孟海峰，翟志國

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

泥水盾構在隧道掘進施工中，需要經(jīng)常停機帶壓進艙換刀［1］。帶壓進艙作業(yè)過程中掌子面的穩(wěn)定和艙內的密封是關鍵，如果地層圍巖自穩(wěn)能力差，暴露時間過長，很容易發(fā)生坍塌。同時開挖艙內的氣壓也是保證掌子面安全的關鍵［3］;所以，如何保證停機期間掌子面的穩(wěn)定是本文研究的主要目的。

盾構機在砂卵石地層中掘進［2］，一般掘進300 m左右就要停機換刀(地層加固)，掘進2 000 m左右就要對刀盤進行修復(開挖豎井)［4］。但是在城市中，地面交通繁忙，高樓林立，其空間位置和周邊環(huán)境決定了加固施工的方法和難度，且開挖豎井的造價和工期都無法滿足施工和業(yè)主的要求。本工程采用小范圍地面注漿及樁間封閉的工作井并結合改良泥漿穩(wěn)定和封閉地層的施工方法，解決了城市中泥水盾構停機換刀點的地層穩(wěn)定和密封問題。

1 工程簡介

1.1 工程概況

北京鐵路樞紐北京站至北京西站地下直徑線工程位于北京市中心區(qū)。盾構隧道全長5 175延 m，即DK1+620～DK6+795。盾構段隧道采用1臺全新的φ 12.04 m膨潤土－氣墊式泥水平衡加壓式盾構機，自天寧寺盾構始發(fā)井4#豎井始發(fā)，獨頭掘進，完成5 175 m的施工任務，沿天寧寺橋、西便門橋向東，拐至長椿街，繼續(xù)沿宣武門大街、前門大街向東，至祈年大街后盾構到達廢棄段。盾構隧道襯砌管片內徑10.5 m，外徑 11.6 m。

1.2 地質及水文

沿線地表普遍分布一層人工堆積層，巖性為雜填土、填筑土，厚3～6 m，以下均為沖洪積層。工程作業(yè)層穿越的地層有:素填土、雜填土、粉土、黏土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、圓礫、卵石土。

本地質段主要是孔隙潛水，水位標高為+21.3～21.7 m(水位埋深 23.13 ～24.31 m)，局部上層滯水埋深3.7 m。DK5+480以西地下水類型為孔隙潛水，以東則為孔隙承壓水。

2 盾構停機點的位置選擇

結合全線的工程地質及與周邊建(構)筑物位置關系等具體情況，停機換刀地點選擇的原則是:盡量選擇在地域相對開闊、對地面交通影響較小、周圍建筑物和地下管線較少的位置進行開艙換刀。

經(jīng)過對設計圖及沿線實際考察后，綜合比較分析，在本標段沿線范圍內選擇了6個位置作為開艙換刀作業(yè)的加固點。各加固點的位置詳見表1。

表1 盾構隧道開艙換刀加固點位置匯總Table 1 Cutter changing and ground reinforcing sections of shield tunnelling

3 盾構停機點的主要加固方法

盾構停機點的加固形式主要2種:1)單一的袖閥管注漿加固;2)混凝土灌注樁+袖閥管注漿加固。前5個停機點都是采用袖閥管注漿的加固方式，唯有第6個停機點采用混凝土灌注樁結合袖閥管注漿的加固方式;因為第6個停機點帶壓進艙作業(yè)的工作量比較大，相對停機時間比較長，所以采用樁基加固的方式安全系數(shù)更大。下面以第4個加固點和第6個加固點為例，分別介紹這2種加固方法在盾構施工中的應用。

3.1 袖閥管注漿加固

3.1.1 主要技術參數(shù)

第4個停機點的加固方法是采用地質鉆機成孔，袖閥管注漿的加固方法。注漿材料主要為普通水泥漿和超細水泥漿，加固范圍以DK5+935為中心，沿隧道方向長10 m，寬12.0 m。

施工步驟:先對DK5+935周邊區(qū)域進行物探，探明地下管線類型、規(guī)格、埋深及與隧道的位置關系，采用人工進行挖探，對挖探出的地下管線進行標示，之后將探槽回填密實。再分期進行鉆孔，并安裝袖閥管，按先周邊、后中間的施工順序，跳孔進行注漿，注漿孔間距1.0 m、排距1.0 m按梅花形布置。注漿參數(shù)見表2。

表2 注漿參數(shù)表Table 2 Grouting parameters

3.1.2 鉆孔施工

鉆孔采用地質鉆機成孔，孔徑 φ 95 mm，孔深39 m;為保證袖閥管下入深度，鉆孔應超過設計深度0.5 ～1 m。

1)根據(jù)現(xiàn)場測量放線定出的孔位進行鉆機就位，鉆桿的對中誤差小于±50 mm，利用水平尺檢查鉆機的水平度，利用垂球檢查鉆桿垂直度，垂直度允許偏差±1%;

2)鉆孔采用泥漿護壁，泥漿配合比為水∶膨潤土=1∶0.30 ～0.50(質量比)，比重為 1.1 ～1.2。在黏性地層中可采用自造漿液，但必須確保成孔完好;

3)根據(jù)設計的孔深及測量組提供的地面標高和設計的孔底標高，現(xiàn)場配置鉆桿，并在最上一節(jié)采用油漆作標志，當鉆機鉆到標志位置時，表明已到設計深度;

4)鉆孔時采用隔二鉆一的順序進行施工，防止與下放注漿管及注漿形成相互干擾;

5)在鉆進的過程中應確保鉆機穩(wěn)固，隨時檢查鉆桿垂直度，如不能滿足要求，應立即停止鉆進，調整至符合要求后再施工;

6)鉆孔的直徑至少比袖閥管直徑大20 mm;

7)必須做好鉆孔施工詳細記錄，以指導后期注漿施工參數(shù)。

3.1.3 袖閥管安裝

1)鉆孔至設計深度后，將鉆桿在地面擰開，然后將袖閥管從鉆桿內插入進行安設。袖閥管安設到位后，重新將鉆桿擰緊，然后分節(jié)拔出鉆桿，將袖閥管留在地層中，鉆桿拔出后，量測袖閥管下入深度。

2)在2節(jié)袖閥管連接前，需向下1節(jié)袖閥管內灌滿清水，相鄰2節(jié)袖閥管采用套箍連接，并用黏合劑粘接牢固，袖閥管接至地面后(應高出地面30 cm)，向袖閥管內再次灌滿清水，然后用封口蓋蓋緊袖閥管管口。袖閥管安裝見圖1所示。

3)袖閥管設置完成后，通過注漿機向鉆孔和袖閥管連接的空隙內投放套殼料，套殼料采用水泥、膨潤土加水攪制，套殼料一般要求:黏度80～90 Pa·s，7 d后抗壓強度0.3 ～0.5 MPa，其配合比為∶水泥∶膨潤土∶水=1∶1∶6，現(xiàn)場根據(jù)試驗情況確定。當套殼料填至距地面10 m高的位置時，改為向孔壁內灌注水泥砂漿，砂漿可適當添加速凝劑，將袖閥管上部10 m范圍內孔口封堵，防止冒漿。待48 h后，套殼料完全終凝并有一定的強度后，下方注漿頭和注漿芯管漿液會劈開套殼料注入到地層中，且不會造成返漿現(xiàn)象。

圖1 袖閥管安裝示意圖Fig.1 Sleeve valve pipe installation

4)在施工過程中，先后采用了3種注漿管，分別為自制 PVC閥管(如圖2所示:3 m一節(jié)，管徑42 mm)、聚丙烯袖閥管(如圖3所示:33 cm一節(jié)，管徑40 mm)和硬質塑料袖閥管(如圖4所示:3 m一節(jié)，管徑38 mm)。自制PVC閥管采用管接頭對接粘貼連接，另外2種管采用絲扣連接。

5)與3種注漿管相對應，現(xiàn)場先后采用了3種注漿頭，分別為氣脹(或水脹)止?jié){塞(見圖5)、皮碗式雙環(huán)塞(見圖6)、寶塔式雙環(huán)塞(見圖7)。

6)最先采用的是自制 PVC閥管，該管按40～50 cm的間隔在管周鉆設4～6個梅花形布置的小孔，然后用膠帶纏繞小孔。注漿時，漿液沖破小孔周圍纏繞的膠帶進入地層，由于膠帶不是單向閥，脹開后不能復原，注漿后會有漿液返回閥管內，不能重復注漿。采用該管時要用氣脹(或水脹)止?jié){塞進行后退式分段注漿，下管時，膠帶容易松開，套殼料或其他孔注漿時，漿液容易串進管內，從而導致止?jié){塞下不到管底。

7)聚丙烯袖閥管材質較脆，鉆孔完成后，在管內灌滿水時下管較為困難，但其橡膠袖套設置在2個對接頭之間，且兩邊均有臺階加以保護，使得袖套不會滑動，保證了下管后管內不會進入泥漿，和該管配套的止?jié){頭為寶塔式雙環(huán)止?jié){塞。其缺點是:聚丙烯袖閥管質地輕脆，注漿加壓過程中容易破碎，管壁破碎后易造成注漿頭卡死，同時也達不到袖閥管重復注漿的目的。

8)硬質塑料袖閥管材質較重，較脆，由于天氣較冷和橡膠袖套黏結不牢固，導致該管在運輸和搬運時，固定橡膠袖套的膠圈容易斷裂和滑脫;同時，下管是在鉆桿內下放，膠圈容易碰到鉆桿接頭而導致滑脫，前期該管內串漿和泥漿進入較多，導致下管注漿深度不夠，后來采用膠帶固定橡膠袖套兩端解決了該問題。與該管配套的注漿頭為皮碗式雙環(huán)塞，但由于該管口徑較小，注漿頭擰緊后下放較為困難，且孔深較大，拔管困難，因此采用氣脹止?jié){塞進行后退注漿。

3.1.4 注漿施工

1)注漿壓力分析。前期注漿孔在較小壓力下就可注入很多，后期隨著地層被逐漸擠壓密實，需要較高壓力才能注入，且注漿量較小，注漿段注漿終壓控制在1 ～2 MPa。

2)注漿量分析

①各孔注漿量隨時間變化趨勢見圖8，注漿開始時，由于作業(yè)人員操作不夠熟練，止?jié){塞拔不出和前期采用的管子密封不夠，導致初期注漿量相對較小，隨著施工工藝的完善和管材的改善，注漿量在中期相對穩(wěn)定，后期由于地層空隙被逐漸填充，注漿量較少。

圖8 各孔注漿量隨時間變化趨勢Fig.8 Grouting amount of each grouting hole VS time

②各孔按設計孔號注漿量分布見圖9。由圖9可知:1～6號孔間距較大，注漿量相對差別不大;而間距較小的孔，如果隔排的兩孔注漿量較大時，中間排注漿量則相應減少;單孔注漿量較大時，周圍孔注漿量則相應較小。

圖9 各孔注漿量分布情況Fig.9 Distribution of grouting of each grouting hole

③將各孔位注漿量投影到注漿區(qū)域平面圖上，由圖10可知:注漿量較少的區(qū)域主要集中在盾構停機位置前方和開挖面內(盾構掘進方向為從注漿孔第1排至第6排，停機位置在2排和3排之間)，因此;到該停機位置后，應做好泥漿置換和隧道內補充注漿作業(yè)。

④1期注漿量在深度方向的分布和各段所占百分比見圖11。由圖11可知:隧道上方＞隧道開挖面內＞隧道下方;隧道上方注漿量與隧道斷面內注漿量相差不大，從每延m注漿量來看，隧道下方每延m注漿量較大，隧道斷面內和上方相差不大，說明隧道下方相對空隙較大;其他地方由于存在中粗砂，導致每延m注漿量相對較小?？傮w來說，加固較為均勻。

3.1.5 注漿工藝及參數(shù)優(yōu)化

1)工藝優(yōu)化

①由于袖閥管深度較大，采用傳統(tǒng)的滑移式皮碗雙環(huán)塞下管和拔管較為困難，容易引起注漿失效和注漿效率低下;而本次注漿采用氣脹單塞和皮碗式單塞進行注漿，施工中發(fā)現(xiàn)采用1.2 m的單塞長時間注漿容易卡塞固死，導致拔出止?jié){塞，而皮碗式單塞又容易卡在袖閥管接頭處，導致下管芯管下不到位和拔管困難，造成止?jié){失效，孔口冒漿;因此，為了保證以后加固點的注漿效果，建議采用管徑42～50 mm的袖閥管，接頭處應無縫對接，采用氣脹單塞后退注漿時，分段長度控制在50～100 cm。如需重復注漿，注漿完成后，應進行清孔作業(yè)，注漿管和止?jié){塞之間采用鋼管連接，便于下塞和拔塞，見圖12和圖13。

②如有條件時，可采用氣脹雙環(huán)塞進行分段反復注漿，見圖14和圖15，分段長度控制在40～50 cm。

2)注漿參數(shù)優(yōu)化

①漿液擴散半徑:0.7～1.5 m，注漿孔間距可控制在1～1.5 m。

②注漿材料及配比:單液水泥漿W∶C=0.8∶1 ～1∶1，雙液漿W ∶C=1∶1，C ∶S=1∶1，水玻璃濃度35 ～40 Be';改性水玻璃漿:將水玻璃稀釋到17 Be'后，加入水玻璃重量4%～5%的碳酸氫鈉溶液。

③注漿壓力:終壓1～2 MPa，開始時應低壓慢注，若壓力長時間不上升時，可加大注漿流量和采取雙液漿等措施。

④分段注漿長度:50～100 cm。

⑤注漿結束標準:壓力小于1.0 MPa時，當分段注漿量達到1 m3/m時，結束本段注漿;當注漿壓力達到2 MPa以上時，直接結束本段注漿，注漿壓力以孔口壓力為準。

⑥注漿速度:10～30 L/min。

3.1.6 注漿工藝及參數(shù)優(yōu)化

1)注漿參數(shù)分析法。剛開始注漿時，注漿壓力較低、隨地層的逐漸密實，需要較高的壓力才能注入，且地面冒漿現(xiàn)象較多，說明注漿后地層加固了。

2)鉆孔情況對比。1期和2期在前期鉆孔過程中，都出現(xiàn)了泥漿漏失現(xiàn)象，有時還需要較濃的泥漿才能將鉆孔泥砂攜帶出來;而注漿后，采用清水和稀泥漿鉆進，鉆孔過程基本無泥漿漏失，從鉆出的砂子來看，砂子中含有細小水泥漿塊，且鉆孔速度比未注漿時快了很多。表面經(jīng)過注漿加固后，地層空隙被充填，地層得到了加固。

3)鉆孔壓水檢查。注漿完成后，根據(jù)注漿情況，在停機點前方注漿范圍內設置了4個檢查孔，檢查孔深36 m左右。由于地面下10 m沒注漿，因此，首先采用φ 126鉆頭鉆至15 m，然后注入雙液漿，設置混凝土止?jié){段，待漿液凝固后，再在原孔位采用φ 91的鉆頭鉆孔，鉆至36 m，這樣才能保證未注漿段不產生滲漏。鉆孔完成后，對4個檢查孔進行簡易壓水，檢查孔壓水結果見表3。

表3 簡易壓水測試結果Table 1 Result of simple douche test

由表3可以看出:4個孔的透水率均在10 Lu左右，根據(jù)國外資料，1 Lu=1.3 ×10－5cm/s，則注漿后地層滲透系數(shù)在1.5×10－4cm/s;根據(jù) GB 50287—1999《水利水電工程地質勘察規(guī)范》附錄J，注漿后地層透水性為中等透水，達到了較好效果。

3.2 樁基加固

4.2.1 樁基加固的施工要點和主要技術參數(shù)

1)施工要點。樁基加固原則上是將盾構機停機位置刀盤四周的圍巖全部由樁群來替換，以最大限度的提高開挖掌子面四周圍巖的穩(wěn)定性。

第6個加固點停機位置為DK5+028，距離盾構始發(fā)井已經(jīng)掘進了1 758 m，切刀掉落嚴重，刀盤耐磨焊也有一定的磨損;為使刀盤能順利的完成之后3 km多m的掘進任務，決定在此加固點進行帶壓進艙動火作業(yè)，對切刀的刀具形式進行改造，對刀盤的耐磨焊進行補焊。

加固區(qū)是以DK5+028為中心施作3排玻璃纖維筋灌注樁，最后在隧道軸線上，群樁中間做1根φ 2.0 m的灌注樁，在φ 2.0 m樁中間位置采用旋挖鉆鉆出1個φ 1.0 m孔，然后人工將下部擴挖成φ 1.3 m工作井，并在井口預埋一段鋼護筒。灌注樁完成后對群樁中間的土體及南側因電力溝影響無法做樁的地層進行補償注漿，最后在樁頂施作蓋梁將所有的樁連成一個整體，蓋梁中間將工作井孔口留出，并加蓋封閉的井蓋。盾構機掘進至第2排樁中間位置停機，使盾構機刀盤恰好將工作井西側井壁切除，向刀盤艙及工作井內置換高濃度泥漿，保證氣密性;然后帶壓進艙更換刀具，并由專業(yè)人員在帶壓狀態(tài)下對刀盤刀具進行切割或焊接作業(yè)。帶壓作業(yè)完成后，工作井保留，作為后期軌下結構施工的投料孔和隧道軸線測量投點孔。

2)技術參數(shù)。灌注樁采用旋挖鉆機成孔，安裝玻璃纖維筋后，灌注C20的水下混凝土，設計樁長為43.0 m(此處盾構機刀盤埋深為39.8 m)，除了中間一根樁φ 2.0 m外，其余樁徑全部為φ 1.0 m。玻璃纖維筋籠主筋φ 28 mm，螺旋箍筋φ 6 mm。鉆孔灌注樁共布置3排，樁間距1.5 mm，排距1.0 m，共計24根樁。樁間補償注漿均采用水泥漿，水灰比為0.8，孔間距0.75 m，排距0.5 m，梅花形布置。灌注樁、工作井及注漿孔位平面布置見圖16。

3.2.2 工作井

待φ 2.0 m的灌注樁混凝土達到1 d凝固強度后，在樁頂中心位置畫出1個φ 1.0 m的圓，然后埋設護筒。先采用φ 1.0 m的旋挖鉆進行鉆孔，鉆孔時孔內仍然裝滿高質量泥漿，起到護壁和支撐樁壁的作用。工作井鉆孔設計標高為地面以下36 m(刀盤中心下2 m)，保證工作井底部有7 m厚混凝土底板。鉆孔完成后，孔內仍充滿泥漿，待混凝土達到3 d強度后，將孔內泥漿全部抽排干凈，然后人工到孔底采用風鎬進行擴孔，擴孔直徑1.3 m，高度9 m。擴挖結束后，在孔內距刀盤上方1 m位置做一個鋼筋混凝土蓋板將工作井封閉，混凝土蓋板直徑1 m，厚500 mm。具體做法為:在刀盤上部1 m位置孔壁上植筋，從下至上共植3層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋直徑均為20 mm，第1層鋼筋作為支撐模板用，第2層和第3層作為混凝土蓋板的鋼筋骨架。3層鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格尺寸均為100 mm×100 mm，第1層鋼筋網(wǎng)片植好后，上面安裝1塊φ 1 m的圓形竹膠板，竹膠板上面再植2層間距為400 mm的鋼筋網(wǎng)片，上下混凝土保護層厚度為50 mm，然后澆筑C20混凝土。待蓋板混凝土強度達到100%后，將孔內蓋板以上至地面部分灌滿清水。

圖16 灌注樁和注漿孔位平面布置圖Fig.16 Plan layout of cast-in situ concrete pile and grouting hole position

上部井口同樣也做一個鋼筋混凝土蓋板，蓋板的底模采用20 mm厚的鋼板與井口鋼護筒焊接在一起，上面布置2層鋼筋網(wǎng)片，2層鋼筋網(wǎng)片也與鋼護筒焊在一起并澆注C30混凝土，蓋板頂部標高與地面平齊，最后回到瀝青路面將井口蓋住，并在井口位置做好標記，工作井密封完成后，盾構機刀盤切入井內進行帶壓動火作業(yè)。鋼筋混凝土蓋板斷面形式見圖17和圖18。

圖17 下部混凝土蓋板示意圖Fig.17 Concrete board at the foot

圖18 井口蓋板示意圖Fig.18 Concrete board portal

3.2.3 樁間土體補償注漿加固

為保證加固效果，最后在群樁之間和樁周邊進行補償注漿加固土體。采用地質鉆機成孔，然后安裝袖閥管，通過袖閥管向地層注水泥漿，達到補償加固樁間土體的目的。注漿孔位置可根據(jù)樁間距和樁間相對位置梅花形布置，漿液采用水灰比0.8～1即可。

3.2.4 壓頂梁施工

當所有灌注樁達到設計強度后，將樁頭混凝土鑿除1.0 m，露出玻璃纖維筋籠。然后將各樁之間的渣土清除干凈，綁扎壓頂梁鋼筋籠，壓頂梁鋼筋應將所有樁頭玻璃纖維筋籠連接起來，成為一個整體，壓頂梁厚1 000 mm，面積為覆蓋所有灌注樁。

4 帶壓進艙作業(yè)的保壓措施

4.1 分析氣體逃逸的原因

根據(jù)歷次帶壓進艙觀察進氣管路上SAMSON閥門定位器的補氣情況看，開挖艙內的氣密性問題已經(jīng)逐步得到了很好的解決，經(jīng)過不斷的試驗和總結，終于找到了開挖艙內氣體逃逸的原因和防止氣體逃逸的辦法。

根據(jù)盾構帶壓作業(yè)特點分析，艙內高壓氣體泄露的原因主要有以下幾方面:

1)掌子面地層漏氣。由于盾構穿越的地層以砂卵石為主，地層孔隙率較大，帶壓進艙換刀需要將開挖艙內的液位降至50%以下，這時刀盤中心以上的掌子面及盾構機范圍內開挖中線以上的圍巖都處在無泥漿支護狀態(tài)下，如果在掌子面和圍巖表面沒有形成一層較好的泥膜，艙內的高壓氣體就會從圍巖表面砂卵石間的空隙逃到地層中去，見圖19。

2)盾構設備本身密封不嚴造成漏氣。當開挖艙內液位降至50%左右，盾構機刀盤中心以上部分沒有泥漿，壓縮空氣將直接作用在盾構的上半部分，壓縮空氣可能會沿盾構本身密封不嚴的艙門、管道、閥門等地方逃逸。

圖19 泥膜過薄沒有完全覆蓋暴露的圍巖Fig.19 Exposed surrounding rock mass

3)中盾預留管路漏氣。中盾有一些預留注漿孔，如果一些注漿孔的閥門關閉不嚴也是氣體逃逸的途徑。

4)盾尾密封刷處漏氣。盾尾是和管片相接的地方，主要靠盾尾油脂和盾尾密封裝置進行密封，如果有部分盾尾刷損壞或者盾尾油脂注入量不夠、分布不均勻而沒有形成完全的密封都容易造成氣體的逃逸。

5)盾殼周圍地層漏氣。降液位后，盾殼上部和圍巖之間已經(jīng)沒有泥漿填充，使盾殼上部分形成氣體逃逸通道，壓縮空氣沿盾殼上部分向后逃逸，若盾殼周圍地層沒有良好的泥膜保護，壓縮空氣有可能向盾殼周圍地層中逃逸。

6)管片接縫處向隧道內漏氣。若同步注漿未充分填充管片壁后的空隙和地層，壓縮空氣很可能沿管片壁后的空隙向后逃逸，若管片拼裝時錯臺較大、破損、止水條脫落等缺陷造成管片接縫密封不嚴，則壓縮空氣會沿這些缺陷向隧道內逃逸，造成漏氣。

綜合以上漏氣原因，并結合幾次帶壓換刀情況分析，在保證掌子面泥膜質量的條件下，造成帶壓作業(yè)漏氣的主要原因是:盾殼和盾尾與地層間的縫隙封堵不嚴，使壓縮空氣沿盾殼向盾構后方逃逸而漏氣。

4.2 帶壓進艙氣密性的保障措施

根據(jù)幾次帶壓進艙的結果看出:保證帶壓作業(yè)氣密性主要是解決盾殼和盾尾后方的氣密性問題。只要盾構后方氣密性好，壓縮空氣不泄露，不逃逸，即使掌子面地層沒進行加固，帶壓進艙作業(yè)也是安全的。分析盾構帶壓作業(yè)可能造成漏氣的幾方面原因，在非加固段進行帶壓作業(yè)時主要采取以下措施來保證氣密性。

1)在預計的帶壓進艙作業(yè)點之前15 m左右開始提高泥漿質量，制備比重大小為1.05，黏度為18～20 Pa·s的新鮮泥漿來攜碴循環(huán)，使高黏度泥漿充分滲入到盾殼周圍地層中，形成良好的泥膜，保證盾殼周圍地層不會漏氣。

2)加強同步注漿量，保證6根同步注漿管通暢，能夠同時注漿。適當提高同步注漿壓力，但不得超過盾尾密封油脂的注脂壓力，使同步注漿充分填充管片壁后空隙，并充分滲入地層的空隙中，隔斷壓縮空氣向管片壁后地層中逃逸的通道。

3)加強管片拼裝質量，避免管片破損或止水條脫落，確保管片接縫密封性，防止壓縮空氣從管片接縫處向隧道內逃逸。

4)檢查盾構本身的氣密性，包括人艙、氣墊艙門的密封性，同步注漿管路、中盾注脂孔、超前注漿孔、沖刷管等各個管路閥門關閉后的密封性，防止因盾構設備本身密封不嚴而造成漏氣。

5)盾構到達預定的帶壓進艙換刀地點后，主要采取泥漿置換和向中盾、盾尾注入高濃度泥漿和堵漏劑的方法增加氣密性，防止氣體逃逸。具體施工方法如下:

①盾構停機后先進行泥漿循環(huán)，將刀盤艙內切屑下的渣土完全循環(huán)出地面，使刀盤艙內全部為泥漿充填。

②在新漿池拌制高黏度泥漿，并適量添加Ⅱ型制漿劑(堵漏劑)。泥漿黏度控制在90～100 Pa·s，比重為1.05，新漿拌制總量為150m3。

③向盾尾注人高濃度泥漿。在地面攪拌站拌制高濃度膨潤土漿，并添加堵漏劑或細鋸末，膨潤土漿液配合比為膨潤土∶Ⅱ型制漿劑(堵漏劑)∶水 =300∶150∶1 000(質量比)，泥漿比重控制在1.3以上。通過同步注漿管路向盾尾脫出的管片壁后注入高濃度泥漿，注漿壓力根據(jù)該點的靜止水土壓力之和設定，壓注泥漿的終壓比該點水土壓力之和大0.05～0.10 MPa。

④向中盾壁后注高濃度泥漿。向盾尾注入高黏度泥漿完成后，利用中盾預留的6個注脂口向盾殼背后注入高黏度泥漿。采用同步注漿系統(tǒng)間隔跳孔進行注漿，注漿壓力控制比刀盤艙對應位置的壓力大0.02 MPa左右。注漿順序是先向下部注入比重為1.2左右的大比重泥漿，后在上部注入比重為1.05左右的小比重泥漿，發(fā)現(xiàn)氣墊艙液位上升10%后停止注漿，更換位置再繼續(xù)注入。

⑤將刀盤艙內置換高黏度泥漿。首先將新拌制的高黏度泥漿從新漿池通過泥漿管輸送到盾構機1號拖車的砂漿儲存罐中，然后將氣墊艙液位降至45%～50%，保證開挖艙中心壓力等于該點的水土壓力。將2根同步注漿管接在前盾中部的2根注漿口上，利用同步注漿泵向開挖艙注入新制的高黏度泥漿，待氣墊艙液位上升至70%左右時，利用排漿管緩慢排漿，降低液位。待氣墊艙液位降至45% ～50%，繼續(xù)向開挖艙內注入新漿。如此循環(huán)，直至將150 m3高黏度新漿置換完成。

⑥泥漿置換完成后，即開始轉動刀盤。刀盤轉速控制在1 r/min左右，刀盤轉動次數(shù)為5～10 r。

⑦然后開始保壓，保壓按照開挖艙中心起始壓力起算，每間隔30 min提高0.01 MPa，使終壓比起始壓力高0.03～0.05 MPa左右即開始保壓，液位仍控制在50%左右，保壓時間不低于3 h。

⑧為防止盾殼周圍填充的高黏度泥漿流失，在刀盤艙保壓期間，應繼續(xù)向中盾壁后補注高黏度泥漿，漿液拌制及注漿壓力控制同前，發(fā)現(xiàn)氣墊艙液位上升即停止注漿。

⑨帶壓進艙1～2次后，必須向中盾補注高黏度泥漿，否則有可能嚴重漏氣，人員無法帶壓進艙。連續(xù)進艙5～8次后，由于掌子面泥膜逐漸變薄，漏氣現(xiàn)象將逐漸嚴重。必須根據(jù)掌子面泥膜的變化情況，對刀盤艙重新置換高黏度泥漿，以確保掌子面的氣密性，同時必須向中盾補注高黏度泥漿。

泥漿置換后，開挖艙掌子面形成的泥膜見圖20和圖21。

4.3 泥漿置換注意事項

1)在泥漿置換及降液位過程中應嚴密監(jiān)視開挖艙及氣墊艙液面及壓力變化，發(fā)生液位突變應立即停止注漿。

2)嚴格按技術交底要求設定壓注泥漿的壓力，并時刻監(jiān)視液位變化。發(fā)現(xiàn)異常情況，應調整注漿壓力后再進行。

3)派專人在隧道內巡視觀察管片的變形情況，若發(fā)現(xiàn)管片變形、錯臺增大等情況時，應馬上停止注入。

4)由專人負責，加強地面巡視和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況，馬上通知主控室，停止注漿，立即采取相應的應急措施。

5)從中盾向盾殼外注泥漿時，當注漿壓力達到設定壓力或泥水艙液位發(fā)生變化時即停止注漿;盾尾注泥漿時，當注漿壓力達到設定壓力時即終止注漿。

5 結論與討論

在城市大直徑泥水平衡盾構的施工中，停機換刀點的地層穩(wěn)定和倉內氣壓的穩(wěn)定及密封是保證工程施工質量和安全的關鍵。本文通過北京鐵路地下直徑線的一些工程實例，論證了一般的停機換刀點的加固，通過小范圍地面袖閥管注漿的方式結合倉內改良泥漿來解決;如果需要長時間的停機修補刀盤，則可利用群樁套打形成樁間小型工作室的方法來代替開挖豎井，即解決了地下的作業(yè)空間，又節(jié)省了工程造價和工期。對于開挖艙內的密封問題，則可以通過循環(huán)置換改良泥漿來解決，防止艙內壓縮空氣的泄露。但存在不足的是:在砂卵石地層中注漿加固，漿液在地層中擴散并不是很均勻，在漿液配比、注漿壓力和注漿工藝上還需進一步改善;樁間小型工作井空間狹小，艙內工作周期長，以后還需在工作井的空間方面做進一步改進。

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