淺談泥水盾構(gòu)施工技術(shù)

潘冰霞 李結(jié)元

摘要：隨著我國城市軌道交通的不斷推進(jìn)，城市地下管線通道、地下公路隧道、地下軌道建設(shè)等地下設(shè)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(yīng)用。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；地鐵施工；施工技術(shù)

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)行出土，在掘進(jìn)完成后同時也完成了渣土的輸出工作，加快了掘進(jìn)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(dāng)今地下交通建設(shè)的新技術(shù)。

2 泥水盾構(gòu)原理

泥水加壓式盾構(gòu)是在機(jī)械削式盾構(gòu)刀盤后側(cè)設(shè)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(yīng)的泥漿支護(hù)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(jìn)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(jī)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(jī)軌道梁、管片安裝機(jī)、拖車結(jié)構(gòu)及在拖車上布置的設(shè)備包括控制室、空壓機(jī)、電器設(shè)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(shè)計要求進(jìn)行端頭加固。一般采用旋噴樁或三軸攪拌樁進(jìn)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(jī)長度來進(jìn)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(jī)的重力荷載河推進(jìn)時的摩擦力；由于盾構(gòu)機(jī)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(yù)埋鋼環(huán)時為滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)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(shè)置錨固筋提前預(yù)埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻上；在環(huán)型鋼板每5度設(shè)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(shè)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(jìn)行設(shè)計；反力架提供盾構(gòu)推進(jìn)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(jī)模式。

（1）旁通模式

旁通模式是待機(jī)模式，用于盾構(gòu)不進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(shè)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(jī)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(dāng)氣墊室泥漿液位低于預(yù)定的低限時，便進(jìn)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(jìn)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(guān)。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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行調(diào)整，當(dāng)泥漿參數(shù)不符合掘進(jìn)地層要求時可在泥水處理廠進(jìn)行調(diào)整。

5.5.3管路延伸

掘進(jìn)循環(huán)達(dá)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(jìn)行活塞收縮，然后安裝泥漿管，再重新進(jìn)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(jìn)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(shè)備主要用于將含有渣土的泥水進(jìn)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(jìn)行初級分離，振動篩的作用是對泥水作預(yù)處理，去除團(tuán)狀和塊狀等粗大顆粒。第二道分離采用旋流器進(jìn)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(xì)顆粒漿液再次進(jìn)行細(xì)化處理，逐次降低漿液粒徑，一般采用多級旋流器進(jìn)行處理；

5.7 泥水倉壓力控制

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時的泥水倉壓力應(yīng)根據(jù)隧道埋深、地層情況進(jìn)行設(shè)置，并根據(jù)地表建構(gòu)筑物的情況和地層的變化進(jìn)行適當(dāng)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(rèn)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(jìn)方向控制

盾構(gòu)指導(dǎo)掘進(jìn)方向是利用盾構(gòu)機(jī)自帶的導(dǎo)向系統(tǒng)來完成的；該系統(tǒng)配置了導(dǎo)向、自動定位、掘進(jìn)程序軟件和顯示器等，該系統(tǒng)能夠全天候在盾構(gòu)機(jī)主控室動態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前掘進(jìn)位置以及與隧道設(shè)計軸線的偏差及趨勢；根據(jù)偏差情況可利用調(diào)整推進(jìn)千斤頂推力大小來進(jìn)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(dāng)環(huán)面不平整時，容易引起較大的施工應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jī)自身的注漿系統(tǒng)在盾構(gòu)掘進(jìn)時進(jìn)行同步注漿；二是利用外接注漿機(jī)將管片注漿孔打開通過注漿機(jī)對管片背后進(jìn)行二次注漿；

6 結(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和城市交通建設(shè)的不斷發(fā)展，全國已掀起了地下軌道交通建設(shè)的高潮，在地下軌道交通建設(shè)施工中都把安全、質(zhì)量放在首位，特別是高風(fēng)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(shè)中受到人們的青睞。

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