浅谈泥水平衡盾构

浅谈泥水平衡盾构
摘要：随着我国城市轨道交通和城际轨道交通的不断建设，隧道穿越高层建筑、文物建筑及铁路地铁等重要建构筑物的情况越来越频繁发生。

为了有效保护重要建构筑物，除了对重要建构筑物下方地层进行加固外，关键是如何确保盾构开挖面的稳定，减少盾构施工过程中对周边土体的扰动，以控制地层沉降在更小范围值以内。

目前在国内外，大多数过重要建构筑物工程均采用泥水平衡盾构进行施工，但不同品牌之间的盾构设计也存在较大的差异，施工效果也不尽相同。

关键词：泥水平衡盾构、土压平衡盾构、刀盘、环流系统、地面沉降
Abstract: along with the urban rail transit and inter-city rail transit construction of constantly, tunnel through high building, cultural buildings and railway building structures such as the important become more and more frequent. In order to effectively protect the important building structures, in addition to build structures below are important strata reinforcements, the key is how to ensure the stability of shield excavation, reduce the shield construction process of the soil to the neighboring disturbance to control formation settlement in a smaller range within value. Currently in at home and abroad, the most important building structures engineering is using slurry balance shield construction, but between the different brand shield design also put in bigger difference, the construction effects are also different.
Keywords: slurry balance shield, soil pressure balance shield, the knife dish and circulation system, ground subsidence
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。

根据多年来的国内施工经验，对泥水平衡盾构与土压平衡盾构进行对比，现以成都地铁一号线一期工程盾构4标为例。

该标段区间左线隧道采用海瑞克土压平衡盾构施工，区间右线隧道采用海瑞克泥水平衡盾构施工，地层基本为砂卵石
地层。

在施工过程中，由于海瑞克泥水平衡盾构的破碎机经常出现故障，卵石无法正常破碎，造成仓内堵塞，需要多次停机进行维修，掘进进度十分缓慢，但由于有泥浆的支撑，对周边土体扰动相对较小，地面沉降也相对较小。

海瑞克土压平衡盾构由于能直接利用螺旋出土器排土，掘进速度较快，但由于其主要是以半仓欠压模式掘进为主（因为采用满仓平衡模式掘进时，具扭矩和刀具磨损较大，难以掘进），极易造成大沉降甚至坍塌。

由此可看出，在地面沉降控制方面，泥水平衡盾构的确优于土压平衡盾构。

泥水平衡盾构根据控制模式的不同分为两种——直接控制模式和间接控制模式。

其中，海瑞克泥水平衡盾构机以间接控制为主，三菱泥水平衡盾构机以直接控制为主。

现以成都富水砂卵石地层为基础，对海瑞克泥水盾构与三菱泥水盾构进行对比分析。

如下表：
根据上述的对比分析及多年来的泥水平衡盾构施工经验，深深地了解到三菱泥水盾构具有善于改造的特性。

通过对三菱泥水盾构进行合理的改造，其将能适应于更多更复杂的地质情况。

在有“地质博物馆”之称的广州，三菱泥水盾构在隧道建设施工中创造了一个又一个骄人的成绩——①在广州市西江饮水工程中，三菱泥水盾构的最高月进尺为516m（344环）；②在广州地铁3号线北延8标施工中，完成国内三菱泥水盾构气压开仓施工；③多次成功下穿普速铁路；等等。

在广州地铁九号线5标工程中，采用了两台海瑞克泥水盾构机和两台三菱泥水盾构机进行施工。

其中，海瑞克泥水盾构机从1#风井西端始发掘进至清布站，三菱泥水盾构机从1#风井东端始发掘进高增站。

该两段区间的地层情况如下表。

从上表可看出，两个区间的地质情况基本相同，主要以砂层和粉质粘土为主。

在三菱泥水盾构掘进施工前，对三菱泥水盾构机的环流系统增加了P0泵及内循环管路，大大增加了土仓内泥浆的流速与流量，能有效防止泥饼的形成；同时对三菱盾构刀盘面板进行局部面板切割去掉，刀盘开口率增至36%，更有利于切削下来的渣土进入土仓，对提高掘进速度及防止泥饼有一定的作用。

在实际的施工中，三菱泥水盾构的平均月进尺为405m，地面沉降在-5~+13mm的范围内；而海瑞克泥水盾构的平均月进尺为360m，地面沉降在-9~+25mm的范围内。

在该工程的施工进度和地面沉降控制方面上看，三菱泥水盾构施工优于海瑞克泥水盾构施工。

经分析，海瑞克泥水盾构施工中存在刀盘开口率小，土仓内泥浆流速流量不足等因素，容易形成泥饼，引起切口压力较大波动，需要进行开仓清理，从而影响施工进度和地面沉降。

总结，直接控制模式的泥水盾构能有效增大土仓内泥浆的流速流量，保证有效地把切削下来的渣土及时带出土仓，防范了渣土在土仓内堆积及泥饼的形成，有效提高盾构施工效率和地面沉降的控制。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。