【文章內容簡介】 層易判定并能利用浮力等性質。泥水材料（1）水：清水；（2）膨潤土：主要成分是蒙脫土，它具有形成泥壁等多方面的優(yōu)越性，但這種土的分離困難和經濟成本上的問題，很難說是最好的材料，僅局限于部分使用；（3）粘性土：是易采集的粉砂土、粘土和膠狀現場土，雖比蒙脫土質量差，但含有伊利土和高嶺土等成分，容易分離和棄土，并具有形成泥壁等性能，受到廣泛使用；（4）CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能；燒堿：作為分散劑，防止粘粒聚合成絮狀。拌制泥漿前，應進行泥漿配合比的設計，膨潤土泥漿常規(guī)配比如表61所示：表61 膨潤土造漿配比表(占水的百分比)水粘土CMC膨潤土燒堿1按比重要求加入%～%8％～%新制備的泥漿必須在泥漿池存放一定時間后才能使用。其性能指標應符合表62的規(guī)定：表62 制備泥漿的性能指標項次項目性能指標檢驗方法1比重～泥漿比重計2粘度20～25s500ml/700ml漏斗法3含砂率5%含砂量法4膠體率95%量杯法5失水量15ml/30min失水量儀6泥皮厚度1～3mm/30min失水量儀7PH值8～10PH試紙在施工中，每推進一環(huán)對泥水進行測定，一旦發(fā)現泥漿劣化，要及時進行調整。另外，根據不同的土質，也要及時對泥漿進行調整。盾構施工各地層泥水性能指標見表63。表63 盾構施工各地層泥水性能指標部位（地層）泥漿比重酸堿度粘度(s)失水率膠體率端頭加固段8到1025≤15mL/30min≥96%圓礫8到102530≤15mL/30min≥96%中、粗砂8到102530≤15mL/30min≥96%粗砂(含粒徑10cm以上卵石)8到103540≤15mL/30min≥96%中粗砂(含粘土)8到1018≤15mL/30min≥96% 泥水壓力管理（1）切口水壓設定在泥水加壓式盾構施工中，加在開挖面上的力，即用泥水使開挖面保持穩(wěn)定的力，通常應與作用在開挖面上的土壓在對抗中保持平衡，水壓與開挖面上含水土體的垂直作用的重力和土的內摩擦角大小有關。切口水壓的設定如下：切口水壓 = P + ～P：土壓（含水壓），自然狀態(tài)下盾構機頭部2/3高度處的壓力。（2）設定切口水壓的管理 切口水壓的上、下限設定值通過計算靜止土壓力和主動土壓力進行控制。每個地點切口水壓設定值可通過施工經驗公式計算。切口水壓上限值切口水壓下限值 ①無粘性土主動土壓力： ②粘性土主動土壓力： ③水壓力： ④①、②、③、④式中，—各層土的容重，KN/m3；—各層土的厚度（算至隧道2/3高度處），m；—靜止側壓力系數按經驗確定：中粗砂k=、圓礫k=；—主動土壓力系數，為土的內摩擦角，c為土的粘聚力；為水的容重，KN/m3；為地下水高度（地下水位至隧道2/3高度處），m。（3）設定切口水壓的修正每一環(huán)掘進后對地面沉降量進行分析，對切口水壓值進行修正。除了修正每一調查點的設定切口水壓值外，對設定的切口水壓值尚需周密地考慮對開挖面狀態(tài)的適應情況，進行推測并跟蹤修正是至關重要的。 泥漿循環(huán)系統管理泥水盾構是用泥水加壓密閉的開挖面，不能直觀目視開挖面狀態(tài)及掘削狀況。為此，采用綜合管理送排泥狀態(tài)、開挖面泥水壓力以及泥水處理設備等運轉狀況來進行推測，以便及時處理突如其來的異常情況。（1）通過對盾構掘進速度、切口水壓、泥水密度、排泥流量等數據采集、分析來監(jiān)視開挖面穩(wěn)定狀況，并通過調整泥水各項性能指標確保開挖面的穩(wěn)定。（2）泥水加壓和循環(huán)系統中央管理控制內容：①送排泥泵的起動、停止；②送排泥流量，送排泥泵的轉速；③盾構掘進狀態(tài)和旁通狀態(tài)送排泥管內水壓；④盾構機掘進時，為保持切口水壓對送泥水壓的控制等。⑤管內沉淀臨界流速的維持是采取用電磁流量儀測定實際流量，將它和預先由管徑計算的沉淀臨界流量的差值，通過改變泵轉速進行校正，并自動控制在沉淀臨界流速以上的方法。此外，對于最關鍵的切口壓力的控制，送泥泵要使用可變速泵，若使用定速泵，那么在送泥管中途和返回調整槽途中就要設有自動控制閥，隨著掘進、排泥及其它變化，由泥水壓力儀來檢測開挖面水壓的變動，自動演算與開挖面設定的水壓差。使用可變速泵，由轉速、自動控制閥自動控制開度，通過調節(jié)送入開挖面的泥水量來控制切口水壓，達到開挖面穩(wěn)定。同時也能測定各泵的轉速、電流值以及確認排泥泵的增設時間。此外，根據上述狀況還可以推測管路堵塞位置。⑥為了保持開挖面泥水壓力，閥類操作采取自動控制，由轉換程序裝置控制進行自動管理。在節(jié)假日以及故障等停止掘削期間的開挖面水壓，同樣也由開挖面泥水壓力儀、自動控制閥和自動保壓泵的聯合運轉裝置，自動進行控制。（3）泥水平衡控制泥水平衡控制的目的是使泥水加壓式盾構開挖面的土體壓力達到平衡，保持開挖面的穩(wěn)定。在盾構施工中要使盾構開挖面壓力絕對平衡是不可能的，因為受到盾構掘進速度、地層變化、掘進深度及掘進長度等多種因素干擾，必須通過監(jiān)控手段去達到動態(tài)上的相對平衡，以求開挖面的穩(wěn)定。（4）泥水輸送控制①當開挖面水壓高于上限值時，則暫停掘進，通過旁路調節(jié)。此時壓力從逸流閥卸掉，開挖面水壓恢復正常，逸流閥自動關閉。再把泥水送進土倉，如果開挖面水壓還高于上限值時，如果引起即發(fā)生土倉或排泥管道口阻塞，則進入逆洗狀態(tài)，必要時調整切口水壓設定值。②當排泥流量低于下限值時，暫停掘進，通過旁路調節(jié)。如果引起管道阻塞，則進入逆洗狀態(tài)，必要時調整排泥流量設定值。③管道阻塞時，通過進入逆洗狀態(tài)清理管道，再進行正常循環(huán)，如此反復，使管道保持暢通。④泥水輸送的控制通過可編程邏輯控制器對分布在地面、隧道內、盾構臺車上泥水輸送系統的各類泥漿泵和閥進行控制。中央控制盤根據泥水輸送監(jiān)控系統主控程序要求，協調泥水循環(huán)控制系統正常運行。（5）停歇時的管理停止掘削時，泥漿循環(huán)系統繼續(xù)循環(huán)3～5分鐘，確保排泥管里的泥渣被循環(huán)出地面泥漿池，留在泥漿管里的泥漿液性能較好，不容易發(fā)生沉淀和堵塞。本工程按照設計提供的送泥流量為800m3/h為標準，臨界流速需要的流量616m3/h ，使切削土層顆粒懸浮于泥漿中不沉淀。（6）掘削排土量的檢查掘削出來的土通過排泥管排出，由儀器測定送泥水和排泥水的差，通過計算求出實際土粒子量（干砂量）。將電磁流量儀和差壓密度計（或λ射線儀）等儀器安裝在送泥豎管和排泥豎管途中，測量管內的流量和密度。根據土粒子比重值算出土粒子量，從排泥流量和送泥流量的差值上計算出土粒子量（原則上是計算每一環(huán)的掘削出土量）。掘進過程中必須嚴格控制掘削量，發(fā)現超挖和負挖現象及時調整。理論掘削量W（干砂量）可由下式計算得到：G=(πD2L/4)(1α/100)= (247。4)()=179。實際掘削量W’可由下式計算得到：W39。：實際掘削量(kN/Ring)rs ：土的比重；Q1：排泥流量(m3/min)；ρ1：排泥密度(kN/m3)；Q0：送泥流量(m3/min)；ρ0：送泥密度(kN/m3)；t：掘削時間(min)。當發(fā)現掘削量過大時，應立即檢查泥水密度、粘度和切口水壓。此外，也可以通過地面監(jiān)測，調查地面沉降情況，在查明原因后應及時調整有關參數，確保開挖面穩(wěn)定。 盾構（常規(guī)）掘進 盾構掘進方向控制（1）采用自動導向系統和人工測量輔助進行姿態(tài)監(jiān)測在本區(qū)間中盾構機采用的測量系統是力信RMSD盾構自動導線系統，能夠全天候的動態(tài)顯示盾構機當前位置相對于隧道設計軸線的位置偏差，主司機可根據顯示的偏差及時調整盾構機的掘進狀態(tài)，使得盾構機能夠沿著正確的方向掘進。可較好調整與控制盾構機掘進方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內。但由于盾構推進導向系統后視基準點的前移，必須通過人工測量來進行精確定位，以保證推進方向的準確可靠。并校核自動導向系統的測量數據及復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構掘進方向的準確性。（2）采用分區(qū)操作盾構機推進油缸控制盾構掘進方向。①在上坡段掘進時，適當加大盾構機下部油缸的推力與速度；在下坡段掘進時，則適當加大盾構機上部油缸的推力與速度；在左轉彎曲線段掘進時，則適當加大盾構機右側油缸的推力與速度；在右轉彎曲線段掘進時，則適當加大盾構機左側油缸的推力與速度；在直線平坡段掘進時，則應盡量使所有油缸的推力和速度保持一致。②在均勻的地質條件時，保持所有油缸的推力和速度一致。 掘進速度的控制正常掘進條件下，掘進速度應設定為20～40mm/min。正常掘進階段掘進參數見表64。表64 正常掘進階段掘進參數表盾構推力刀盤轉速推進速度扭矩切口水壓5000～7000KN～20～40mm/min1500～2500KNm理論計算值P切=P壓＋盾構掘進速度設定時，注意以下幾點：（1）盾構啟動時，盾構司機需檢查千斤頂是否頂實，開始推進和結束推進之前速度不宜過快，每環(huán)掘進開始時，應逐步提高掘進速度，防止啟動速度過大沖擊擾動地層。（2）每環(huán)正常掘進過程中，掘進速度值應盡量保持衡定，減少波動，以保證切口水壓穩(wěn)定和送、排泥管的暢通。在調整掘進速度時，應逐步調整，避免速度突變對地層造成沖擊擾動和造成切口水壓擺動過大。（3）推進速度的快慢必須滿足每環(huán)掘進注漿量的要求，保證同步注漿系統始終處于良好工作狀態(tài)。（4）掘進速度選取時，必須注意與地質條件和地表建筑物條件匹配，避免速度選擇不合適對盾構機刀盤、刀具造成非正常損壞和隧道周邊土體擾動過大。 掘進姿態(tài)的調整與糾偏在掘進施工中，由于地質突變等原因盾構機推進方向可能會偏離設計軸線并超過管理警戒值。在穩(wěn)定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差；在線路變坡段或曲線段掘進，有可能產生一定的偏差。因此應及時調整盾構機姿態(tài)、糾正偏差。（1）參照上述方法分區(qū)操作推進油缸來調整盾構姿態(tài)，糾正偏差，將盾構機的方向控制調整到符合要求的范圍內。（2）在曲線和變坡段，必要時可利用盾構機的超挖刀進行局部超挖來糾偏。（3）當滾動角超限時，盾構機會自動報警，此時應采用盾構刀盤反轉的方法糾正滾動偏差。 方向控制與姿態(tài)調整注意事項（1）在切換刀盤轉動方向時，應保留適當的時間間隔，切換速度不宜過快，切換速度過快可能造成管片受力狀態(tài)突變，而使管片損壞。（2）根據工作面地層情況應及時調整掘進參數，調整掘進方向時應設置警戒值與限制值。達到警戒值時就應該調整程序。（3）蛇行糾偏時應緩慢進行，若糾偏過急蛇行反而更明顯。直線推進時應取盾構當前位置點與設計線上遠方的一點作一直線，然后以這條線為新基準進行線形管理。曲線推進時應使盾構當前位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。（4）推進千斤頂油壓調整不宜過快、過大，否則會造成管片局部破損甚至開裂。正確的管片選型，確保拼裝質量與精度，使端面盡可能與計劃掘進方向垂直。（5）盾構始發(fā)到達時方向控制極其重要，應按照始發(fā)、到達掘進的有關技術要求，做好測量定位工作。 管片拼裝管片的拼裝流程見下圖：管片環(huán)成型整圓管片選型、下井和運輸組織管片就位管片安裝區(qū)的清理管片安裝與連接管片環(huán)脫離盾尾后的二次緊固車外運盾構掘進安裝位置千斤頂收縮伸出圖65 管片拼裝流程圖 拼裝前準備1）隧道管片在地面上按拼裝順序排列堆放，并粘貼好管片接縫密封襯墊等防水材料，管片接縫的連接件和配件、防水墊圈等的數量規(guī)格準備齊全，并隨第一塊管片運送至工作面。2）盾構推進后現狀姿態(tài)應符合拼裝要求，主要檢查盾構姿態(tài)以下三方面：（1）距離：盾構千斤頂頂塊與前一環(huán)管片環(huán)面的凈距必須大于管片寬度。（2）管片與盾殼四周空隙：檢查前一環(huán)管片與盾殼四周間隙情況，結合前一環(huán)成果報表決定本環(huán)拼裝的糾偏量及糾偏措施。（3）盾構縱坡及舉重臂中心在平面和高程的偏離值，決定管片拼裝位置的調整措施和糾偏值。3）清除前一環(huán)環(huán)面和盾尾間隙內雜物，檢查前一環(huán)環(huán)面防水材料是否完好，如有損壞應及時采取修補措施，發(fā)現有環(huán)面質量問題，必要時在新一環(huán)管片拼裝時采用糾正措施。4）全面檢查管片拼裝機的動力及液壓設備是否正常，舉重鉗子是否靈活、安全可靠。 拼裝作業(yè)管片是在盾殼保護下，并在其空間內進行拼裝的。管片拼裝后直接形成隧道，所以拼裝質量好否也就奠定了工程的質量等級。管片拼裝一般均按照先下后上、先縱后環(huán)、左右交錯、縱向插入、封頂成環(huán)的工藝進行。（1）拼裝過程中按各塊管片位置，須縮回相應位置的千斤頂，形成管片拼裝空間使管片到位，然后伸出千斤頂完成一塊管片的拼裝作業(yè)，千斤頂操作人員在反復伸縮千斤頂時必須做到保持盾構不后退、不變坡、不變向的要求，并要與拼裝操作人員密切配合。（2）逐塊拼裝管片時要注意確保相鄰兩塊管片接頭的環(huán)面平正，內弧面平正，縱縫的管片端面密貼。（3）最后封口塊插入拼裝前必須做好下列各項工作：當采用縱向全插入成環(huán)工藝時，檢查千斤頂頂塊到前一環(huán)環(huán)面凈距要足夠；檢查已拼裝管片的開口尺寸，要求略大于封口塊管片尺寸。拼裝機把封口塊管片送到位，伸出對應的盾構千斤頂將封口塊管片插入成環(huán)，并全面檢查所有縱向螺栓。（4）在管片環(huán)脫離盾尾后對管片連接螺栓進行二次緊固，并隨時緊固。拼裝過程中遇有管片損壞，應及時用規(guī)定材料修補。在拼裝全過程必須保持已成環(huán)管片環(huán)面及拼裝管片各個面清潔。管片拼裝時對盾尾刷的保護盾構掘進必須加強盾尾密封的保護，建立盾尾油脂加注計劃，并嚴格按照計劃進行盾尾油脂加注。在盾構推進完成后，必須對管片拼裝