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1、17 泥水平衡盾构施工工艺17.1 总则17.1.1 适用范围本标准适用于采用盾构法施工的软土、淤泥地层的城市交通隧道。17.1.2 编制参考标准、规范及专著17.1.2.1 地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。17.1.2.2 地下铁道设计规范（GB 50157-92）。17.1.2.3 铁路隧道设计规范（TB10003-2001）。17.1.2.4 盾构隧道.张凤祥，朱合华，傅德明编著。17.1.2.5 盾构隧道施工手册. 张凤祥，傅德明等编。17.1.2.6 盾构掘进隧道工程施工及验收规范。17.1.2.7 公路隧道施工技术规范(JTJ04294)。17.1.2.8
2、 公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。17.2 术语17.2.1 泥水盾构 靠泥水压力使掘削面稳定的盾构称为泥水盾构，其工作原理示意图如图17.2.1所示。17.2.2 泥水舱在机械式盾构刀盘的后方设置一道封闭隔板，隔板和刀盘的空间称为泥水舱。17.2.3 泥水压力把水、粘土及添加剂混合而成的泥水，经输送管道压入泥水舱，待泥水充满整个泥水舱，则随着盾构机推进系统工作的进发，推进力经舱内泥水传递到掘削面的土体上，此时泥水对掘削面上的土体有一定的压力（与推进力对应）,该压力称为泥水压力。17.2.4 泥水特性参数（1）物理稳定性：系指泥水经长时间静置后，泥水中粘土颗粒始终保持浮
3、游散悬物理状态的能力。通常用界面高度描述稳定性的优劣。界面高度系指一定量的置于量筒中的泥水经过一段时间的静置后，部分土颗粒失去散悬特性出现沉淀，此时泥水的表层出现清水，底部出现土颗粒，中间仍为泥水。观察清水与泥水的分界面高度的经时变化，可鉴别泥水中土颗粒的沉淀程度，即泥水的物理稳定性的好坏。界面高度变化越小，说明泥水的物理稳定性越好。（2）化学稳定性：系指泥水中混入带正离子的杂质水泥(Ca2+)或海水(Na+Mg2+)时，泥水成膜功能减退的化学裂化现象。泥水未遭受正离子污染劣化时的pH值的分布范围为710，呈弱碱性；泥水遭受正离子污染后的pH值远超过10。利用pH增加的现象，可判定正离子造成的
4、劣化程度，即可鉴别泥水的化学稳定性。（3）相对密度：泥水相对密度越大，成膜性越好，过剩地下水压越小，掘削面变形越小，对掘削土砂的作用浮力也大，运送排放掘削土砂的效果也好；但相对密度大时，流动摩阻力大，流动性变差，易使运送泵超负荷运转，此外，地表水土分离难度也加大。泥水的相对密度使用泥浆比重计或容积法来测定。（4）粘性：为了确保发挥作用，泥水还必须具备一定的粘度。现场多采用漏斗粘度法测定泥水的粘性。漏斗粘度法是用测定500mL的泥水从漏斗中完全流出所经历的时间(s)来表征粘性，经历时间越长、粘性越大。（5）可渗比：用以表征泥水是否能在掘削面形成泥膜的条件，用地层孔隙直径L与泥水有效直径G的比值n
5、表示。n=L/G2时，泥水颗粒无法渗入地层；n=24时，泥水颗粒可以渗入地层；n4时，泥水颗粒通过地层孔隙流走。17.3 施工准备17.3.1 技术准备17.3.1.1 见16.3.1.1。17.3.1.2 见16.3.1.2。17.3.1.3 见16.3.1.3。17.3.1.4 见16.3.1.4。17.3.1.5 见16.3.1.5。17.3.1.6 确定泥水配料即配合比。17.3.2 材料准备17.3.2.1 泥水材料：粘土、膨润土、羧甲基纤维(CMC)、水等。17.3.2.2 注浆材料：砂浆、水泥浆、速凝剂。17.3.2.3 衬砌材料：钢筋混凝土管片。17.3.3 主要机具17.3.
6、3.1 隧道掘进机械：泥水平衡盾构机及其配套设备。17.3.3.2 泥水制作输送与处理设备。17.3.3.3 材料与管片运输机械：门式吊车、轨道车、卡车。17.3.3.4 测量仪器：全站型经纬仪、精密水准仪、铟钢尺、倾斜仪、压力计。17.3.4 作业条件17.3.4.1 见16.3.4.116.3.4.7。17.3.4.2 泥水处理站场地与设备已就绪，经试运行工作正常。17.3.5 劳动力组织盾构操作工6名，泥水处理工7名，管片拼装工4名，洞内外管片与材料吊装、运输工10名，管片运输卡车司机若干名，壁后注浆工5人。17.4 工艺设计和控制要求17.4.1 技术要求17.4.1.1 见16.4.
7、1.1。17.4.1.2 见16.4.1.2。17.4.1.3 见16.4.1.3。17.4.1.4 见16.4.1.4。17.4.1.5 泥水平衡盾构掘进时，工作面压力应通过试推进50100m后确定，在推进中应及时调整并保持稳定。17.4.1.6 泥水排放之前应经过三次处理、调整。（1）一次处理： 将掘削土砂中携带的砾、砂、淤泥及粘土结块等粒径大于74m的粗颗粒从泥水中分离出去，并用运土车运走。（2）送入泥水的调整： 调整一次处理后剩下的只含细粒成分泥水的密度、粘度、粒度分布，使其达到管理基准值，然后作为稳定掘削面的泥水送回泥水舱。（3）二次处理：使一次处理后的多余的泥水进一步作土（细粒成分
8、）、水分离（凝集脱水），处理成可以搬运的状态，然后运出。（4）三次处理：把二次处理后产生的水和隧道内排水等pH值高的水处理达到排放标准，然后排放。17.4.1.7 见16.4.1.7。17.4.2 材料质量要求17.4.2.1 见16.4.2.1。17.4.2.2 泥水要具有物理稳定性好，化学稳定性好，泥水的粒度级配、相对密度与粘度适当，流动性好，成膜性好。17.4.2.3 泥水的最佳特性参数是：可渗比n=1416、相对密度为1.2、漏斗粘度为2530s、界面高度3mm(24h静置后)，pH浓度710。17.4.3 职业健康安全要求 见16.4.3。17.4.4 环境要求见16.4.4。17.
9、5 施工工艺17.5.1 工艺流程 见图17.5.1。17.5.2 操作工艺17.5.2.1 泥水配比设计与质量调整：（1）由事前土质调查项目中的粒度试验结果，求出掘进地层的D15（D15为地层粒径累加曲线15的粒径）；（2）选定使用的膨润土，求出该膨润土的粒度级配累加曲线；（3）选定23种与膨润土混合后，对掘削地层具有n值为1416的粒度分布的颗粒添加材；（4）向选定膨润土和泥水添加材的混合液中加入增粘剂和分散剂，按相对密度为1.2、漏斗粘度2530s，n值为1416的标准质量确认。（5）泥水的质量调整，主要靠向泥水中添加添加剂来调整。17.5.2.2 泥水压力的设定与控制：（1）泥水压力可
10、按下式设定泥水压地下水压土压预压 (17-1) 预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送、排泥设备中的泥水压变动等因素，根据经验确定的压力。 （2）不同地层的泥水压力控制基准如表17.5.2.2所示。 不同地层的泥水压力控制基准（参考值） 表17.5.2.2地 层 土 质泥水压力控制基准预 压冲积层软粘土上限值劈裂压水压预压下限值静止土压水压预压2030kN/m2冲积层松砂砂砾上限值静止土压水压预压下限值主动土压水压预压2030kN/m2洪积层中等团结粘性土上限值静止土压水压预压下限值主动土压水压预压2030kN/m2洪积层中等密实砂质土上限值静止土压水压预压下限值主动土压水压预压2030kN/
11、m2不同地层时的标准掘进速度 表17.5.2.317.5.2.3 盾构掘进管理地层掘进速度(mm/min)粘性土2530砂密实砂2530松散砂2535砂砾2030固结淤泥1525软岩1020（1）掘进速度管理。盾构掘进速度即为千斤顶推进速度，通常应控制在2040mm/min的范围内，详见表17.5.2.3；但是当在加固地层或砂浆墙等固结区域掘进时，为了防止大块固结体进入土舱，掘进速度应控制在10mm/min以下。（2）千斤顶推力控制。通常因装备推力为必要推力的2倍，所以掘进中的推力应控制在装备推力的50以下。控制推力增大的措施有： 降低掘进速度； 使用修边刮刀；不同地层时的标准掘进速度。 在盾
12、构机外壳板外侧注入滑材减摩； （3）掘削扭矩控制。正常掘进时的扭矩应小于装备扭矩的5060。若出现扭矩增大时，应采用的措施有： 降低掘进速度； 使刀盘逆转； 使用喷射管射水冲洗掘削面，确认刀具的磨耗状况及面板状况（刀具粘附粘土、结块也会使扭矩上升）。（4）砾石处理：对从刀盘开口进入的砾石需通过破碎等手段进行处理，并制定防止管道或泵内发生堵塞的措施。17.5.2.4 泥水的分离（1）在设计分离设备时，必须考虑到排出量的变化，运输密度通常为1.3t/m3。（2）泥水分离通常采用沉淀和过滤两种方法。 沉淀是利用降低泥水的流动速度使开挖土体在输送介质中降落分离的方法。冬季气温较低时，使用此法受到限制。
13、 过滤是包含有开挖土体的悬乳液通过一种规定孔隙尺寸的过滤器，使开挖土体与介质分离的一种方法。在施工场地狭小，碴土细粒含量增大时，一般常用过滤方法。单级分离器一般适用于中等粒径以下的砂粒，两级分离器能降低分离尺寸至中砂和粉细砂。冬季施工，采用此法分离时，要注意对分离设备的保温。17.5.2.5 盾构纠偏 见16.5.2.5。17.5.2.6 盾构到达终点 见16.5.2.6。17.5.2.7 盾构到达车站 见16.5.2.7。17.5.2.8 盾构调头 见16.5.2.8。17.5.2.9 注浆作业 见第20章。17.5.2.10 盾构机的维护 见16.5.2.10。 17.6 质量标准 见16
14、.6。17.7 成品保护见16.7。17.8 安全环保措施17.8.1 安全措施 17.8.1.1 见16.8.1.116.8.1.4。17.8.1.2 盾构需停止施工较长时间时，应按相关规定做好各项安全防护工作。17.8.2 环保措施17.8.2.1 废弃泥水的排放应经三次处理，符合循环再利用标准及废弃物排放标准。17.8.2.2 见16.8.2.2。17.8.2.3 见16.8.2.3。17.9 质量记录17.9.1 泥水舱压力控制记录。17.9.2 泥水配比质量记录。17.9.3 泥水回收与处理情况记录。17.9.4 盾构掘进水平与垂直方向控制记录。17.9.5 每日推进进尺与衬砌拼装环数记录。17.9.6 地面沉降观测记录。17.9.7 衬砌背后注浆记录。
