淺談泥水盾構施工技術

潘冰霞 李結元

摘要：隨著我國城市軌道交通的不斷推進，城市地下管線通道、地下公路隧道、地下軌道建設等地下設施不斷涌現，

隧道穿越高層建筑、文物建筑、鐵路及越江過海等重要建構筑物及河流的情況也越來越多，泥水盾構法施工隧道由于明顯具有安全、快捷、防水質量好、開挖面穩定、開挖精度高等優點，作為一種新型的盾構施工技術被廣泛應用。

關鍵詞：泥水盾構；地鐵施工；施工技術

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

1 引言

傳統的盾構施工法大多有賴于氣壓、降水、注漿加固等措施來對付不穩定地層的局面，而泥水加壓式盾構是用泥漿加壓來確保掌子面的穩定，用泥漿管路輸送來代替有軌電車進行出土，在掘進完成后同時也完成了渣土的輸出工作，加快了掘進速度，同時也避免了土壓盾構因渣土改良不好而造成的噴涌，有效的改善了勞動條件和施工環境；由于泥水盾構通過泥水平衡來穩定掌子面，壓力控制精度高，能較好的穩定開挖面和防止地表的隆沉，成為當今地下交通建設的新技術。

2 泥水盾構原理

泥水加壓式盾構是在機械削式盾構刀盤后側設置了一道半隔板，它與刀盤之間形成泥水壓力室，泥漿輸送到泥水壓力室后，在泥水壓力室上半部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，通過調節空氣壓力，來保持開挖面上相應的泥漿支護壓力，由于泥漿中的顆粒受到壓力的作用下在開挖面向地層中進行滲透，填充地層中的孔隙，在掌子面形成一層泥膜，對提高開挖面的穩定性起到極為重要的作用。

3 泥水盾構適用范圍

地層滲透系數對于盾構的選型是一個很重要的因素，通過該圖說明泥水平衡盾構機宜適用于滲透率在10-7m/s以上。另由于泥水盾構具有土壓力的控制精度高，地面沉降控制精度高，因此泥水盾構適用于含水率較高，軟弱的淤泥質地層、松散的砂土層、砂卵石等地層中。特別適用于地層含水量大的越江過海隧道，以及對地面沉降要求較高的地區適用。

4 泥水盾構構造

泥水盾構結構主要包括刀盤、前體、中體、盾尾、主軸承、人倉、安裝機軌道梁、管片安裝機、拖車結構及在拖車上布置的設備包括控制室、空壓機、電器設備、水泵水箱、泥漿管延伸裝置等。

5 施工工藝

5.1 始發洞門端頭加固

根據設計要求進行端頭加固。一般采用旋噴樁或三軸攪拌樁進行加固，加固深度為隧道頂3m至隧道底以下3m；加固寬度為隧道輪廓線外3m，加固長度根據盾構主機長度來進行加固，一般長度為9～14m。

5.2 安裝盾構始發基座

盾構始發基座一般采用鋼結構型式，主要承受盾構機的重力荷載河推進時的摩擦力；由于盾構機重力較大所以始發基座必須具有足夠的剛度、強度和穩定性。

5.3洞門密封裝置

洞門預埋鋼環時為滿足盾構機進洞臨時封堵洞門端頭要求的環狀鋼板，該環型鋼板上需設置錨固筋提前預埋在結構內襯墻上；在環型鋼板每5度設置螺栓孔，用于固定簾布橡膠板和折頁壓板使用。

5.4反力架及支撐

反力架及支撐系統設計：反力架采用組合鋼結構件，便于組裝和拆卸；反力架結構根據土建結構進行設計；反力架提供盾構推進時所需的反力，因此反力架須具有足夠的剛度和強度；

5.5泥漿循環系統

泥水循環系統的控制包括：①泥漿循環模式的選擇；②泥漿循環參數選擇；③泥漿碎石處理；④管路延伸等；

5.5.1 泥漿循環模式介紹

泥漿循環的方式包括旁通模式、開挖模式、反循環模式、隔離模式和長時間停機模式。

（1）旁通模式

旁通模式是待機模式，用于盾構不進行開挖時執行其它功能。在旁通模式，各泥漿泵都根據泵的超載壓力和所要求的排渣流量所控制的轉速保持旋轉。由于此時開挖室沒有泥漿的供給，因此理論上并不需要控制泥漿/氣墊界面液位。然而泥漿/氣墊界面的液位可能由于從界面上流失或進入而發生變化。在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調整液位。

（2）開挖模式

這個模式在開挖時使用。根據氣墊室里泥漿的液位以及所要求的排渣流量，對泵P1.1和P2.1的轉速分別進行調整。調整P1.1泵的轉速用以校正泥漿＼氣墊界面液位達到所要求的值。

（3）反循環模式

這個模式使開挖室里的泥漿逆向流動。僅用于一些特別的情況，特別是在開挖室內發生阻塞，或用于清理盾構內的排渣管道。為了不讓泥漿充滿開挖室，氣墊壓力與泥漿＼氣墊界面液位的控制仍需維持。

（4）隔離模式

這個模式使隧道里的泥漿管道系統與地面系統處于完全隔離的狀態，但此時設在地面的分離廠和制備廠之間的回路仍保持連通。特別是，這種模式是用于隧道泥漿管道延伸時的情況。

（5）長時間停機模式

這個模式是自動控制的。此時所有泵都停止運轉。開挖面壓力由壓縮氣回路來控制。當氣墊室泥漿液位低于預定的低限時，便進行校正。

5.5.2泥漿循環參數選擇

泥漿循環的控制包括：流量和液位的控制、泥漿壓力的控制、比重的控制等。

（1）流量和液位的控制

對于掘進循環，泥漿的循環流量的目的是攜帶渣土。為能夠攜帶渣土避免沉淀，必須具備一定的流速，對于不同的地質，其要求的流速是不同的，與渣土的比重、泥漿的粘度有關。對于泥漿的液位，為避免泥水倉壓力波動太大，需要保證泥漿液位的相對穩定，液位的穩定通過調節進漿和出漿的流量差值來實現。

（2）泥漿壓力的控制

泥漿的壓力調整是個被動參數，為能夠保證足夠的流量，調整泥漿泵的轉速，其泥漿泵的進出口的壓力均因之而變化；泵的壓力隨著管路的延長，延程損失的增加而增加。

（3）泥漿參數

泥漿的參數由泥水處理廠控制，一般進漿比重在1.05～1.25之間，出漿比重在1.1～1.35之間，泥漿粘度根據地層的不同進行調整，當泥漿參數不符合掘進地層要求時可在泥水處理廠進行調整。

5.5.3管路延伸

掘進循環達到一定距離，需要延伸泥漿管，泥漿管延伸裝置，目前了解有兩種方式，一種是活塞式，一種是軟管式。

活塞式延伸時，先將泥漿管內泥漿泵送到刀盤里，再進行活塞收縮，然后安裝泥漿管，再重新進行連接。

軟管式延伸時，先用清水將延伸管內的止漿塞推入隧道內的泥漿管內，然后移動收回軟管，此時因為止漿塞的在隧道內的泥漿管內，能夠阻止泥漿的倒流進入隧道。這時安裝新的泥漿管后，重新連接，再漿止漿塞打回原有的延伸系統內。

5.6 泥水分離系統

泥水分離設備主要用于將含有渣土的泥水進行分離，使渣土被分離脫水后，直接外運，分離后的泥水經過調整重新回到盾構使用。

一級處理采用振動篩進行初級分離，振動篩的作用是對泥水作預處理，去除團狀和塊狀等粗大顆粒。第二道分離采用旋流器進行分離，旋流器的主要功能時將經過振動篩分離以后的中細顆粒漿液再次進行細化處理，逐次降低漿液粒徑，一般采用多級旋流器進行處理；

5.7 泥水倉壓力控制

盾構機掘進時的泥水倉壓力應根據隧道埋深、地層情況進行設置，并根據地表建構筑物的情況和地層的變化進行適當調整。根據施工經驗工程的泥水壓力計算公式參考如下：

水土分算適用于土體孔隙中存在自由的重力水的情況，或土的滲透性較好的情況，一般適用用砂土、粉土和粉質黏土地層。

水土合算的原則是，認為土孔隙中不存在自由的重力水，而存在結合水，它不傳遞靜水壓力，以土粒與孔隙水共同組成的土體作為對象，直接用土的飽和重度計算側壓力。一般適用于不透水的黏土層。

5.8 掘進方向控制

盾構指導掘進方向是利用盾構機自帶的導向系統來完成的；該系統配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，該系統能夠全天候在盾構機主控室動態顯示盾構機當前掘進位置以及與隧道設計軸線的偏差及趨勢；根據偏差情況可利用調整推進千斤頂推力大小來進行糾偏調向。

5.9管片拼裝

拼裝方法可分為通縫拼裝和錯縫拼裝。通縫拼裝是使管片的縱縫環環對齊，拼裝較為方便，容易定位，但其缺點是環面不平整的誤差容易積累。錯縫拼裝是使相鄰襯砌圓環的縱縫錯開管片長度的1/2～1/3。錯縫拼裝的襯砌整體性好，但當環面不平整時，容易引起較大的施工應力，管片拼裝時先將管片大五塊逐塊先與上一環管片拼接好，并用螺栓進行連接，最后封頂塊成環。

5.10襯砌壓漿

為了防止地表沉降，必須將盾尾和襯砌之間的空隙及時壓注充填。壓注后還可改善襯砌受力狀態，并增進襯砌的防水效果。壓漿方式常用的主要有兩種，一是利用盾構機自身的注漿系統在盾構掘進時進行同步注漿；二是利用外接注漿機將管片注漿孔打開通過注漿機對管片背后進行二次注漿；

6 結語

隨著我國國民經濟和城市交通建設的不斷發展，全國已掀起了地下軌道交通建設的高潮，在地下軌道交通建設施工中都把安全、質量放在首位，特別是高風險地段、穿越江河地段，而泥水盾構具有的安全、快捷、防水質量好、開挖面穩定、開挖精度高等優點在現代城市地下工程建設中受到人們的青睞。

參考文獻

[1]王超. 小儀泥水盾構施工技術[J]. 建材與裝飾旬刊，2011，8：459-460.

[2]汪海.鐘小春.泥水盾構泥水分離系統除渣效率對泥漿的影響[J]. 隧道建設，2013，33（11）：928-932.

[3]陳健. 超大直徑泥水盾構綜合施工技術控制[J].都市快軌交通，2008（6）：60-62.

[4]韓曉瑞，朱偉，劉泉維，等. 泥漿性質對泥水盾構開挖面泥膜形成質量影響[J].巖土力學，2008（S1）：288-292.

[5]上官子昌，李守巨 ，孫偉，欒茂田，亢晨鋼. 盾構機掘進工作面土壓力計算方法比較分析[J].哈爾濱工業大學學報，2011，（S1）：111-114.

[6]李娟.地鐵盾構隧道施工同步注漿參數控制[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2014，（4）：82-84.