1.前言
创新，盾构法因其高度的机械化和安全性得到了广泛应用，其应用范围从单一地层隧道逐渐发展复 随着我国经济快速发展，城市轨道交通工程的大规模建设，地下隧道施工技术也不断得到发展合地层隧道以及穿江越海等高水压隧道，水文地质条件的复杂多变，对盾构机选型、设计制造、施工带来了极大的挑战.软硬不均复合地层因同时具有极软、极硬两种特性，在施工中面临掌子面失 稳、环流系统故障、刀盘棚死、刀其损坏等问题.在国内穿越对软硬不均地层常采用预爆破或预加固处理在盾构掘进通过，但预处理措施会存在硬岩爆破效果不理想、封孔不密实等问题，反面对盾构提进造成极大的困难和风险隐患.特别对于地下隧道下穿繁华市区、水资源环境保护区、大型建 （构）筑物、历史文物保护区等，地面不具备预处理条件或预处理成本高，对整个建设工程的进度、质量、安全、经济上均有不利影响.因此寻求一种软硬不均地层盾构直接据进通过的工法就成为必然的课题.
式泥水平衡盾构机施工，盾构下穿间江段左、右线分别穿越38m、22m的软硬不均地层（（硬岩为花岗岩强度80~120mpa，软岩为微风化花岗岩），隧道洞身顶部为砾砂、激泥质土，底部为中，微风化花岗岩.由于隧道上方闽江段为xx市一级水源保护地，无法进行预处理，因此xx局集团有限公司通 过分析地质，针对性的进行盾构适应性选型与设计优化、施工中加强盾构据进技术、管理，安全快速通过了软硬不均段，获得了业主、xx市政府的高度背定.
2.工法特点
2.1绿色环保，施工成本低
盾构直接据进工法无需地面预处理，降低了对环境的不良影响.仅需在对常规盾构上进行局部功能优化，无需配套的复杂工艺和额外成本投入，盾构机一次性穿越节约开仓成本，有效控制刀具成 本，节约了工期和施工成本.
2.2技术较先进、施工效率高
施工中可采用常规通用型设备，施工中更易实现标准化作业，工作效率高；据进参数控制更精准，对地层的针对性更强，由盾构司机按照据进指令常规操作即可.
2.3适应性强，安全性高
适用于各种掘进环境，对复杂地层适应性强，尤其对地面复杂环境隧道具有极大优势.掘进过具脱落引发的施工风险，施工安全性高. 程中不需要开仓换刀，避免了带压进仓或饱和潜水等高危作业，优化刀具配置和固定工艺，降低刀
3.适用范围
适用于泥水盾构穿越软硬不均地层施工.
4.工艺原理
适应性设计和优化，进行刀具针对性试验研究，选择最优刀具配置方案.穿越前按刀具方案换刀并 分析地质资料确定补勘方案，结合地质补勘资料对复合地层进行研究总结.对泥水盾构机进行对刀具采取防松动措施.穿越段前总结施工参数，据进中不断总结和动态调整据进参数，穿越前对盾构机关键部件进行维护保券，确保设备的完好，保证软硬不均施工工序连续，确保隧洞施工安全、 快速、高效.
5.施工工艺流程及操作要点
5.1泥水盾构穿越软硬不均地层施工工法施工工艺流程
详细施工工艺流程见图5.1-1，
5.1-1泥水盾构穿越软硬不均地层施工工艺流程
5.2操作要点
5.2.1地质补勘与地质研究分析
1、结合详勘资料和工程实际情况，对隧道所处工程地质、水文地质条件进行全面分析，分析内
容应包括：是否有孤石和弧石是否侵入隧道范围、围岩节理裂隙发育情况以及水底隧道的基岩裂隙水与江水的连通性、在隧道范围有无断裂破碑带或基岩凸起等其它不良地质构造等.
均段覆盖厚度较小地段、岩性发生变化或其它地质构造突变地段：岩土分界面位置、岩石坚硬程度、 2、结合既有地质资料分析的结果，确定补充地质勘察方案.补充勘察关键位置应包括：软硬不岩石风化程度、结构面发育情况、岩脉的分布与特征.
等进行分析试验，根据研究结果优化刀具设计和配置方案. 3、对取芯硬岩岩石进行试验研究.对岩石单轴抗压强度、岩石CERCHERA腐蚀、岩石元素成分
5.2.2盾构机针对性设计与优化
依据地质特性，对盾构刀盘结构和盾构主机局部功能优化.
1、刀盘设计
刀，刀盘面板进行耐磨性加强设计. 盾构机新制刀盘采用复合式结构设计，加大刀盘开口率，增加刀盘中心开口率，刀盘设置超挖
2.仓内环流冲刷优化设计
口进行冲刷预防接泥饼.冲刷采用高压力、高流量、间隔高压冲洗使用. （1）在刀盘中心区域背部优化高压水冲刷系统，刀盘周边区域设置高压水冲刷管路，对刀盘开
（2）泥水仓设置两套冲刷系统.刀盘中心设置一套冲刷系统，在刀盘中心设置多个喷孔对土仓刀盘分组背部中心进行冲刷.一套冲刷系统在从排浆管处引浆增大进浆流量，进浆管路通过闸阀切 换或冲刷压力对泥浆门前部和破碎机前部进行冲刷.加快排渣速度，减少渣土堆积，提高据进效率.
（3）刀盘主动搅拌棒进行加长设计，搅梓泥水仓底部减少滞排.
出浆泵前设置采石籍，对泥浆管内大块石头进行清理防止堵管. 3、仓内冲刷管路及管路弯头部位进行耐磨设计：土仓底部设置破碎机对大块岩石进行破碎；在
5.2.3穿越前开仓检查刀具
穿越前按计划在稳定地层进行开仓换刀，对仓内渣土进行清理，检查刀具磨损并形成统计台账，结合据进参数详细分析刀具异常磨损原因.更换磨损量超限刀具，按软硬不均地层刀具配置方案更换刀具，刀具采取防松动措施，对仓内冲刷管路进行检查维修.
5.2.4试验段掘进，制定参数参考值
盾构机进入软硬不均段前一定距离的盾构推力、推进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、泥仓压力、出渣 盾构到达软硬不均段前，调查其他类似工程软硬不均地层掘进数据并形成总结.项目技术总结量、注浆量、地面沉降规律等.结合地质资料制定软硬不均段每环据进参数标准.
①推力波动值不超过参数参考值标的20%.
②扭矩波动值不超过据进指令单的10%.
③据进压力波动值不超过设定压力0.1bar.
④进/排浆流量：稳定进、排浆流量波动值不超过设定的10%.
严格控制刀盘对软弱围岩土体扰动，保障开挖面稳定，不断优化以适应地层.盾构总推力、刀盘扭矩、环流流量与地质条件、推进速度、渣土量匹配.
5.2.5穿越前设备维修保养、风险应急管理
1、在刀盘到达软硬不均段影响范围前，盾构机设备管理负责人对盾构机各系统进行状态评估，有必要时可邀请第三方检测机构进行机况评估.对盾构据进辅助系统.砂浆拌制系统、注浆系统进 行一次全面检查维护，对存在故障或隐患的机械设备进行维修，对关键零部件设备提前储备，确保盾构机机况良好，做到安全、连续、稳定通过软硬不均地层，避免在软硬不均地层因设备原因出现长时间停机.
2、对穿越软硬不均段施工风险源进行危险等级评估，并制定针对性措施，编制专项应预案.施工现场按应急物资清单建立应急仓库，盾构机上配置预防突泥涌水的应急物资.隧道内建设互联网视频网络及应急通讯系统.项目成立应急抢险小组，穿越软硬不均前进行针对性应急演练.
5.2.6进入软硬不均地层判断
穿越前人工复核刀盘里程，与设计软硬不均地层交界处里程进行比对，在穿越前2-3m重点关注
据进参数情况.刀盘扭矩波动大，刀盘姿态波动大，盾体震动明显、刀具破硬岩声音，泥浆分离设备出现硬岩石块，以上任何情况出现则认定开挖进入软硬不均地层施工.
5.2.7盾构据进参数设置
1、泥水仓压力控制
①压力设定
根据地质条件、埋深、水文概况.计算不透水层据进泥水仓压力采用水土合算，透水地层采用水土分算.分别计算静止土压力及被动土压力，作为压力设定的上下限，进入软硬不均前总结不同地层的建压值.
②压力调整
根据土体埋深、覆水深度的变化进行压力调整，规定每次调整值为±0.1bar，即因覆土深度、动态水位变化值引起0.1bar（增大或减小）的压力变化时进行一次压力调整.根据停机装管片或者 延伸管路期间泥水仓液位变化、保压累统供排气稳定情况核对所设定的压力准确性，如仓内液位、保压系统补气量发生变化，则压力调整为液位稳定时的压力.
③压力控制
据进过程严格控制液位波动，保持仓内泥浆环流顺畅，泥水仓压力波动值小于0.05baI.液位波动值控制在±0.5m以内，泥水仓液位保持在刀盘中部，液位波动超出±0.5m立即停止据进并开启劳通循环模式，并确认波动原因制定对应措施.
2、泥浆管理
①据进泥浆
为保障掌子面稳定，以相对较大比重泥装进行软硬不均地层掘进，进浆比重宜制在1.15~1.25g/m²，泥浆粘度宜为25~30s.
②异常停机泥装管理
异常停机时间大于2天时，需提前对仓内泥浆进行置换，将仓内泥浆置换为高粘度泥浆，置换泥浆粘度分为不同泥浆粘度，按照粘度由低到高注入建立掌子面建泥膜，并每隔一定时间对仓内泥 浆进行检测，粘度不达标进行泥浆补充置换.
3、环流控制
浆流速，加快渣土流动.在液位、压力波动大时，开启备用冲刷系统，通过切换冲刷闻阀和调整冲 软硬不均地层掘进循环泥浆以较小流量差循环.根据握进情况开启冲刷系统，加快刀盘区域泥刷泥浆流速对易积造部位冲刷.过程中常用碑石机破碎硬岩.刀盘背部高压清水冲刷系统在推力、扭矩、速度波动超过警戒值时间断开启冲刷.掘进中严禁长时间开启冲刷，减少对开挖面及软弱围 岩周围土体的扰动.
4.盾构机姿态控制
软硬不均地层提前50环调整盾构机姿态，根据软弱围岩掌子面分布情况，提前向硬岩方面提前调整20-30mm富余量.采用分区操作盾构机推进油缸、利用铰接系统控制盾构掘进姿态，根据开挖面 软硬围岩分布情况应及时调整据进参数，调整掘进方向时设置警戒值与限制值，达到警戒值时就应该实行纠偏程序.盾构机姿态修正及纠偏时缓慢进行.
5、注浆管理
软硬不均区时严格把控同步注浆质量、浆液配比和凝结时间，同步注浆材料采用水泥砂浆.要求浆液和易性好、泌水性小，减小浆液的固结收缩率，砂浆初凝时间4~6h为宜，同步注浆时注浆压力大于该点的静止土压力（1.1~1.2倍），注装量为理论注浆量的1.3~1.6倍，做到尽量填补同 时又不产生劈裂，确保浆液能及时填充脱出盾尾管片背后的环形间隙控制地面沉降.
5.2.8据进参数及渣样分析
1、穿越软硬不均地层时，统计分析据进参数并总结规律.利用盾构据进机据进参数统计软件系统，统计据进期间参数波动情况.针对异常数据分析原因后并制定后续改进措施.
初步判定掌子面软硬结合断面，每一环对分离设备出渣的渣样岩性、不同地质出渣量比例等判断软 2、对造样进行实时监控分析.根据掘进参数统计软件累统分析刀盘旋转一周参数值波动情况，硬不均面分部情况.
5.2.9据进参数动态调整
判断进入软硬不均地层后，拥进参数以控制刀具贯入度为核心，据进参数以“低贯入度，低转速，低推力、低扭矩”为原则管理；严格控制刀盘扭矩波动不超过10%、仓内液位维持刀盘中心，波动 不超过0.5m，推力波动不超过100t，波动较大时立即停止据进进行泥票播环降低扭矩、推力并恢复正常后掘进施工，据进时常开启碎石机和仓门口冲刷系统，间断开启刀盘高压水枪冲刷.
5.2.10软硬不均据进判断标准
判断盾构机通过软硬不均地层的标准为据进刀盘扭矩波动稳定、推力稳定、泥水分离设备筛板出造岩性均匀，满足以上条件认为通过软硬不均地质，逐步将盾构据进施工参数调整至正常值.
5.3劳动力组织
根据施工安排及组织模式，投入人员74人.为了保证安全、顺利施工，施工中科学、合理组织劳动力是本工法实施有力保证，劳动力配置见表5.3-1.
表5.3-1劳动力组织配备表（单线）
序号 工种 人数（人） 职 责1 项目管理人员 12 负责项目层面管理与施工生产全面工作2 3 值班工程师 维保工程师 2 2 现场施工技术指导，据进参数记录 盾构设备维修保养4 电气工程师 2 设备电气管理5 参数分析员 渣样分析员 2 据进参数，刀具监测数据分析 分离渣样分析6 7 据进班长 2 2 协助技术人员进行现场施工管理，负责劳动力安排8 盾构主司机 4 操作盾构机10 9 管片安装司机 注浆司机 2 2 负责注浆泵操作及注浆施工记录 管片安装11 管片工 4 负责安装管片、盾尾清理12 13 管片吊机司机 普工 12 2 负责水管、人行路板及轨线延伸等 负责盾构机上管片调运14 门吊司机 6 负责门吊操作15 砂浆组 3 负责砂浆搅拌站16 17 维保人员 管片组 4 2 负责管片供应及放水材料粘贴 负责盾构机维修保养18 电工 2 配备盾构施工19 20 水平运输司机 泥水处理 2 2 泥水处理场施工 材料运输21 地质勘察人员 3 软硬不均地层勘察合计 74
6.材料与设备
6.1材料
本工法除了配置液刀以满足软硬不均地层破岩需求外，其他材料均为一般盾构施工的常规材料，没有因采用本工法面需要投入的特殊材料.
6.2主要设备配置
设备机具见表6.1-1.
表6.1-1主要设备机具表
序号 机械名称 型号 单位 数量 备注1 盾构机及配套设备 泥水盾构 合 12 泥水处理系统 3000m²/h 套 1
