黄土地区土压平衡盾构及穿越全断面砂层微扰动施工方法与流程

本发明涉及盾构施工方法，具体涉及一种黄土地区土压平衡盾构及穿越全断面砂层微扰动施工方法。

背景技术：

随着城市交通紧张状况的日益严重，城市地下铁路迎来了快速发展阶段。湿陷性黄土地区现已有多条地铁线路投入运营。湿陷性黄土下部土层常见砂层，地铁施工风险较大。同时，地上建筑物施工过程中需要严格保护，更为盾构施工增加了难度。

土压平衡盾构因其具有地层适应性广、掘进速度快、造价相对较低等优点成为黄土地区地铁隧道施工的首选，但在砂层中施工时也存在掘进控制难、施工扰动大等缺点。在全断面砂层土压平衡盾构掘进时经常会出现盾构姿态控制难、掘进速度慢、地表沉降大等工程问题，给地表建(构)筑物的保护带来很大困难。针对城市内全断面砂层土压平衡盾构掘进时，由于城市内路面复杂，会出现公交站、高铁站等，在地下进行掘进施工时，必须考虑到对地面上层建筑物的影响。

现有技术中的盾构如图1所示，传统撕裂刀1包括刀具本体a，在刀具本体a的顶端设置有一对传统撕裂刀刀刃b，在一对刀刃b之间形成了第一凹槽c，在刀具本体1-1的中部对称设置有一对第二凹槽d。由于传统撕裂刀面对黄土地区使用时，土体对撕裂刀的两侧容易出现不均匀的摩擦，容易出现断裂，使得对撕裂刀局部出现损坏，降低撕裂刀在使用时的稳定性，使得施工扰动大；并且现有技术中的盾构因为刀盘切削直径比盾体稍大，不能及时填充膨润土浆液，使得地面沉降过大，另外由于砂层地质不稳定，易产生变形，使得施工扰动大。

另外，现有技术中的施工方法在面对全断面砂层土压平衡盾构掘进时，对盾构机及施工方法进行改进，改良渣土的流塑性以及渗透性，只采用单纯的渣土改良的方式，没有考虑到不同土质情况下的全断面砂土层存在的对盾构要求不同，采用同一种盾构对所有情况下的全断面砂土层进行掘进，使得施工扰动大，也会降低盾构的使用寿命，危害地面建筑物的安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种黄土地区土压平衡盾构，用以解决现有技术中的传统撕裂刀在使用时，土体对撕裂刀的两侧容易出现不均匀的摩擦，容易出现断裂，降低撕裂刀在使用时的稳定性，使得施工扰动大的问题；

本发明的目的在于提供一种黄土地区土压平衡盾构，用以解决现有技术中的盾构因为刀盘切削直径比盾体稍大，不能及时填充膨润土浆液，使得地面沉降过大，使得施工扰动大问题；

本发明的目的在于提供一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法，用以解决现有技术中的施工方法没有考虑到不同标贯击数的全断面砂土层所需的存在的扰动大，对地表建(构)筑物的保护造成困难等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种黄土地区土压平衡盾构，包括土压平衡盾构本体和刀具，所述刀具包括土压平衡盾构撕裂刀，所述的土压平衡盾构撕裂刀包括刀具本体，在所述刀具本体的顶端设置有一对刀刃，在一对刀刃之间安装有中心保护块；

在一对刀刃的两侧对称安装有顶端保护块，所述的顶端保护块的底面还与所述的刀具本体连接；

在所述刀具本体上对称设置的一对凹槽内分别安装有下部保护块。

进一步地，沿着所述的顶端保护块的高度方向开设有排土槽，所述排土槽的深度小于所述顶端保护块的高度。

进一步地，在所述的顶端保护块远离所述刀刃的一侧设置有齿状外壁；在所述的下部保护块的外侧设置有齿状外壁。

一种黄土地区土压平衡盾构，包括土压平衡盾构本体和刀具，在所述土压平衡盾构本体的内部设置有前盾胸板，在所述土压平衡盾构本体距离所述的前盾胸板cm的位置上沿外圆周方向上开设有多个注浆孔，所述的注浆孔位于前盾胸板远离所述刀具的一侧。

一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法，包括：

步骤1、根据所述的待掘进的全断面砂层的情况，选择土压平衡盾构；

步骤2、采用步骤1中选择的土压平衡盾构向所述的待掘进的全断面砂层掘进，直至掘进完成；

所述的步骤1具体包括：

当所述的待掘进的全断面砂层的标贯击数大于60时，选择以上第一种黄土地区土压平衡盾构；

当所述的待掘进的全断面砂层所需的推力大于1700t时，选择以上第二种黄土地区土压平衡盾构。

进一步地，所述的步骤2具体包括：

在土压平衡盾构掘进过程中重复执行以下步骤，直至土压平衡盾构掘进完成：

步骤a、土压平衡盾构向所述的待掘进的全断面砂层内部掘进5步，同时向全断面砂层四壁内侧砌上5圈管环；

其中所述的土压平衡盾构每掘进一步，包括：

在所述的待掘进的全断面砂层四壁内侧拼装一圈管环，所述的一圈管环包括相互拼接的多个管片；

向所述的相互拼接的多个管片之间进行一次注浆，向相邻的一圈管环之间进行一次注浆；

步骤b、对步骤a中砌上5圈的管环进行二次注浆。

进一步地，当采用如权利要求4所述的黄土地区土压平衡盾构进行步骤a或步骤b时，从所述的注浆孔(3)中向所述土压平衡盾构行进方向的前方的全断面砂层注入水与膨润土质量比为9:1的膨润土泥浆。

进一步地，所述的方法还包括：在步骤2执行之前，对所述的待掘进的全断面砂层采用膨润土泥浆进行渣土改良，并且根据待掘进的全断面砂层的砂土含水率，确定膨润土泥浆中水与膨润土的质量比。

进一步地，所述的根据待掘进的全断面砂层的砂土含水率，确定膨润土泥浆配比，具体包括：

当砂土含水率小于16％时，膨润土泥浆中水与膨润土质量比为9:1；

当砂土含水率大于等于16％时，膨润土泥浆中水与膨润土质量比为6:1。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

1、本发明提供的一种黄土地区土压平衡盾构在传统撕裂刀的基础上设计了保护块用于进一步地保护刀具，增加撕裂刀的使用时效，提高了撕裂刀在使用时的稳定性，以减少对地面建筑物的扰动；并且在顶端保护块上开设了排土槽用于分担刀具的切土压力，进一步地保证盾构在使用时的稳定性，以减少对地面建筑物的扰动；

2、本发明提供的一种黄土地区土压平衡盾构在传统盾构的基础上开设注浆孔，用于及时填充膨润土浆液，防止地面沉降过大，保证盾构在使用时的稳定性，以减少对地面建筑物的扰动；

3、本发明提供的一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法针对全断面砂层在不同的标贯击数下，选择了不同的盾构，以减少对地面建筑物的扰动，提高盾构在砂层中的掘进效率；

4、本发明提供的一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法通过设计了二次注浆的施工方法，对周围环境的扰动控制在最小范围内，对地面建(构)筑物起到较好的保护作用，也能更好的保持盾构掘进姿态，保证盾构施工顺利进行；

5、本发明提供的一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法在掘进过程之前，对全断面砂层采用特殊配比的膨润土泥浆进行渣土改良，一方面能起到润滑作用，另一方面能起到粘聚砂粒的效果，以减少对地面建筑物的扰动。

附图说明

图1为现有技术中的传统撕裂刀结构示意图；

图2为本发明提供的第一盾构的盾构撕裂刀结构示意图；

图3为本发明提供的第二盾构中注浆孔位置示意图。

图中标号代表：1-盾构撕裂刀，2-土压平衡盾构本体，3-刀具，4-前盾胸板，5-注浆孔，(1-1)-刀具本体，(1-2)-刀刃，(1-3)-中心保护块，(1-4)-顶端保护块，(1-5)-排土槽，(1-6)-齿状外壁，(1-7)-下部保护块，a-传统撕裂刀，b-传统撕裂刀刀刃，c-第一凹槽，d-第二凹槽。

具体实施方式

标贯击数：标准贯入器打入土中一定深度(30厘米)所需的锤击数，用于评价砂或粘性土的地基承载力。

土压平衡盾构：推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态(即稳定状态)，盾构机通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统四大部分组成，主要结构有切口环，支撑环，盾尾，盾构撕裂刀，刀盘，管片组装机，螺旋排土机，驱动装置等组成。

盾构管片：通常是采用高强抗渗混凝土生产的用于抵抗土层压力，地下水压力的永久砌筑结构。

管环：通过连接螺栓将管片拼接而成的用作初砌结构的匀质圆环。

初凝浆液：用于填充管片与周围土层，控制周边地层位移，稳定已拼接管片并兼具防水等功能的一种填充剂。

双浆液：由水泥浆液和水玻璃组成的双液浆是一种可以加快水泥浆液的凝固时间，加强注浆早期强度的一种浆液。

实施例一

本实施例公开了一种黄土地区土压平衡盾构，包括土压平衡盾构本体和刀具，所述刀具包括土压平衡盾构撕裂刀1，所述的土压平衡盾构撕裂刀1包括刀具本体1-1，在所述刀具本体1-1的顶端设置有一对刀刃1-2，在一对刀刃1-2之间安装有中心保护块1-3；

在一对刀刃1-2的两侧对称安装有顶端保护块1-4，所述的顶端保护块1-4的底面还与所述的刀具本体1-1连接，

在所述刀具本体1-1上对称设置的一对凹槽内分别安装有下部保护块1-7。

在本实施例中，对如图1所示的现有技术中的传统撕裂刀进行了改进，如图1所示，传统撕裂刀1包括刀具本体a，在刀具本体a的顶端设置有一对传统撕裂刀刀刃b，在一对刀刃b之间形成了第一凹槽c，在刀具本体1-1的中部对称设置有一对第二凹槽d。

全断面砂层中掘进时为了降低扰动量，控制地面沉降及减小刀具磨损是重点，在本实施例中，在传统撕裂刀的基础上添加中心保护块1-3，用于进一步保护刀具本体1-1，增加刀具本体1-1使用时效，提高了刀具本体1-1的稳定性。

在土压平衡盾构撕裂刀的前端两侧添加顶端保护块1-4，该顶端保护块1-4的总高为54mm，在传统撕裂刀的基础上在下部添加下部保护块1-7，进一步保护刀具本体1-1两侧结构，减少土体对两侧的摩擦，减少不均匀摩擦对于对本体局部的损坏，提高本体的耐久性，减少了换刀频率，提高了工作效率。

在本实施例中，土压平衡盾构撕裂刀1的刀高为130mm至140mm之间，整个撕裂刀与传统撕裂刀相比提高了10mm，这样既可以增加对于刮刀的保护，同时使保证了刀具本体1-1与其他刀具间搭配合理，这种改进的撕裂刀适用于砂性土流动性差，砂土摩擦力大、渗透系数高特点，大大提高了整体掘进效果。

可选地，沿着所述的顶端保护块1-4的高度方向开设有排土槽1-5，所述排土槽1-5的深度小于所述顶端保护块1-4的高度。

在本实施例中，如图2所示，在顶端保护块1-4设置了排土槽1-5，顶端保护块1-4根据排土槽1-5分成两部分，下部高24mm，上部高30mm，分担刀具本体1-1的切土压力，解决了传统土压平衡盾构撕裂刀不均匀磨损的问题，减少了刀具的更换次数，同是对周围刮刀进行保护，提高了开挖效率。

可选地，在所述的顶端保护块1-4远离所述刀刃1-2的一侧设置有齿状外壁1-6；在所述的下部保护块1-7的外侧设置有齿状外壁1-6。

在本实施例中，顶端保护块1-4以及下部保护块1-7外侧面为齿状，可以减少对刀具本体1-1的磨损，增大了刀具整体耐磨性，减少冲击荷载对于本体的损坏，提高盾构撕裂刀的稳定性，保证盾构在使用过程中的低扰动效果。

在顶端保护块1-4、中心保护块1-3以及刀具本体1-1的前端30mm增加耐磨层，减少了刀头损耗量，增大了刀具整体耐磨性，减少冲击荷载对于本体的损坏，使土压平衡盾构机在长距离掘进过程中能顺利进行。

在本实施例中，由于全断面砂层摩阻力较大，对土压平衡盾构刀具的磨损破坏力强，刀具磨损达一定程度后，需要更换刀具，不仅增加了施工成本，也大幅增加了施工安全隐患，在本实施例中，刀具由保护块和刀具本体组成。保护块的材质为合金，具体地采用钨钢，硬度高、耐磨性能好，能够提升刀具的整体高度，加强刀具顶部的耐磨性并起到保护刮刀的作用，提高刀具开挖土体的效率。有效的减少土压平衡盾构机开挖土体时刀具的磨损，使土压平衡盾构机在长距离掘进中能够顺利掘进，减少刀具更换次数，提高工作效率。

实施例二

在本实施例公开了一种黄土地区土压平衡盾构，包括土压平衡盾构本体2和刀具3，在所述土压平衡盾构本体2的内部设置有前盾胸板4，在所述土压平衡盾构本体2距离所述的前盾胸板4的80cm的位置上沿外圆周方向上开设有多个注浆孔5，所述的注浆孔5位于前盾胸板2远离刀具3的一侧。

在本实施例中，如图3所示，在距离所述的前盾胸板4的80cm且远离土压平衡盾构刀具3的位置上开设注浆孔5，因为刀盘切削直径比盾体稍大，及时填充膨润土浆液，防止地面沉降过大，另外由于砂层地质不稳定，易产生变形，形成包裹，从这个孔注入膨润土浆液可以增加润滑。

优选地，注浆孔5沿土压平衡盾构本体2的外圆周均匀分布，注浆均匀，强度统一，保证盾构在使用时的稳定性，以减少对地面建筑物的扰动。

实施例三

本实施例公开了一种黄土地区土压平衡盾构穿越全断面砂层微扰动施工方法，所述的方法用于土压平衡盾构在穿越待掘进的全断面砂层时，降低对地表建筑物的扰动量。

在全断面砂层地层中砂粒的内聚力小，是一种典型的不稳定的软弱地层，地层反应灵敏，土压平衡盾构机采用常规施工方法掘进全断面砂层时，很容易破坏砂层的相对稳定或平衡状态而产生坍塌，引起较大的围岩扰动，使开挖面失去稳定，易出现喷涌、冒顶等施工问题，从而导致地面发生过大的沉降，危害施工及地面建筑物的安全。采用本发明所述的方法，采用动态调整盾构施工参数的方法，结合注浆工艺的改进、渣土改良和盾构机改造等技术，大幅提高盾构在砂层中的掘进效率，同时将盾构施工对周围环境的扰动控制在最小范围内，克服了常规方法带来的施工问题，对地面建(构)筑物起到较好的保护作用。

所述的方法包括：

步骤1、根据所述的待掘进的全断面砂层的情况，选择土压平衡盾构；

步骤2、采用步骤1中选择的土压平衡盾构向所述的待掘进的全断面砂层掘进，直至掘进完成；

所述的步骤1具体包括：

当所述的待掘进的全断面砂层的标贯击数小于等于60时，采用现有技术中的土压平衡盾构对全断面砂层进行掘进；

当所述的待掘进的全断面砂层的标贯击数大于60时，选择如实施例一中的黄土地区土压平衡盾构；

当所述的待掘进的全断面砂层所需的推力大于1700t时，选择如实施例二中的黄土地区土压平衡盾构。

在本实施例中，当所述的待掘进的全断面砂层所需的推力大于1700t，当土压平衡盾构机被周围砂层卡住，出现大推力情况时，为了给土压平衡盾构机减小阻力，以实现微扰动施工，需要向盾体周围注入膨润土。在前盾胸板后80cm附近的位置打孔，焊上管头，接上膨润土管，可在该位置沿盾体周围环向设置8～12个膨润土注入孔，在特殊情况下可向盾体周围注入膨润土或者聚氨脂，以达到减少摩擦和防止地下水涌至刀盘前方。

可选地，所述的步骤2具体包括：

在土压平衡盾构掘进过程中重复执行以下步骤，直至土压平衡盾构掘进完成：

步骤a、土压平衡盾构向所述的待掘进的全断面砂层内部掘进5步，同时向全断面砂层四壁内侧砌上5圈管环；

其中所述的土压平衡盾构每掘进一步，包括：

在所述的待掘进的全断面砂层四壁内侧拼装一圈管环，所述的一圈管环包括相互拼接的多个管片；

向所述的相互拼接的多个管片之间进行一次注浆，向相邻的一圈管环之间进行一次注浆；

所述的一次注浆包括采用初凝浆液、注浆量为4-6立方米以及一次注浆压力为0.1mpa加上水压力；

步骤b、对步骤a中砌上的5圈管环进行二次注浆，所述的二次注浆包括采用水泥浆液及水玻璃液的双浆液以及二次注浆压力为步骤a中的一次注浆压力加上0.05mpa。

在本实施例中，针对本申请所面临的黄土地区全断面砂层在采用现有技术中的注浆方法进行注浆时，隧道中有上坡，浆液往小里程方向流，会造成盾尾处虽然已经注浆，但盾尾处没有浆液停留，管片与土体之间的空隙一直存在，因此采用了一次同步注浆和二次注浆配合的方式，能够有效填充缝隙，抑制地表沉降。

一次注浆压力设定为0.1mpa+水压力，其中水压力以稳定水位至隧道埋深的距离进行估算，初步设定为0.25～0.35mpa，根据地质情况、注浆速度、盾构掘进速度、地面沉降情况等进行调整，当注浆量不足或压力较高时，必须更换注浆位置继续压注，直至注浆量达到要求为止。同步注浆量应控制在理论空隙量的150％～200％，即为4-6立方米。

黄土地区的砂土渗透系数大，为防止注浆过少，空隙填充不密实。固在注浆时要加大注浆量，使周围土体密实，减小沉降。

在本实施例中，设置了0.1mpa+水压力的注浆压力是根据静止土压力理论确定的，结合本发明应用的黄土地区环境地下水比较浅，水头高，水压大的特点，同时为了减小渗透比较大造成的浆液流散，必须适当加大注浆压力，使注浆土体周围密实，使土压力分布均匀。

传统施工时，在管片拖出盾构盾尾时比在刀盘到达前，盾体通过时沉降时的累积沉降还要大很多，为了减小在此处的沉降，保证施工环境，填充管片周围空隙，需要严格控制盾尾的沉降，因此对步骤a中砌上的5圈管环进行二次注浆，采用双浆液注浆是凝固速度快，早期强度大，尽早填充地层，确保管片初砌的早期稳定性，很好的控制了地层沉降。由于水泥浆和水玻璃的双液浆凝固时间短，早起强度上升快，短时间可以达到准确控制，减小液浆向周边砂层扩散，减少地层沉降，因此在本步骤中采用水泥浆液及水玻璃液的双浆液。

进行二次注浆时，在一次注浆的基础上，达到进一步控制土体沉降的目的，使周围环境安全，但是此时空隙管片周围更少，浆液注入空隙必须加大注浆压力，因此设置二次注浆压力为步骤a中的一次注浆压力加上0.05mpa。

盾构掘进过程中，当基底为饱和粉细砂地层时，应做好同步注浆及二次注浆，尽量避免在该地层打设钢花管。注浆材料可为1：1的水泥-水玻璃双浆液，注浆压力：0.35～0.4mpa，浆液配比、凝结时间、注浆压力需根据现场试验最终确定。注浆管范围可延伸至隧道外轮廓外3m。注入以注浆压力控制为主，根据隧道曲线及管片姿态情况随时调整注入量及注入压力，注浆压力控制在0.4～0.8mpa。二次注浆由底部向上依次压注，采取注浆量、注浆压力双控，每环注浆量控制在0.6～1.2m³，压力为0.2～0.4mpa，注浆位置为盾尾后3～5环。注浆完成后，尚需采用水泥-水玻璃双液浆对注浆孔进行封孔处理。

可选地，所述的步骤a中的初凝浆液的配比为：膨润土60kg，水泥185kg，粉煤灰230kg，砂860kg，水40kg，初凝时间为4小时。

根据本施工方法应用的黄土地区的施工地质条件，地下水位浅，水头高，水压大，且处于黄土地区，减少了水含量，同时水含量的减小液可以减小浆液的泌水率，提高浆液的稳定性，砂含量的减少可以使浆液的初凝时间下降，提高其早期强度。

在盾构机工作时中盾注入膨润土和克泥效与尾盾同步注浆同时进行，及时填充盾体和土体的间隙，降低地表沉降，膨润土还可以减小盾构机工作时的摩擦阻力，提高工作效率，克泥效可以有效的阻止盾体外侧砂浆等渗入盾构机内部，在施工过程中应根据地层条件、地下水位、隧道埋深等控制注入压力和注入量。

优选地，所述的步骤b中的水泥浆液及水玻璃液的双液浆中水泥浆液中水泥与水的质量比为1:1.3，水玻璃液中水玻璃与水的体积比为1:1。

在本实施例中，设置这样的水泥与水的质量比和水玻璃与水的体积比可以更好地控制水泥浆液的扩散，同时降低初凝时间；使保持周围土层更加稳定，更好地适配该地区地下水位浅，泌水率高的地质情况。

优选地，所述的步骤b中在采用水泥浆液及水玻璃液的双液浆进行二次注浆时，注入浆液时：首先注入水泥浆液，之后再注入水玻璃液；停止注浆时：首先停止水玻璃液注入，等待10-15s后停止水泥浆液注入。

由于黄土地区砂层的透水性好，刚开始先注入水泥浆液是为了初步填充土体空隙，水玻璃的作用是和水泥浆液混合，使浆液凝固速度加快，防止注入的水泥浆液向地层其他地方扩散，使早期强度增大，改善周边环境，而停止注浆时如果水玻璃最后停止，或者同步停止注入，残留的水玻璃会堵住管道，最后注入水泥浆的话，会冲掉水玻璃，防止管道堵塞。

可选地，当采用实施例二中的土压平衡盾构进行步骤a或步骤b的同时，从所述的注浆孔3中向所述土压平衡盾构行进方向的前方的全断面砂层注入水与膨润土质量比为9:1的膨润土泥浆。

由于本发明提供的盾构掘进方法中，掘进的对象是黄土地区的全断面砂层，含水率高，地下水浅，水头高的特点，静水压力大，所以在掘进的过程中向全断面砂层不停的注浆，保证砂土的稳定性，其中膨润土泥浆要减少水的含量，防止水对土体的破坏，同时膨润土可以包裹在原土体周围起到保护作用。

另外，当所述土压平衡盾构进行管片壁后地层加固时，对管片进行改造；

管片包括邻接块和标准块，在所述的管片邻接块上开设有两个第二注浆孔，在所述标准块上开设有两个第二注浆孔，第二注浆孔沿邻接块以及标准块径向分布。

由于本发明提供的盾构掘进方法中，掘进的对象是黄土地区的全断面砂层，在盾构施工通过高铁下，必须严格控制盾构施工对高铁下部土体的影响，减小沉降。沿第二注浆孔建造钢花管，挤密上部土体开设第二注浆孔，沿径向分布的注浆孔可以使注浆。压力比较均匀。

可选地，在从所述的第二注浆孔中向待掘进的全断面砂层注入体积比为1：1的水泥浆液及水玻璃液的双液浆，其中注浆压力设置为0.4mpa至0.8mpa之间。

在本实施例中，要进行管片壁后的土层加固，而在浆液中，主要增大强度的材料就是水泥，为了达到管片壁后增加土层强度，减小沉降，改善周围强度的目的，所以要增加水泥用量。

可选地，所述的方法还包括：在土压平衡盾构掘进过程之前，对所述的待掘进的全断面砂层采用膨润土泥浆进行渣土改良，并且根据待掘进的全断面砂层的砂土含水率，确定膨润土泥浆中水与膨润土的质量比。

在本实施例中，全断面砂层中掘进时为了降低扰动量，渣土改良是关键，在渣土改良时可以采用膨润土或者黄土等，在本实施例中，采用了膨润土进行渣土改良，但是必须保证选用的膨润土的质量，膨润土必须经过膨化，并保证粘度不小于35s才能起到很好的改良作用，采用膨润土进行渣土改良，一方面能起到润滑作用，另一方面能起到粘聚砂粒的效果。

优选地，所述的根据待掘进的全断面砂层的砂土含水率，确定膨润土泥浆配比，具体包括：

当砂土含水率小于16％时，膨润土泥浆中水与膨润土质量比为9:1；

当砂土含水率大于等于16％时，膨润土泥浆中水与膨润土质量比为6:1。

在本实施例中，砂层经改良后渣样应呈流塑状，因此当渣样坍落度在120±20mm时，改良效果较好；采用经验法时，用手握渣样能从指缝间流出，用手掂砂，能掂起来却又不完全离开手掌，同时达到这两个条件时效果较好。

为提高现场操作的便捷性，当含水量小于16％时采用1:9，当含水率大于16％时采用1:6。按现场实际情况适量加入“纤维素纳”以增加粘度。

所述的方法还包括：盾构掘进参数控制，设置所述的土压平衡盾构的工作掘进参数为：推力设置为1200t至1700t之间、扭矩设置为4500kn·m至5500kn·m之间、刀盘转速设置为1rpm至2rpm之间、掘进速率设置为20mm/min至35mm/min之间、土压力设置为0.4bar以及出土量设置为51m³至55m³之间。

本发明提供的方法还需要在施工过程进行检测，包括地表沉降监测、盾构磨损监测以及围岩土层损失监测，均采用全自动监测仪器，监测数据实时反馈至综合决策平台，决策平台根据数据自动分析结果进行风险识别，并划分风险等级，实时向施工安全管理人员提供风险应对方案。

本发明通过盾构改造及注浆工艺改良降低盾构在黄土地区全断面砂层施工过程中对周边环境的扰动量。将盾构施工对周围环境的扰动控制在最小范围内，对地面建(构)筑物起到较好的保护作用。同时，减少了盾构机的磨损，提高盾构在砂层中的掘进效率，延长了盾构机的使用寿命，减少了维护次数。同时也能更好的保持盾构掘进姿态，保证盾构施工顺利进行。