中建交通建设集团有限公司 北京 100000
摘要：在地铁工程施工中，泥水平衡式盾构是常用的一种施工机械，施工技术的主要环节就是根据施工地质条件和施工要求，设置施工参数。本文结合具体的施工案例，简述泥水平衡盾构的基本原理，提出了泥水平衡盾构施工技术的参数选择依据，供同类施工参考。
关键词：泥水平衡顶管；施工工艺；关键技术
引言： 随着我国经济的快速发展，城市交通方式也在不断革新，地下交通、地上交通的立体交通模式是解决目前我国城市交通拥堵和适应居民高效、快节奏生活方式的有效措施。地铁施工中地下工程的掘进施工是目前最为复杂的施工项目，涉及到地下土质结构、地下管网分布、地下水分布、地上交通影响等很多因素。盾构施工法作为地铁施工中的掘进机械操作，是使用盾构机在地下施工中的掘进开挖方式，它实现了工程的掘进、衬砌同步进行，由稳定开挖面、盾构机挖掘和盾尾衬砌三部分组成。这套施工技术最早是在1843年英国开始施行的，此后，陆续的在世界各国得到了迅速发展。我国的盾构施工技术始于上世纪六、七十年代，并得到了快速发展，被广泛的应用在地铁施工、隧道人防工程的施工等工程中，发挥了巨大的作用。
1泥水平衡盾构施工概述
当前世界和国内的盾构技术已经相当完善，比较突出的是泥水平衡盾构技术和土压平衡盾构技术。其适应土层的范围广，均能实现土仓压力平衡，能有效控制地面沉降，故被广泛运用于隧道建设工程中。其中，泥水平衡盾构是通过向密封土仓内加入泥浆水来平衡开挖面的水、土压力，能精确、快速调节工作压力以保持工作面稳定，因此控制地面沉降性很好，特别适用于大直径隧道及对地面沉降比较敏感的工程。土压平衡盾构是向密封土仓内加入塑流化改性材料，与开挖出的废土经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体，同时通过控制推进千斤顶速度与螺旋机向外排土的速度来调节平衡压力，实现工作面的压力平衡。
2泥水平衡盾构分类
泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同，泥水盾构分为：直接控制型和间接控制型。
（1）直接控制型：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。
图1 直接控制性泥水盾构
（2）间接控制型：其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水舱内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。
图2 间接控制型泥水盾构
2 泥水平衡盾构施工基本原理
盾构施工的基本原理是，在隧道一端先设置一竖井或者基坑，然后将盾构安装就位，盾构按照设计路线进行挖掘施工。施工同时盾构尾部的隧道衬砌结构根据推进中的地层阻力，一边推进一边衬砌，并灌浆，以防止隧道及地面下沉。盾构的断面有：圆形、矩形、马蹄形、半圆形等方式，可以根据工程要求选择不同的掘进断面。盾构机按照开挖面与作业面之间的隔墙构造分为三种形式：全敞开式、半敞开式、密封式，密封式又分为泥水式盾构机和土压式盾构机。
泥水式盾构机的适应土层范围广，具有很多优点。泥水平衡盾构是目前最先进的盾构施工技术，主要是由掘进系统、泥水加压循环系统、综合管理系统、泥水分离处理系统和同步灌浆五部分组成。
3 盾构施工对周围环境的影响因素
盾构施工受周围土体应变状态的扰动影响有：隧道作业面附近的土层应力变化，隧道支护和注浆引起的径向位移，上覆土体的流变，掘进时土体与盾构间的剪力，开挖对土体的扰动变形，衬砌的收敛变形等。土体变形的影响主要来源于：
1.盾构掘进时，随着开挖面的土体移动，土层内应力发生变化。
2.盾构推进时，注浆不及时或压浆量不足，使土体在压力作用下进入盾尾空隙。
3.推进面障碍物随盾构移动产生的土体空隙。
4.盾壳与地层的摩擦与剪切带动土体变形。
5.盾构在转向或后退时引起的地层土体损失。
6.衬砌沉降引起的地层移动变形。
4泥水平衡盾构施工参数的选择
4.1工程概况
广深港客运专线深港连接隧道为?9.6m双洞，单线盾构隧道，隧道场地地层从上至下主要有人工填土层；淤泥层、淤泥质细砂层；粉质黏土层；细砂、中砂、粗砂、砾砂、粗圆砾土、卵石土层；全～弱风化变质砂岩、强～弱风化大理岩和全～弱风化花岗岩。本工程经勘验适宜于泥水平衡式盾构施工技术。
2.对各项参数的选择分析如下：
1）刀盘开挖稳定性数值分析
刀盘开挖稳定性数值分析是泥水平衡盾构施工技术中的关键因素，保证密封加压状态下，泥水压力下的开挖面稳定，是工程质量与安全的主要环节。
不同性质的土层渗透系数和土颗粒的水理作用不同，开挖面稳定性分析中，都要满足刀盘正面主动土压力的合力与泥水压力的合力平衡，才能满足土体稳定。
2）盾构类型的选择，主要依据于工程的地质条件和施工规范要求选择盾构的类型、驱动方式、主要参数以及辅助设备，并从施工方式的经济性和可靠性等方面考虑选型。本工程地质土层是以人工填土层、细砂层、粉质黏土层、细砂、中砂、粗砂、砾砂、粗圆砾土、卵石土层、风化变质砂岩、风化大理岩和风化花岗岩为主，施工中，采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜保持水压力，开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。因此，从地质条件来看，本工程适宜于泥水平衡盾构施工。
3）刀盘及驱动的选择
刀盘结构形式有面板式和辐条式两种，面板式刀盘可以通过刀盘的开口限制进入土仓的卵石粒径，泥水平衡式盾构一般选用面板式刀盘。在驱动方式上，有变频电机驱动、液压驱动和定速电机驱动几种方式，由于变频驱动具有传动效率高、热平衡性好、噪声低的特点，因此，宜采用变频驱动。
4）同步注浆的控制
泥水平衡盾构施工技术在注浆过程中，为了保证土体的稳定性，减少土体沉陷和变形，可以采用双液单系统注浆方式。拌浆系统在将A液（水泥、膨润土、稳定剂和水）B液（水玻璃），送至井下经压浆泵注入土体，及时填塞盾尾和土体的空隙进行密封。
结语
泥水平衡盾构施工技术的关键是要控制刀盘正面主动土压力的合力与泥水压力的合力平衡，才能够使盾尾的衬砌施工中更好的密封，保证施工质量和安全。因此，在施工中，盾构的类型选择也要根据工程的地质条件和施工要求来定，并合理的选择各项施工参数，保证施工的正常进行。
参考文献
[1]杨志勇，江玉生，雷军，等.污染地层泥水平衡盾构施工关键技术[J].施工技术，2014，43（23）：118-120.
[2]李有兵.大直径泥水平衡盾构穿越上软下硬地层的施工技术研究[D].西南交通大学，2014.
[3]王晓虎.盾构穿越上软下硬地层施工措施研究[J].工程技术：全文版，2016（5）：00138-00138.
[4]胡珉，周胜臣，蒋华钦.大直径泥水平衡盾构施工参数对管片渗漏影响规律研究[J].现代隧道技术，2016，53（3）：98-104.
[5]李有兵.大直径泥水平衡盾构穿越上软下硬地层的施工技术研究[D].西南交通大学，2014.
[6]邓斌.浅谈城市轨道交通盾构施工上软下硬地层施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2017（22）.
论文作者:于哲,贺新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/19
标签：盾构论文; 泥水论文; 泥浆论文; 土层论文; 地层论文; 压力论文; 隧道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;