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摘要：盾构施工技术在隧道工程中应用愈加广泛，但是当盾构施工技术遇到软硬不均复杂地层时，就需要采取一些的方式来保证施工的质量和效率。这是由于软硬不均复杂地层当中，软土层与硬质层分布状态不均匀，在施工期间容易导致隧道轴线偏移、刀具磨损严重、土层坍塌等问题。因而本文主要对软硬不均复杂地层的盾构施工技术进行探究。
关键词：软硬不均地层；盾构法；施工技术；探究
盾构施工技术应用能够有效提高隧道工程质量和效率。而且隧道工程所处环境地质结构包含软质层和硬质层，并且不同结构层次分布没有规律性。在这种软硬不均复杂地层当中，盾构施工技术应用的质量和效率会受到影响，如果施工技术应用或处理不当，容易引发施工安全事故，工程施工结构也会出现损坏，因而软硬不均复杂地层的盾构施工技术的研究，对施工质量保障有重要意义。
1 软硬不均复杂地层对盾构施工技术应用质量的影响
隧道工程软硬不均复杂地层结构是工程建设中比较常见的现象。而盾构施工技术是目前较为先进的隧道工程施工技术，能够加快隧道掘进速率，提高隧道施工质量。但是面对软硬不均复杂地层结构，盾构施工技术应用质量也受到了严重的影响，下面对其影响因素进行分析。
1.1 地表不均匀沉降
软硬不均复杂地层结构当中，软质的地层结构稳定性较差，土体强度和硬度都较小。而硬质地层结构的稳定性较强，岩石硬度较大。在进行盾构施工期间，机械会产生强烈的振动，这对软土层结构影响较大，软土层在振动影响下，土体结构会出现位移，而在遇到硬质土层时如果盾构机械保持原有的推进施工速度，也会导致硬质与软质结构出现变化。综合作用下，地表结构会出现不均匀的沉降，土层结构也容易出现坍塌现象，引发安全事故。因而软硬不均复杂地层的盾构施工期间需要对掘进模式进行控制，利用辅助开挖材料增强地质结构稳定性，从而对地表不均匀沉降进行有效控制。
1.2 隧道轴线容易出现错位现象
地质结构中软质与硬质土层分布不均匀，在盾构掘进施工期间，无法预控遇到的是软质还是硬质结构。这样一来，在掘进过程中对掘进姿态控制难度会变大，在不断推进的过程中，推进轨道容易出现偏离和错位的问题。首先，地质结构当中软质层和硬质层分布不均匀，当掘进机械设备遇到软质与硬质同时存在的土层时，软土层受到力的作用后，土体结构被瓦解速度较快，而硬质土体结构受力瓦解的速度比软质层要慢，掘进瓦解的速度出现偏差导致机械设备无法保持水平推进，会产生倾斜致使隧道轴线出现位移。其次，软质与硬质土层对刀盘切削扭矩要求不同，遇到软硬混合土层时刀盘扭矩会出现不平衡状态，导致轴线错位。
1.3 刀具摩擦受损程度加剧
盾构施工技术是利用机械进行掘进施工，机械设备当中刀具是重要的挖掘工具，在挖掘施工期间，刀具会与土层结构进行直接的接触，地质结构对机械反馈的摩擦力和阻力也都是由刀具承受的，因而在施工当中刀具会产生不同程度的磨损。在软硬不均复杂地层的盾构施工当中，无法预料刀具挖掘时遇到的是软土层还是硬质层，刀具就会不定时的与硬质层和软质层产生不同摩擦力。刀具在承受不均匀摩擦力时，磨损的速度会加剧，从而影响盾构机械整体运行质量和效率。
2 软硬不均复杂地层的盾构施工技术的优化
2.1 盾构掘进模式的优化选择
土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式和土压平衡模式三种掘进模式。根据地质情况，结合不同地层的特征，所选用的掘进模式也不相同。首先，全断面岩层掘进，采用敞开式掘进模式，使用泡沫剂来改良渣土。其次，软弱地层掘进，采用土压平衡模式，渣土改良主要采用泡沫和适量的膨润土。土仓压力不需要频繁调节，只需要保证土仓压力略大于掌子面的土压和水压力之和即可。
最后，砂卵石及“上软下硬”地层掘进，此段地层比较复杂，断面上地层差异很大。由于断面上部地层软弱并局部有含水的砂层，所以容易引起上部塌方，所以也采用土压平衡模式掘进。但在这种不良地层掘进时土仓压力不易控制，过高则盾构推力和扭矩增大，作用在开挖面的有效推力不易掌握，过低则易引起开挖面坍塌造成地面沉陷。
2.2 强化盾构机姿态调控力度
在复杂地层，特别是在存在孤石和软硬不均地层中掘进时，盾构机姿态控制非常重要，若未及时调整掘进参数就可能导致盾构机偏离设计轴线。调整千斤顶推力纠偏效果时会加大刀具的磨损，同时纠偏过猛，存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。因此，盾构机在复杂地层中掘进时，一定要控制好盾构姿态，一旦盾构姿态出现偏离，要遵循“勤纠偏，缓纠偏”的原则，不能急纠猛纠，造成刀具的无谓磨损，甚至盾构机难以前进。
2.3 弱化刀具磨损程度
面对软质硬质不均的复杂地形，刀具磨损问题需要进行弱化，避免影响整个机械整体的运行质量。首先，传统盾构施工期间，往往采用的是单一刀具，面对软硬不均复杂地层，需要采用混合形式的刀具，将滚刀与尺刀组合使用，提高刀具的抗损能力。其次，根据实际情况合理设置刀盘开口率，并加入泥浆或泡沫降低刀具与土层的摩擦阻力。
2.4 提高技术施工作业管理力度
施工技术管理工作也是提高施工质量的重要措施，而且施工技术管理也是负责解决施工中遇到问题的。首先，在盾构施工之前，需要对软硬不均复杂地层进行勘察，明确软硬土层分布情况，为具体的施工提供数据参考，提高软硬土层交接处的处理效果。其次，做好施工前期的准备工作，包括材料、设备及人员分配等，尤其要保证施工设备运行质量。最后，在施工期间做好管控工作，施工期间定时检查刀具磨损情况，及时的更换或调整刀具。对施工人员进行指导和帮助，保证施工的规范性和灵活性，对于施工中其它的施工环节进行调控，保持有序进行，避免混乱。
3 结语
软硬不均复杂地层结构对盾构施工质量影响还是较深的，为了保证隧道盾构施工的质量，需要对盾构机械掘进模式进行优化选择，加强对盾构机械设备姿态调控的力度，保持机械稳定运行。同时对刀具进行合理的调整，延缓磨损，保证设备高效运行，从而促进软硬不均复杂地層的盾构施工质量提升。
参考文献：
[1]洪开荣.研究盾构新技术满足复杂地质条件下隧道施工[J].隧道建设（中英文），2016，36（2）：163.
[2]顾春华.南京轨交机场线复合盾构掘进施工技术[J].地下工程与隧道，2014（2）：22-25.
[3]柳成铭.砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈[J].甘肃科技，2016（2）：82-84.
[4] 林永国.廖少明.刘国彬.地铁隧道纵向变形影响因素的探讨[J]；地下空间；2000年04期.
（作者单位：中铁隧道股份有限公司）
关键词：软硬不均地层；盾构法；施工技术；探究
盾构施工技术应用能够有效提高隧道工程质量和效率。而且隧道工程所处环境地质结构包含软质层和硬质层，并且不同结构层次分布没有规律性。在这种软硬不均复杂地层当中，盾构施工技术应用的质量和效率会受到影响，如果施工技术应用或处理不当，容易引发施工安全事故，工程施工结构也会出现损坏，因而软硬不均复杂地层的盾构施工技术的研究，对施工质量保障有重要意义。
1 软硬不均复杂地层对盾构施工技术应用质量的影响
隧道工程软硬不均复杂地层结构是工程建设中比较常见的现象。而盾构施工技术是目前较为先进的隧道工程施工技术，能够加快隧道掘进速率，提高隧道施工质量。但是面对软硬不均复杂地层结构，盾构施工技术应用质量也受到了严重的影响，下面对其影响因素进行分析。
1.1 地表不均匀沉降
软硬不均复杂地层结构当中，软质的地层结构稳定性较差，土体强度和硬度都较小。而硬质地层结构的稳定性较强，岩石硬度较大。在进行盾构施工期间，机械会产生强烈的振动，这对软土层结构影响较大，软土层在振动影响下，土体结构会出现位移，而在遇到硬质土层时如果盾构机械保持原有的推进施工速度，也会导致硬质与软质结构出现变化。综合作用下，地表结构会出现不均匀的沉降，土层结构也容易出现坍塌现象，引发安全事故。因而软硬不均复杂地层的盾构施工期间需要对掘进模式进行控制，利用辅助开挖材料增强地质结构稳定性，从而对地表不均匀沉降进行有效控制。
1.2 隧道轴线容易出现错位现象
地质结构中软质与硬质土层分布不均匀，在盾构掘进施工期间，无法预控遇到的是软质还是硬质结构。这样一来，在掘进过程中对掘进姿态控制难度会变大，在不断推进的过程中，推进轨道容易出现偏离和错位的问题。首先，地质结构当中软质层和硬质层分布不均匀，当掘进机械设备遇到软质与硬质同时存在的土层时，软土层受到力的作用后，土体结构被瓦解速度较快，而硬质土体结构受力瓦解的速度比软质层要慢，掘进瓦解的速度出现偏差导致机械设备无法保持水平推进，会产生倾斜致使隧道轴线出现位移。其次，软质与硬质土层对刀盘切削扭矩要求不同，遇到软硬混合土层时刀盘扭矩会出现不平衡状态，导致轴线错位。
1.3 刀具摩擦受损程度加剧
盾构施工技术是利用机械进行掘进施工，机械设备当中刀具是重要的挖掘工具，在挖掘施工期间，刀具会与土层结构进行直接的接触，地质结构对机械反馈的摩擦力和阻力也都是由刀具承受的，因而在施工当中刀具会产生不同程度的磨损。在软硬不均复杂地层的盾构施工当中，无法预料刀具挖掘时遇到的是软土层还是硬质层，刀具就会不定时的与硬质层和软质层产生不同摩擦力。刀具在承受不均匀摩擦力时，磨损的速度会加剧，从而影响盾构机械整体运行质量和效率。
2 软硬不均复杂地层的盾构施工技术的优化
2.1 盾构掘进模式的优化选择
土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式和土压平衡模式三种掘进模式。根据地质情况，结合不同地层的特征，所选用的掘进模式也不相同。首先，全断面岩层掘进，采用敞开式掘进模式，使用泡沫剂来改良渣土。其次，软弱地层掘进，采用土压平衡模式，渣土改良主要采用泡沫和适量的膨润土。土仓压力不需要频繁调节，只需要保证土仓压力略大于掌子面的土压和水压力之和即可。
最后，砂卵石及“上软下硬”地层掘进，此段地层比较复杂，断面上地层差异很大。由于断面上部地层软弱并局部有含水的砂层，所以容易引起上部塌方，所以也采用土压平衡模式掘进。但在这种不良地层掘进时土仓压力不易控制，过高则盾构推力和扭矩增大，作用在开挖面的有效推力不易掌握，过低则易引起开挖面坍塌造成地面沉陷。
2.2 强化盾构机姿态调控力度
在复杂地层，特别是在存在孤石和软硬不均地层中掘进时，盾构机姿态控制非常重要，若未及时调整掘进参数就可能导致盾构机偏离设计轴线。调整千斤顶推力纠偏效果时会加大刀具的磨损，同时纠偏过猛，存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。因此，盾构机在复杂地层中掘进时，一定要控制好盾构姿态，一旦盾构姿态出现偏离，要遵循“勤纠偏，缓纠偏”的原则，不能急纠猛纠，造成刀具的无谓磨损，甚至盾构机难以前进。
2.3 弱化刀具磨损程度
面对软质硬质不均的复杂地形，刀具磨损问题需要进行弱化，避免影响整个机械整体的运行质量。首先，传统盾构施工期间，往往采用的是单一刀具，面对软硬不均复杂地层，需要采用混合形式的刀具，将滚刀与尺刀组合使用，提高刀具的抗损能力。其次，根据实际情况合理设置刀盘开口率，并加入泥浆或泡沫降低刀具与土层的摩擦阻力。
2.4 提高技术施工作业管理力度
施工技术管理工作也是提高施工质量的重要措施，而且施工技术管理也是负责解决施工中遇到问题的。首先，在盾构施工之前，需要对软硬不均复杂地层进行勘察，明确软硬土层分布情况，为具体的施工提供数据参考，提高软硬土层交接处的处理效果。其次，做好施工前期的准备工作，包括材料、设备及人员分配等，尤其要保证施工设备运行质量。最后，在施工期间做好管控工作，施工期间定时检查刀具磨损情况，及时的更换或调整刀具。对施工人员进行指导和帮助，保证施工的规范性和灵活性，对于施工中其它的施工环节进行调控，保持有序进行，避免混乱。
3 结语
软硬不均复杂地层结构对盾构施工质量影响还是较深的，为了保证隧道盾构施工的质量，需要对盾构机械掘进模式进行优化选择，加强对盾构机械设备姿态调控的力度，保持机械稳定运行。同时对刀具进行合理的调整，延缓磨损，保证设备高效运行，从而促进软硬不均复杂地層的盾构施工质量提升。
参考文献：
[1]洪开荣.研究盾构新技术满足复杂地质条件下隧道施工[J].隧道建设（中英文），2016，36（2）：163.
[2]顾春华.南京轨交机场线复合盾构掘进施工技术[J].地下工程与隧道，2014（2）：22-25.
[3]柳成铭.砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈[J].甘肃科技，2016（2）：82-84.
[4] 林永国.廖少明.刘国彬.地铁隧道纵向变形影响因素的探讨[J]；地下空间；2000年04期.
（作者单位：中铁隧道股份有限公司）