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摘要：在隧道掘进施工过程中有时会遇到软硬地层这种地质条件，对该种地质条件下盾构隧道施工控制所涉及的关键环节包括施工前的地质调查，盾构机选型；施工过程中的刀片的选型与切换进行了论述，并提出了盾构隧道施工过程中的控制措施，以期为盾构隧道在上软下硬的地质条件下掘进施工提供技术上的支持。
关键词：上软下硬地层；盾构机；刀具；掘进模式；掘进参数；掘进姿态
1、施工前地质调查
盾构隧道不同的地质条件下盾构机选型、刀片选型与施工方式都有很大区别，因而在盾构隧道施工之前首先要对施工隧道进行地质调查。有些情况使得线路无法避免的会经过软硬地层，在这种情况下要从盾构机选型到施工过程控制等各个方面来综合考虑施工。如果在条件以及设备允许的情况下要经常计划性的进入到土仓内部详细勘察工作面的具体地质情况，并且采用专门的工具，比如超前钻来对施工区域的地层软硬程度进行探测，可以后续施工盾构机选择、刀具切换以及掘进方式选择、掘进姿势以及掘进参数的选择等提供科学的依据。
2、盾构机选型
上压平衡盾构机通常应用在地质条件为砂土、砾、砂岩石、粘丄等地层以及由上述几种不同的软硬土质构成的不均匀的软硬地层；泥水平衡盾构机主要适应的土质为砂土、砾、砂石、粘土等地层，尤其是适合含水量大且水压高的地层。因而对于粘土性质的地层比较适宜采用土压平衡盾构机，在土体切削之后，上渣的可塑性较好，且十分方便采用螺旋运输机将其运输出去；对于水含量大且水压较高的地区可以采用泥水平衡盾构机。泥水平衡盾构机主要是通过向密封舱内加入泥水聚液来有效的避免喷涌的情况发生。盾构机选型也和土层的渗透系数相关。如果土层的渗透系数较大那么可以考虑泥水盾构机，而土层的渗水系数如果较小可以考虑采用土压平衡盾构机，如果渗水系数处于中间值那么两种盾构机都可以采用。
3、软硬地层掘进过程中的刀具更换
盾构机中所安装的刀具主要分为滚动、切削两类。其中滚动类刀有包括单刃滚刀、双刃滚刀等。切削类刀具主要包括齿刀、边缘刮刀、先行刀等。刀具的选型也和具体的地质条件相关，其中软地层一般采用切削型刀具即可。而如果施工地质处于软硬不均的地层下需要配置滚刀、切刀和超挖刀等多种刀种。超挖刀主要用到盾构隧道施工过程中的曲线施工阶段，在需要较大的隧道直径的情况下超挖刀可以避免盾构机被卡住保障掘进的顺利进行。如果在盾构机施工的过程中盾构机掘进过程中的各项参数如掘进的速度、贯入度以及出土的温度等参数存在异常的情况下通常为刀片进入到了土层为上软下硬的地质环境中，通过估算这种地层所在路线的长度，为了确保盾构机掘进的顺利进行必须要要对刀具进行检查，并结合具体的地质条件来选择合适的刀具进行更换避免再出现上述异常的情况。
4、软硬地层掘进过程中的控制措施
4.1合理掘进模式的选择
目前复合式的盾构机主要有土压平衡式、半敞开式、敞开式等三种。其中土压平衡盾构机在掘进的过程中，刀具会将切削下来的土存储到土仓内，在搅拌臂的作用下对渣土进行强行的搅拌，在盾构机的推进作用下，隔板会对渣土产生压力然后通过螺旋排土机将渣土排出，进而使得刀具切削下来的排土量与螺旋运输机的排土量达到平衡，并且在这个过程中保障土仓内部和外部的壓力以及土体和地下水压力等众多参数的平衡，可以防止开挖面产生坍塌，进而确保开挖面的稳定，并且渣土也十分容易排出。开挖面具备自稳定的能力但是在地下水的影响下开挖面的自稳定能力会受到影响而失去平衡，需要保持土仓内的渣土，在土仓内注入压缩的空气，最终确保掘进方式的稳定。而上软下硬是一种不常见的地质条件，这种地质条件不尽具有硬岩的硬度，又有软岩地层的不稳定性，在土体经过一定形式的加固之后，围岩具有一定的自我稳定能力，但是其裂隙水会较多，这种情况下为了确保施工的安全与进度一般采用半敞开式的掘进方式进行掘进。
4.2掘进参数的设置
在盾构机掘进的过程中，盾构机通常要遇到各种类型的阻力，掘进机如果采取匀速掘进的方式那么千斤顶的力度就与其所受到的阻力是基本平衡的。为了简化问题本文嘉定盾构机采取匀速掘进的方式并且土仓内的受力是十分均匀的，其中起到主要作用的是盾构掘进过程中土体对刀盘的水平的阻力以及盾构壳体育周围土层之间的摩擦力。根据通常的地质施工条件以及施工的经验盾构机的推力取值一般在9000-11000KN之间。盾构机刀盘通常具有辐射形式与面板形式两种，不同类型的刀盘的扭矩的计算方式也是不同的。刀盘的扭矩参数选择不仅与地层类型有关还与隧道构造与直径有关。本工程主要采用是面板式的刀盘形式这种形式扭矩主要取决于刀具切削土体过程中的土层的抗力扭矩与刀盘与正面和侧面徒弟的摩擦力扭矩以及刀盘和搅拌的搅拌扭矩，而其他部分可以不考虑。盾构机在正常掘进的过程中，刀盘所收到的扭矩要小于其额定值如果所受到的扭矩大于其额定值那么刀盘会过载运行导致线路发热严重的可导致刀盘损坏。在本工程软硬土体地质条件进行掘进的过程中，刀盘的工作要取额定的扭矩参数值。在掘进的过程中，要保持土仓压力、开挖面压力以及水压力之间的平衡，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进施工的安全。在掘进的过程中要根据实际的地质条件以及其他工况及时的进行掘进参数的调整以保障掘进过程中的安全以及掘进的速度。
4.3掘进姿态的控制
本工程所选用的盾构机为德国产的具有自动掘进装置的先进掘进机，能够对隧道掘进施工中的掘进机准确定位其位置和掘进参数，并以此为基础计算出盾构机掘进中线和隧道中线之间的偏差角度，并及时的提醒工作人员及时的调整掘进的参数，确保盾构机的掘进方向的正常。盾构机在上软下硬的地层施工的过程中，地层条件的差异隧道曲线以及坡度的变化以及自动导向系统的误差和人员的操作水平以及管片的安装质量等多种因素都会使得盾构机掘进过程中的参数难以控制和掌握，在这种情况下掘进机很难按照既定的路线进行准确的掘进，所以往往需要采取综合掘进控制措施将掘进误差的控制在合理的范围内。
5、结语
本文详细阐述了盾构隧道施工控制措施包括施工前的地质调查确定土层类型与水文条件，然后根据地质条件合理选择盾构机与刀具，在施工掘进过程中需要合理控制掘进的模式、参数以及姿态以确保盾构隧道施工的安全与进度。
参考文献
[1] 赵先鹏，张恒，陈寿根，楚兴华. 盾构穿越软硬不均地层技术研究[J]. 四川建筑. 2010（06）
[2] 俞涛. 地铁盾构隧道近接施工影响的数值模拟及模型试验研究[D]. 西南交通大学 2005
关键词：上软下硬地层；盾构机；刀具；掘进模式；掘进参数；掘进姿态
1、施工前地质调查
盾构隧道不同的地质条件下盾构机选型、刀片选型与施工方式都有很大区别，因而在盾构隧道施工之前首先要对施工隧道进行地质调查。有些情况使得线路无法避免的会经过软硬地层，在这种情况下要从盾构机选型到施工过程控制等各个方面来综合考虑施工。如果在条件以及设备允许的情况下要经常计划性的进入到土仓内部详细勘察工作面的具体地质情况，并且采用专门的工具，比如超前钻来对施工区域的地层软硬程度进行探测，可以后续施工盾构机选择、刀具切换以及掘进方式选择、掘进姿势以及掘进参数的选择等提供科学的依据。
2、盾构机选型
上压平衡盾构机通常应用在地质条件为砂土、砾、砂岩石、粘丄等地层以及由上述几种不同的软硬土质构成的不均匀的软硬地层；泥水平衡盾构机主要适应的土质为砂土、砾、砂石、粘土等地层，尤其是适合含水量大且水压高的地层。因而对于粘土性质的地层比较适宜采用土压平衡盾构机，在土体切削之后，上渣的可塑性较好，且十分方便采用螺旋运输机将其运输出去；对于水含量大且水压较高的地区可以采用泥水平衡盾构机。泥水平衡盾构机主要是通过向密封舱内加入泥水聚液来有效的避免喷涌的情况发生。盾构机选型也和土层的渗透系数相关。如果土层的渗透系数较大那么可以考虑泥水盾构机，而土层的渗水系数如果较小可以考虑采用土压平衡盾构机，如果渗水系数处于中间值那么两种盾构机都可以采用。
3、软硬地层掘进过程中的刀具更换
盾构机中所安装的刀具主要分为滚动、切削两类。其中滚动类刀有包括单刃滚刀、双刃滚刀等。切削类刀具主要包括齿刀、边缘刮刀、先行刀等。刀具的选型也和具体的地质条件相关，其中软地层一般采用切削型刀具即可。而如果施工地质处于软硬不均的地层下需要配置滚刀、切刀和超挖刀等多种刀种。超挖刀主要用到盾构隧道施工过程中的曲线施工阶段，在需要较大的隧道直径的情况下超挖刀可以避免盾构机被卡住保障掘进的顺利进行。如果在盾构机施工的过程中盾构机掘进过程中的各项参数如掘进的速度、贯入度以及出土的温度等参数存在异常的情况下通常为刀片进入到了土层为上软下硬的地质环境中，通过估算这种地层所在路线的长度，为了确保盾构机掘进的顺利进行必须要要对刀具进行检查，并结合具体的地质条件来选择合适的刀具进行更换避免再出现上述异常的情况。
4、软硬地层掘进过程中的控制措施
4.1合理掘进模式的选择
目前复合式的盾构机主要有土压平衡式、半敞开式、敞开式等三种。其中土压平衡盾构机在掘进的过程中，刀具会将切削下来的土存储到土仓内，在搅拌臂的作用下对渣土进行强行的搅拌，在盾构机的推进作用下，隔板会对渣土产生压力然后通过螺旋排土机将渣土排出，进而使得刀具切削下来的排土量与螺旋运输机的排土量达到平衡，并且在这个过程中保障土仓内部和外部的壓力以及土体和地下水压力等众多参数的平衡，可以防止开挖面产生坍塌，进而确保开挖面的稳定，并且渣土也十分容易排出。开挖面具备自稳定的能力但是在地下水的影响下开挖面的自稳定能力会受到影响而失去平衡，需要保持土仓内的渣土，在土仓内注入压缩的空气，最终确保掘进方式的稳定。而上软下硬是一种不常见的地质条件，这种地质条件不尽具有硬岩的硬度，又有软岩地层的不稳定性，在土体经过一定形式的加固之后，围岩具有一定的自我稳定能力，但是其裂隙水会较多，这种情况下为了确保施工的安全与进度一般采用半敞开式的掘进方式进行掘进。
4.2掘进参数的设置
在盾构机掘进的过程中，盾构机通常要遇到各种类型的阻力，掘进机如果采取匀速掘进的方式那么千斤顶的力度就与其所受到的阻力是基本平衡的。为了简化问题本文嘉定盾构机采取匀速掘进的方式并且土仓内的受力是十分均匀的，其中起到主要作用的是盾构掘进过程中土体对刀盘的水平的阻力以及盾构壳体育周围土层之间的摩擦力。根据通常的地质施工条件以及施工的经验盾构机的推力取值一般在9000-11000KN之间。盾构机刀盘通常具有辐射形式与面板形式两种，不同类型的刀盘的扭矩的计算方式也是不同的。刀盘的扭矩参数选择不仅与地层类型有关还与隧道构造与直径有关。本工程主要采用是面板式的刀盘形式这种形式扭矩主要取决于刀具切削土体过程中的土层的抗力扭矩与刀盘与正面和侧面徒弟的摩擦力扭矩以及刀盘和搅拌的搅拌扭矩，而其他部分可以不考虑。盾构机在正常掘进的过程中，刀盘所收到的扭矩要小于其额定值如果所受到的扭矩大于其额定值那么刀盘会过载运行导致线路发热严重的可导致刀盘损坏。在本工程软硬土体地质条件进行掘进的过程中，刀盘的工作要取额定的扭矩参数值。在掘进的过程中，要保持土仓压力、开挖面压力以及水压力之间的平衡，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进施工的安全。在掘进的过程中要根据实际的地质条件以及其他工况及时的进行掘进参数的调整以保障掘进过程中的安全以及掘进的速度。
4.3掘进姿态的控制
本工程所选用的盾构机为德国产的具有自动掘进装置的先进掘进机，能够对隧道掘进施工中的掘进机准确定位其位置和掘进参数，并以此为基础计算出盾构机掘进中线和隧道中线之间的偏差角度，并及时的提醒工作人员及时的调整掘进的参数，确保盾构机的掘进方向的正常。盾构机在上软下硬的地层施工的过程中，地层条件的差异隧道曲线以及坡度的变化以及自动导向系统的误差和人员的操作水平以及管片的安装质量等多种因素都会使得盾构机掘进过程中的参数难以控制和掌握，在这种情况下掘进机很难按照既定的路线进行准确的掘进，所以往往需要采取综合掘进控制措施将掘进误差的控制在合理的范围内。
5、结语
本文详细阐述了盾构隧道施工控制措施包括施工前的地质调查确定土层类型与水文条件，然后根据地质条件合理选择盾构机与刀具，在施工掘进过程中需要合理控制掘进的模式、参数以及姿态以确保盾构隧道施工的安全与进度。
参考文献
[1] 赵先鹏，张恒，陈寿根，楚兴华. 盾构穿越软硬不均地层技术研究[J]. 四川建筑. 2010（06）
[2] 俞涛. 地铁盾构隧道近接施工影响的数值模拟及模型试验研究[D]. 西南交通大学 2005