中交二航局第三工程有限公司 江苏省镇江市 212000
摘要：文章以南京市纬三路过江通道N线隧道施工为例，介绍泥水盾构的系统组成和原理，分析本工程泥水盾构施工中的重点和难点，并研究相应的施工技术加以解决和应对，以供同行参考。
关键词：泥水盾构；越江工程；施工技术
1引言
南京市纬三路过江通道位于纬七路过江通道下游 5km、南京长江大桥上游4.5km 处，连接南京主城区与浦口规划新市区中心。隧道在江中段采用左右线分离两管盾构，盾构直径为14.5m。隧道N线（北线）潜洲北部过江与主城的扬子江大道相接，长4930m，其中盾构段3537m，盾构施工采用一台三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的泥水加压平衡式盾构机，其中盾构机直径为14.93m，刀盘开挖直径为15.00m。
2泥水盾构的原理
泥水平衡盾构机在结构上包括刀盘、盾体、人舱、碴土破碎系统、泥浆输送系统、管片拼装机，口字件安装系统和后配套拖车系统等。在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、泥水系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统。泥水处理系统由3000m3/h两级泥水分离系统系统、调浆系统、制浆系统（含化学制浆）及压滤系统组成。
盾构机排出的污浆经分配器送入预筛分系统，经过预筛分器（双层筛）将粒径在3mm以上的渣料筛出；筛余的泥浆进入一级处理系统,经过旋流除砂器分选后，筛上渣料筛分脱水后排出；一级处理后的泥浆进入二级处理系统再次处理。经过两次处理后的泥浆可通过闸门切换流入调浆池或沉淀池。处理后的泥浆经过调整后重新进入盾构循环使用。为避免筛下渣料落入下一级泥浆槽中，污染下一级的泥浆，筛下渣料经收集槽流入底流收集槽内，进行压滤处理。经一级除砂净化处理后（74μm粒级）泥浆能满足盾构施工需要时。可将净化后的泥浆直接切换，自流入调浆池，经调配后返回井下[1]。
3越江工程施工重点和难点
3.1适应地质条件的盾构机刀盘、刀具设计
根据地质资料显示，盾构穿越地层有淤泥质土、粘土、粉细砂、卵石圆砾、泥岩、粉砂岩等，其中粉细砂、卵石圆砾及粉砂岩中石英含量高，对刀具磨损大。盾构机刀具类型的选择及刀具的布置设计，要使该盾构机刀盘既适应粘土切削，又适应砂土切削，既适应软土掘进，又适应复合地层掘进，既要考虑到不同地层切削掘进的通用性与匹配性，又要考虑到刀具的可更换性与替换性。
3.2高水压作业条件下的盾构机密封设计
盾构在江底承受的最大水土压力高达0.77MPa，这对盾构机密封设计是个挑战，包括盾体的整体耐高压性、主轴承密封、盾尾密封、常压及高压换刀的工艺设计等，在如此高水压下，不但要使各种作业成为可能，还必须保证其作业安全。
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3.3复合地层的盾构掘进
地质资料显示，江底段隧道在断面上存在一种以上地层（复合地层），最多的在一个断面上有七种地层，或上层为粘土下层为砂土，或上层为软土下层为砾石，或上层为软土下层为砂岩，对刀具维护、盾构姿态与线形控制、盾构掘进面支撑平衡等都是一种挑战，大大增加了盾构掘进的施工难度。
3.4长距离盾构掘进泥水管理
盾构一次掘进长达3537m，极大提高了施工中的泥水管理要求，既要保持长距离泥水输送的畅通，又要保证掘进中不断变化的压力平衡。另外，隧道穿越地层石英含量高，泥水输送距离长，对管路和泵的耐磨性要求高。
4泥水盾构越江工程施工工艺
4.1盾构施工工艺流程
盾构掘进施工包括盾构始发准备（始发井端头加固、盾构机及其附属设备安装调试、洞门凿除）、盾构始发、盾构掘进、盾构到达准备（接收井端头加固、井内盾构到达基础、洞门处理）、盾构到达和盾构机吊除。
4.2 刀具管理
在刀具上配备磨损检测装置，可在不开仓的情况下掌握刀具的磨损情况。根据刀具的磨损情况监测结果及时更换刀具，防止对刀盘结构部分造成磨损。在施工中调配有经验的掘进机司机和工程师值班，合理有效的控制好掘进参数，并通过掘进参数掌握刀具工作状态，判断刀具磨损情况，发现异常，及时采取措施。配备专业的刀具修理间和专业的刀具主管工程师，对更换的刀具进行修理，确保刀具维修的质量。储备足够的刀具配件，保证换刀工作的正常实施。
4.3 盾构密封
设置四道盾尾密封，其中一道为紧急密封，在必要时可启动紧急密封，然后通过管片安装的平台更换第四道密封和钢板束。主轴承设两套密封系统，外密封系统负责泥水室内的密封，内密封系统则采用为可自动注脂型。在盾构掘进过程中，由专人监视盾尾密封的情况。做好密封油脂加注工作，保证注脂泵工作正常，加强密封油脂的检测。在盾尾密封发生损坏时，及时对损坏的盾尾刷进行更换。
4.4 复合地层的掘进控制
4.4.1选择合理的掘进参数
在复合地层掘进时，以刀具贯入度（不宜超过5mm)为掘进参数选择与控制的基准参数。避免推力过大使刀具过载而发生损坏，一般情况下，将掘进速度控制为5～15mm/min，根据软硬不均地段掌子面岩石分布情况，结合单把刀具承载力值，计算确定总推力。通过降低刀盘转速（约1.0r/min)、盾构机掘进速度，使盾构机在掘进的瞬间刀盘上下部位受力尽量相同，减少对刀具的冲击荷载，避免刀具过载导致非正常损坏刀具，避免在高水压地段被迫进行开仓作业。
4.4.2合理的泥浆管理
合理选择泥浆参数，做好泥浆管理，保证泥浆携碴能力，确保掘削的石碴能被顺利输送。同时利用泥浆对刀具降温和润滑，减少对刀具的磨损。根据经验，参考泥浆指标为：泥浆比重1.2左右，泥浆粘度25～30s，析水率＜5％；颗粒粒径＜74μm。选择合适的泥水压力，保持切口水压稳定。在盾构掘进过程中应根据地质和埋深、水头高度实际情况以及地表沉降监测信息进行反馈和调整优化。
4.4.3加强对颚式破碎机的维修保养
由于盾构长距离岩石段掘进，颚式破碎机的工作强度大，易造成磨损或损坏，在掘进过程中合理使用破碎机，尽量避免对破碎机造成损坏。同时，在每次开仓过程中均对破碎机进行检查与维修保养，确保设备工作状态良好。避免由于颚式破碎机的磨损或故障影响盾构掘进或堵塞排泥管路。盾构掘进过程中加强进排泥量的监控，并及时计算盾构的出土量，防止出土量过大造成上覆软弱地层损失。
4.4.4其他注意事项
司机应平稳操作盾构机，合理对推进油缸进行分区设压控制，有效保持盾构机姿态，避免对盾构机姿态进行急调急纠造成盾尾密封刷损坏；避免对管片产生非轴向推力，导致管片发生位移；防止硬岩对边、刮刀的损坏。
5结语
泥水盾构施工技术是目前越江隧道工程中应用较为广泛的施工技术，其可以在施工掘进过程中同时完成渣土的运输，可以大大提高掘进速度，而且避免了渣土对施工安全、劳动条件和施工环境等的不利影响，此外，此技术还具有较高的压力控制精度，并能很好地稳定开挖面和避免地表的隆沉。在施工中应特别注意刀具、密封的设计，以及复合地层的掘进控制等关键施工工艺的选择和制定，确保越江工程施工的顺利进行。
参考文献：
[1] 攀冰霞,李结元.浅谈泥水盾构施工技术[J].科技资讯,2016,14(6):44-48
论文作者:钱琳运,朱金彭
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/6
标签：盾构论文; 刀具论文; 泥水论文; 泥浆论文; 地层论文; 系统论文; 磨损论文; 《防护工程》2017年第30期论文;