浅谈泥水盾构施工技术

潘冰霞 李结元

摘要：随着我国城市轨道交通的不断推进，城市地下管线通道、地下公路隧道、地下轨道建设等地下设施不断涌现，

隧道穿越高层建筑、文物建筑、铁路及越江过海等重要建构筑物及河流的情况也越来越多，泥水盾构法施工隧道由于明显具有安全、快捷、防水质量好、开挖面稳定、开挖精度高等优点，作为一种新型的盾构施工技术被广泛应用。

关键词：泥水盾构；地铁施工；施工技术

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

1 引言

传统的盾构施工法大多有赖于气压、降水、注浆加固等措施来对付不稳定地层的局面，而泥水加压式盾构是用泥浆加压来确保掌子面的稳定，用泥浆管路输送来代替有轨电车进行出土，在掘进完成后同时也完成了渣土的输出工作，加快了掘进速度，同时也避免了土压盾构因渣土改良不好而造成的喷涌，有效的改善了劳动条件和施工环境；由于泥水盾构通过泥水平衡来稳定掌子面，压力控制精度高，能较好的稳定开挖面和防止地表的隆沉，成为当今地下交通建设的新技术。

2 泥水盾构原理

泥水加压式盾构是在机械削式盾构刀盘后侧设置了一道半隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，泥浆输送到泥水压力室后，在泥水压力室上半部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，通过调节空气压力，来保持开挖面上相应的泥浆支护压力，由于泥浆中的颗粒受到压力的作用下在开挖面向地层中进行渗透，填充地层中的孔隙，在掌子面形成一层泥膜，对提高开挖面的稳定性起到极为重要的作用。

3 泥水盾构适用范围

地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素，通过该图说明泥水平衡盾构机宜适用于渗透率在10-7m/s以上。另由于泥水盾构具有土压力的控制精度高，地面沉降控制精度高，因此泥水盾构适用于含水率较高，软弱的淤泥质地层、松散的砂土层、砂卵石等地层中。特别适用于地层含水量大的越江过海隧道，以及对地面沉降要求较高的地区适用。

4 泥水盾构构造

泥水盾构结构主要包括刀盘、前体、中体、盾尾、主轴承、人仓、安装机轨道梁、管片安装机、拖车结构及在拖车上布置的设备包括控制室、空压机、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等。

5 施工工艺

5.1 始发洞门端头加固

根据设计要求进行端头加固。一般采用旋喷桩或三轴搅拌桩进行加固，加固深度为隧道顶3m至隧道底以下3m；加固宽度为隧道轮廓线外3m，加固长度根据盾构主机长度来进行加固，一般长度为9～14m。

5.2 安装盾构始发基座

盾构始发基座一般采用钢结构型式，主要承受盾构机的重力荷载河推进时的摩擦力；由于盾构机重力较大所以始发基座必须具有足够的刚度、强度和稳定性。

5.3洞门密封装置

洞门预埋钢环时为满足盾构机进洞临时封堵洞门端头要求的环状钢板，该环型钢板上需设置锚固筋提前预埋在结构内衬墙上；在环型钢板每5度设置螺栓孔，用于固定帘布橡胶板和折页压板使用。

5.4反力架及支撑

反力架及支撑系统设计：反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸；反力架结构根据土建结构进行设计；反力架提供盾构推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度；

5.5泥浆循环系统

泥水循环系统的控制包括：①泥浆循环模式的选择；②泥浆循环参数选择；③泥浆碎石处理；④管路延伸等；

5.5.1 泥浆循环模式介绍

泥浆循环的方式包括旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。

（1）旁通模式

旁通模式是待机模式，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。在旁通模式，各泥浆泵都根据泵的超载压力和所要求的排渣流量所控制的转速保持旋转。由于此时开挖室没有泥浆的供给，因此理论上并不需要控制泥浆/气垫界面液位。然而泥浆/气垫界面的液位可能由于从界面上流失或进入而发生变化。在这些情况下，可能需要补充泥浆或排出泥浆以调整液位。

（2）开挖模式

这个模式在开挖时使用。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的排渣流量，对泵P1.1和P2.1的转速分别进行调整。调整P1.1泵的转速用以校正泥浆＼气垫界面液位达到所要求的值。

（3）反循环模式

这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构内的排渣管道。为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆＼气垫界面液位的控制仍需维持。

（4）隔离模式

这个模式使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔离的状态，但此时设在地面的分离厂和制备厂之间的回路仍保持连通。特别是，这种模式是用于隧道泥浆管道延伸时的情况。

（5）长时间停机模式

这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。

5.5.2泥浆循环参数选择

泥浆循环的控制包括：流量和液位的控制、泥浆压力的控制、比重的控制等。

（1）流量和液位的控制

对于掘进循环，泥浆的循环流量的目的是携带渣土。为能够携带渣土避免沉淀，必须具备一定的流速，对于不同的地质，其要求的流速是不同的，与渣土的比重、泥浆的粘度有关。对于泥浆的液位，为避免泥水仓压力波动太大，需要保证泥浆液位的相对稳定，液位的稳定通过调节进浆和出浆的流量差值来实现。

（2）泥浆压力的控制

泥浆的压力调整是个被动参数，为能够保证足够的流量，调整泥浆泵的转速，其泥浆泵的进出口的压力均因之而变化；泵的压力随着管路的延长，延程损失的增加而增加。

（3）泥浆参数

泥浆的参数由泥水处理厂控制，一般进浆比重在1.05～1.25之间，出浆比重在1.1～1.35之间，泥浆粘度根据地层的不同进行调整，当泥浆参数不符合掘进地层要求时可在泥水处理厂进行调整。

5.5.3管路延伸

掘进循环达到一定距离，需要延伸泥浆管，泥浆管延伸装置，目前了解有两种方式，一种是活塞式，一种是软管式。

活塞式延伸时，先将泥浆管内泥浆泵送到刀盘里，再进行活塞收缩，然后安装泥浆管，再重新进行连接。

软管式延伸时，先用清水将延伸管内的止浆塞推入隧道内的泥浆管内，然后移动收回软管，此时因为止浆塞的在隧道内的泥浆管内，能够阻止泥浆的倒流进入隧道。这时安装新的泥浆管后，重新连接，再浆止浆塞打回原有的延伸系统内。

5.6 泥水分离系统

泥水分离设备主要用于将含有渣土的泥水进行分离，使渣土被分离脱水后，直接外运，分离后的泥水经过调整重新回到盾构使用。

一级处理采用振动筛进行初级分离，振动筛的作用是对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。第二道分离采用旋流器进行分离，旋流器的主要功能时将经过振动筛分离以后的中细颗粒浆液再次进行细化处理，逐次降低浆液粒径，一般采用多级旋流器进行处理；

5.7 泥水仓压力控制

盾构机掘进时的泥水仓压力应根据隧道埋深、地层情况进行设置，并根据地表建构筑物的情况和地层的变化进行适当调整。根据施工经验工程的泥水压力计算公式参考如下：

水土分算适用于土体孔隙中存在自由的重力水的情况，或土的渗透性较好的情况，一般适用用砂土、粉土和粉质黏土地层。

水土合算的原则是，认为土孔隙中不存在自由的重力水，而存在结合水，它不传递静水压力，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度计算侧压力。一般适用于不透水的黏土层。

5.8 掘进方向控制

盾构指导掘进方向是利用盾构机自带的导向系统来完成的；该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，该系统能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前掘进位置以及与隧道设计轴线的偏差及趋势；根据偏差情况可利用调整推进千斤顶推力大小来进行纠偏调向。

5.9管片拼装

拼装方法可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，容易定位，但其缺点是环面不平整的误差容易积累。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2～1/3。错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易引起较大的施工应力，管片拼装时先将管片大五块逐块先与上一环管片拼接好，并用螺栓进行连接，最后封顶块成环。

5.10衬砌压浆

为了防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。压注后还可改善衬砌受力状态，并增进衬砌的防水效果。压浆方式常用的主要有两种，一是利用盾构机自身的注浆系统在盾构掘进时进行同步注浆；二是利用外接注浆机将管片注浆孔打开通过注浆机对管片背后进行二次注浆；

6 结语

随着我国国民经济和城市交通建设的不断发展，全国已掀起了地下轨道交通建设的高潮，在地下轨道交通建设施工中都把安全、质量放在首位，特别是高风险地段、穿越江河地段，而泥水盾构具有的安全、快捷、防水质量好、开挖面稳定、开挖精度高等优点在现代城市地下工程建设中受到人们的青睐。

参考文献

[1]王超. 小仪泥水盾构施工技术[J]. 建材与装饰旬刊，2011，8：459-460.

[2]汪海.钟小春.泥水盾构泥水分离系统除渣效率对泥浆的影响[J]. 隧道建设，2013，33（11）：928-932.

[3]陈健. 超大直径泥水盾构综合施工技术控制[J].都市快轨交通，2008（6）：60-62.

[4]韩晓瑞，朱伟，刘泉维，等. 泥浆性质对泥水盾构开挖面泥膜形成质量影响[J].岩土力学，2008（S1）：288-292.

[5]上官子昌，李守巨 ，孙伟，栾茂田，亢晨钢. 盾构机掘进工作面土压力计算方法比较分析[J].哈尔滨工业大学学报，2011，（S1）：111-114.

[6]李娟.地铁盾构隧道施工同步注浆参数控制[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2014，（4）：82-84.