潘冰霞 李結(jié)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(xiàn)，

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

關鍵詞：泥水盾構(gòu)；地鐵施工；施工技術(shù)

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(tǒng)的盾構(gòu)施工法大多有賴于氣壓、降水、注漿加固等措施來對付不穩(wěn)定地層的局面，而泥水加壓式盾構(gòu)是用泥漿加壓來確保掌子面的穩(wěn)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(gòu)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(huán)境；由于泥水盾構(gòu)通過泥水平衡來穩(wěn)定掌子面，壓力控制精度高，能較好的穩(wěn)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(shù)。

2 泥水盾構(gòu)原理

泥水加壓式盾構(gòu)是在機械削式盾構(gòu)刀盤后側(cè)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(diào)節(jié)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(wěn)定性起到極為重要的作用。

3 泥水盾構(gòu)適用范圍

地層滲透系數(shù)對于盾構(gòu)的選型是一個很重要的因素，通過該圖說明泥水平衡盾構(gòu)機宜適用于滲透率在10-7m/s以上。另由于泥水盾構(gòu)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(gòu)適用于含水率較高，軟弱的淤泥質(zhì)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(qū)適用。

4 泥水盾構(gòu)構(gòu)造

泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fā)洞門端頭加固

根據(jù)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(jù)盾構(gòu)主機長度來進行加固，一般長度為9～14m。

5.2 安裝盾構(gòu)始發(fā)基座

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

5.3洞門密封裝置

洞門預埋鋼環(huán)時為滿足盾構(gòu)機進洞臨時封堵洞門端頭要求的環(huán)狀鋼板，該環(huán)型鋼板上需設置錨固筋提前預埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻上；在環(huán)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(tǒng)設計：反力架采用組合鋼結(jié)構(gòu)件，便于組裝和拆卸；反力架結(jié)構(gòu)根據(jù)土建結(jié)構(gòu)進行設計；反力架提供盾構(gòu)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(huán)系統(tǒng)

泥水循環(huán)系統(tǒng)的控制包括：①泥漿循環(huán)模式的選擇；②泥漿循環(huán)參數(shù)選擇；③泥漿碎石處理；④管路延伸等；

5.5.1 泥漿循環(huán)模式介紹

泥漿循環(huán)的方式包括旁通模式、開挖模式、反循環(huán)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(gòu)不進行開挖時執(zhí)行其它功能。在旁通模式，各泥漿泵都根據(jù)泵的超載壓力和所要求的排渣流量所控制的轉(zhuǎn)速保持旋轉(zhuǎn)。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(fā)生變化。在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調(diào)整液位。

（2）開挖模式

這個模式在開挖時使用。根據(jù)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(zhuǎn)速分別進行調(diào)整。調(diào)整P1.1泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿＼氣墊界面液位達到所要求的值。

（3）反循環(huán)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(nèi)發(fā)生阻塞，或用于清理盾構(gòu)內(nèi)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(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，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(zhuǎn)。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(huán)參數(shù)選擇

泥漿循環(huán)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(huán)，泥漿的循環(huán)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(zhì)，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(wěn)定，液位的穩(wěn)定通過調(diào)節(jié)進漿和出漿的流量差值來實現(xiàn)。

（2）泥漿壓力的控制

泥漿的壓力調(diào)整是個被動參數(shù)，為能夠保證足夠的流量，調(diào)整泥漿泵的轉(zhuǎn)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(shù)

泥漿的參數(shù)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(jù)地層的不同進行調(diào)整，當泥漿參數(shù)不符合掘進地層要求時可在泥水處理廠進行調(diào)整。

5.5.3管路延伸

掘進循環(huán)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(nèi)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(nèi)的止?jié){塞推入隧道內(nèi)的泥漿管內(nèi)，然后移動收回軟管，此時因為止?jié){塞的在隧道內(nèi)的泥漿管內(nèi)，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?jié){塞打回原有的延伸系統(tǒng)內(nèi)。

5.6 泥水分離系統(tǒng)

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(jīng)過調(diào)整重新回到盾構(gòu)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(jīng)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(gòu)機掘進時的泥水倉壓力應根據(jù)隧道埋深、地層情況進行設置，并根據(jù)地表建構(gòu)筑物的情況和地層的變化進行適當調(diào)整。根據(jù)施工經(jīng)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(zhì)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(jié)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(cè)壓力。一般適用于不透水的黏土層。

5.8 掘進方向控制

盾構(gòu)指導掘進方向是利用盾構(gòu)機自帶的導向系統(tǒng)來完成的；該系統(tǒng)配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，該系統(tǒng)能夠全天候在盾構(gòu)機主控室動態(tài)顯示盾構(gòu)機當前掘進位置以及與隧道設計軸線的偏差及趨勢；根據(jù)偏差情況可利用調(diào)整推進千斤頂推力大小來進行糾偏調(diào)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(huán)環(huán)對齊，拼裝較為方便，容易定位，但其缺點是環(huán)面不平整的誤差容易積累。錯縫拼裝是使相鄰襯砌圓環(huán)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(huán)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(huán)管片拼接好，并用螺栓進行連接，最后封頂塊成環(huán)。

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(tài)，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(gòu)機自身的注漿系統(tǒng)在盾構(gòu)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(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟和城市交通建設的不斷發(fā)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(zhì)量放在首位，特別是高風險地段、穿越江河地段，而泥水盾構(gòu)具有的安全、快捷、防水質(zhì)量好、開挖面穩(wěn)定、開挖精度高等優(yōu)點在現(xiàn)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(gòu)施工技術(shù)[J]. 建材與裝飾旬刊，2011，8：459-460.

[2]汪海.鐘小春.泥水盾構(gòu)泥水分離系統(tǒng)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(gòu)綜合施工技術(shù)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(zhì)對泥水盾構(gòu)開挖面泥膜形成質(zhì)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(gòu)機掘進工作面土壓力計算方法比較分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2011，（S1）：111-114.

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