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
泥水平衡法：
地下水位高、水压大的地层中特别适合使用泥水式盾构机，因为泥水式盾构是将水、土及添加剂混合制成的泥水经输送管道压人泥水舱，用泥水压来平衡掌子面的水土压。掘进时刀盘切削下来的土砂进入泥水舱，搅拌后经泥浆泵送到地表的泥水分离系统，待水土分离后再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱。如此不断循环完成掘削、排土、推进。在盾构机中泥水平衡式盾构对地层的扰动最小，地面沉降最小。
泥水式盾构机其掘削面稳定主要是靠泥水成膜后，产生双向隔离作用的结果，即泥水舱内的泥水不能再进入掘削地层(杜绝了泥水的损失，保证了外加推进力有效地作用在掘削面上);与此同时地下水也无法涌入泥水舱(防止喷泥)。对于砂卵石地层，砾石粒径大，渗透系数大，若注入普通泥水，容易发生逸泥和喷水现象，使开挖面失稳。因此为了防止开挖面坍塌，泥水式盾构机一是可以采用面板式刀盘，设置槽口开关装置，以确保掘进时的安全;二是可以专门配制适于砂砾层中使用的注入泥水。
泥水式盾构机若采用面板式刀盘，应根据特有的砂卵石地层条件来选定切削槽口的宽度和数量，并根据最大砾径来确定开口率。目前泥水盾构槽口最大宽度为250 ～ 350 mm，因此能够进入泥水舱内的漂石粒径小子300～400 mm[4]，进人舱内的漂石会被二次破碎，经排泥管排出。对于不能进入仓内的大块漂石，则要采用工作面进行破碎。如果地层松散，无法提供破碎反力则工作面刀盘破碎就可能失败，则也只能采用开仓人工破碎的处理方式。同样开仓前也需使用压气、注浆、冻结等辅助措施保证前方土体稳定。总之，处理大砾石和漂石对于采用面板式刀盘的泥水式盾构机来说难度偏大。
若专门配制适于砂砾层中使用的注入泥水，则可以采用欧洲的一种泥水盾构机，采用辐条式刀盘，在泥水舱内设置一隔板，后方为压气室，通过气压来调控泥水压使掌子面平衡，不但其泥水压可以控制得比较准确，而且该泥水盾构机可进入的卵石直径可达1.5 m左右[5]，对于处理成都的大砾石、漂石是比较有利的，缺点是专门配制泥水将使成本增加。
泥水平衡盾构带压开仓专项施工方案
1 目 录
一、编制依据 ................................................................................................................................... 1
二、工程概况 ................................................................................................................................... 1
2.1盾构区间概况 ......................................................................................................................... 1
2.2换刀区域概况 ......................................................................................................................... 1
2.3换刀区域周边环境 ................................................................................................................. 1
2.4工程地质及水文地质 ............................................................................................................. 1
1 发展概况
泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面；由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖；开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。泥水式盾构机适用于各种松散地层，有无地下水均可。采用泥水式盾构机进行365JT施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。
最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为 3.35 m的盾构。1960年 Schneidereit 引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz 的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss & Freytag开发并投入使用。
泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。
1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构，直径为3.10m的样机取得经验后, 1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。自此以后,日本的很多制造商生产了此型盾构。与欧洲相比,泥水盾构在日本使用很多。在欧洲,英国的Markham,法国的NFM及FCB公司等采用日本许可证,也制造了泥水盾构。
