大小来避免导致土层结构遭到破坏。例如施工人员可以通过将上部土压控在0.01～0.05MPa，下部土压控制在0.07～0.12MPa来获得良好的土层稳定性；其次，还应当针对局部岩石较硬部分将刀盘转速适当降低，从而能够顺利地将其所受瞬时冲击控制在安全荷载范围之内；最后，还应当结合硬岩方式单纯掘进，从而能够在此基础上有效减少超挖问题的出现，也减少地表发生沉降的概率。
2、盾构穿越上软下硬地层施工优化需要着眼于裂缝缺陷的合理加固。施工人员在裂缝缺陷的合理加固的过程中，首先应当合理的施工活动，通过盾构施工技術，并通过关注施工要点保证施工的整体安全；其次，为了能够促进工程建设的高质完成，则应当针对不同的地质条件采用合理的渣土改良技术，从而能够起到保证盾构施工安全、顺利、快速的效果。
四、结束语
综上所述，城市轨道交通的建设发展能够有效缓解地面交通拥堵的问题，上软下硬复合地层条件是一类常见的特殊地质条件，在施工中容易出现不同程度的坍塌现象。为保证地铁项目施工质量，必须充分掌握工程实际地质条件，确保盾构隧道设计的科学性，严格规范施工操作行为，并采取相应的优化措施，保证地铁运营的安全性。■
参考文献
[1] 吕向红，杨冬梅，郑青.全断面卵石地层盾构近距离下穿地铁区间隧道施工技术[J].现代隧道技术，2015，2（5）.
[2] 任建喜，史景陽，占有名，等.地铁盾构施工对既有拱桥的变形影响规律与控制技术[J].施工技术，2014，6（18）.