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[摘要]：盾构施工过程中，会出现由于地面加固、机械故障维护等因素造成的长时间停机等待的情况，由于泥浆流失引起掌子面的不稳定而引起地面产生沉降甚至塌陷的事故，导致影响工程的正常进展。分析广佛地铁某泥水盾构在砂层停机保压的情况，为盾构施工积累经验教训。
[主题词] 泥水盾构 砂层 停机保压
1.引言
盾构施工已经广泛用于地铁工程建设中，但同时在施工中也发生过各种各样的施工事故或故障。总结事故或故障的经验教训，对今后类似工程施工的预防和应对，对降低盾构工程的风险，保证盾构工程安全顺利的实施，有借鉴指导意义。
2.工程概况
本工程为珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工4标段，[祖庙站～普君北路站区间]盾构工程位于佛山市禅城区古城区内，盾构从普君北路站始发，沿建新路从东向西掘进，区间隧道长度左线741.157m，右线740.756m，
2.1地质条件介绍
区内为冲积平原地貌，地质构造较为简单，地表水系不发育。
本区间的第四系海陆交互相地层及冲积层厚度一般在13.00～18.00m，第四系残积层在局部地段发育，厚度在2.00～6.50m之间。基岩埋深较为稳定，揭露中风化岩面埋深为16.5～22.2m。
该区间盾构隧道埋深10.98～16.82m，隧道洞身范围地层有粉细砂层<3-1>、中粗砂层<3-2>、粉质粘土层<4-1>、淤泥质土<4-2>、残积土层<5-1>、全风化岩层<6>、强风化岩层<7>和中风化岩层<8>。隧道范围内地层整体强度不高。
本区间不存在地表水，仅地下水对施工有影响。场地内地下水类型主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，第四系孔隙水存在于粉细砂层和中粗砂层中，该地下水具承压性；基岩赋存一定量的裂隙水，但其透水性相对较弱。总的来看，本区间地下水丰富。
2．2施工情况介绍
在广佛4标普君北站-祖庙站整个盾构掘进区间，由于端头加固和钢套桶安装等施工工序影响，造成较长时间(超过一个月)不能正常掘进，需要停机等待工序完成。考虑到地质情况较差，土体流塑性较强，砂层中含有非常丰富的地下水，刀盘泥膜中的泥浆会慢慢被水稀释甚至流失，造成泥膜出现空洞或者失去整体性的情况，进而破坏土仓压力和外部水土压力平衡状态，整个掌子面失去稳定性，地面出现一定程度的下沉甚至塌陷的情况。为了防止这种危险情况出现，经过分析研究和讨论，决定采取如下方案：向土仓注入一定方量（约占整个土仓容积的1/3）的高浓度泥漿，调节气压系统增大仓内压力，通过较高压力让高浓度泥浆与盾构机刀盘前方土体之间充分接触，重新制造较好质量的泥膜或者修补之前刀盘上薄弱的泥膜，改善土体的稳定性，继而确保较长时间停机等待的过程中刀盘掌子面和前方土体的稳定，达到预期中的效果。
3.停机保压方案介绍
3.1泥浆的拌制：
刀盘泥膜最关键的部分就是泥浆的质量，结合现有设备，又必须保证泥浆在高浓度的基础上有一定的流动性。经过多次试验，发现通过采用易钻牌一级膨润土和自来水配制泥浆，然后在此基础上加上一定量的增凝剂，能够配制出符合设计要求而且质量较高的泥浆。配比为：配制1 m3的泥浆所需的膨润土量为75kg（3包），每立方泥浆按膨润土量的1%添加增凝剂，增凝剂为与易钻牌膨润土相配套使用的雷膨牌。泥浆粘度要求达到80?100S，拌浆方式采用盾构机台车搅拌罐进行拌制，膨润土的目数比较细，遇水后很容易形成颗粒壮。下料前应在搅拌罐内加入所需泥浆方量40%的自来水，人工下料时，要把膨润土均匀的撒在搅拌罐内，并在罐内泡制2小时以上，后加水盖过罐内膨润土平面进行搅拌，这样可以减少颗粒量，提高搅浆效率。在搅拌过程中，加水应当少量多次，找专人观察泥浆情况，如发现颗粒结成大块泥团或粘在搅拌叶轮上时，应急时通过人工捣碎、清除。搅拌6个小时之后，每搅拌20分钟进行一次粘度测量，控制好粘度，当膨润土充分搅拌，形成较好的泥浆之后，加入相对应量的增凝剂，充分搅拌20分钟，再次进行粘度测量，当粘度达到所需秒数、颗粒<10mm为合格。另外，在达到了粘度和颗粒要求之后，为了保证注浆效果，增强泥浆的流动性，可以根据实际情况酌量增减增凝剂的用量或者调整水的加入量。由于盾构机台车搅拌罐的容量有限，每次只能拌制3 m3，为了保证注浆效果，第一次需要连续注入12 m3以上，所以需要连续拌制4次。当泥浆在在盾构机刀盘与前方土体之间充分形成泥膜之后，间隔两天再次补充3 m3优质泥浆，对泥膜进行补充和加固。
3.2注浆方式：
结合海瑞克泥水盾构机S344和S345设备的特点，利用现有设备，采用盾构机管片二次注浆系统，将拌制好的泥浆通过盾构机上部进浆管路V11、V12送泥管路注进土仓。
注意事项:
1.为了通过观察液位灯来观察泥浆注入情况，在注浆前，需要将液位降至-0.5液位灯以下。
2.需要人工检查V11、V12气动阀是否关闭，闸阀是否正常开启。
3.检查管路是否畅通。
检查一切正常之后，开注浆泵注入泥浆，密切观察注浆压力(正常4.0bar左右)，气压，切口水压以及气仓液位的变化。一般情况下，液位会稍微上升，上部切口水压显示会随着注浆过程而缓慢升高，注完泥浆之后，待气压，切口水压以及气仓液位稳定之后，在地层条件允许的基础上，缓慢转动刀盘一到两圈，通过搅拌棍的搅动，使泥浆均匀的与外部土地接触，然后再通过气压调节系统，每次调高0.05bar，最后让切口水压在实际设定值的基础上增加0.2?0.3bar，保持此气压二小时以上，使泥浆能渗透进沙层充分接触，形成一层完整的泥膜。经过一段时间气压和外部水土压力的能够重新达到平衡，从而保证对整个地面的支撑作用，达到预期设想的保压效果。当一切都再次达到稳定之后，将气压缓慢调整为初始设定值。在注浆和调节气压的过程中，需要密切关注中控室各个数据显示的变化，如注浆压力，气压，切口水压等等，尤其需要注意是否会较大的波动，在必要的时候，需要地面人员在停机位置进行观察，出现任何变化第一时间调整方案。
盾构机长时间停机期间，测量班组要安排专人值班监测，以每天两次的频率监测地面的沉降情况，并根据监测数据，重新调整补浆方案，以保持土仓的压力，支撑整个掌子面的稳定。隧道中控室需要安排专门值班人员，密切留意盾构机液面和气仓压力稳定情况，两个小时记录一下气压，切口水压以及液位情况，通过数据的变化来优化补充泥浆的方案。
4．总结
经过长时间的处理和观察，我们发现通过这种注入高粘度泥浆制造泥膜的方式，停机期间气压液位非常稳定，地面没有出现沉降，完全达到了预期设想的效果，为下一步的施工打下了良好的基础。另外，这种施工技术可以应用推广到其他方面，不仅其他类型的盾构机可以在需要的情况采用此种方案来保证地质条件的稳定，在含水量丰富的复杂地质下也可以采用此方案来改善施工环境，为工程施工提供更好的条件，减少工期，提高效率，创造更大的价值。
参考文献：
[1] 竺维彬 鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.中国科学技术出版社
[2] Michael A.DIPonio Jay Dee-Michels-JV David Chapman Lachel,Felice & Associates
Craig Bournes Lovat,Inc EPB Tunnel Boring Machine Design for Boulder Condition
[主题词] 泥水盾构 砂层 停机保压
1.引言
盾构施工已经广泛用于地铁工程建设中，但同时在施工中也发生过各种各样的施工事故或故障。总结事故或故障的经验教训，对今后类似工程施工的预防和应对，对降低盾构工程的风险，保证盾构工程安全顺利的实施，有借鉴指导意义。
2.工程概况
本工程为珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工4标段，[祖庙站～普君北路站区间]盾构工程位于佛山市禅城区古城区内，盾构从普君北路站始发，沿建新路从东向西掘进，区间隧道长度左线741.157m，右线740.756m，
2.1地质条件介绍
区内为冲积平原地貌，地质构造较为简单，地表水系不发育。
本区间的第四系海陆交互相地层及冲积层厚度一般在13.00～18.00m，第四系残积层在局部地段发育，厚度在2.00～6.50m之间。基岩埋深较为稳定，揭露中风化岩面埋深为16.5～22.2m。
该区间盾构隧道埋深10.98～16.82m，隧道洞身范围地层有粉细砂层<3-1>、中粗砂层<3-2>、粉质粘土层<4-1>、淤泥质土<4-2>、残积土层<5-1>、全风化岩层<6>、强风化岩层<7>和中风化岩层<8>。隧道范围内地层整体强度不高。
本区间不存在地表水，仅地下水对施工有影响。场地内地下水类型主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，第四系孔隙水存在于粉细砂层和中粗砂层中，该地下水具承压性；基岩赋存一定量的裂隙水，但其透水性相对较弱。总的来看，本区间地下水丰富。
2．2施工情况介绍
在广佛4标普君北站-祖庙站整个盾构掘进区间，由于端头加固和钢套桶安装等施工工序影响，造成较长时间(超过一个月)不能正常掘进，需要停机等待工序完成。考虑到地质情况较差，土体流塑性较强，砂层中含有非常丰富的地下水，刀盘泥膜中的泥浆会慢慢被水稀释甚至流失，造成泥膜出现空洞或者失去整体性的情况，进而破坏土仓压力和外部水土压力平衡状态，整个掌子面失去稳定性，地面出现一定程度的下沉甚至塌陷的情况。为了防止这种危险情况出现，经过分析研究和讨论，决定采取如下方案：向土仓注入一定方量（约占整个土仓容积的1/3）的高浓度泥漿，调节气压系统增大仓内压力，通过较高压力让高浓度泥浆与盾构机刀盘前方土体之间充分接触，重新制造较好质量的泥膜或者修补之前刀盘上薄弱的泥膜，改善土体的稳定性，继而确保较长时间停机等待的过程中刀盘掌子面和前方土体的稳定，达到预期中的效果。
3.停机保压方案介绍
3.1泥浆的拌制：
刀盘泥膜最关键的部分就是泥浆的质量，结合现有设备，又必须保证泥浆在高浓度的基础上有一定的流动性。经过多次试验，发现通过采用易钻牌一级膨润土和自来水配制泥浆，然后在此基础上加上一定量的增凝剂，能够配制出符合设计要求而且质量较高的泥浆。配比为：配制1 m3的泥浆所需的膨润土量为75kg（3包），每立方泥浆按膨润土量的1%添加增凝剂，增凝剂为与易钻牌膨润土相配套使用的雷膨牌。泥浆粘度要求达到80?100S，拌浆方式采用盾构机台车搅拌罐进行拌制，膨润土的目数比较细，遇水后很容易形成颗粒壮。下料前应在搅拌罐内加入所需泥浆方量40%的自来水，人工下料时，要把膨润土均匀的撒在搅拌罐内，并在罐内泡制2小时以上，后加水盖过罐内膨润土平面进行搅拌，这样可以减少颗粒量，提高搅浆效率。在搅拌过程中，加水应当少量多次，找专人观察泥浆情况，如发现颗粒结成大块泥团或粘在搅拌叶轮上时，应急时通过人工捣碎、清除。搅拌6个小时之后，每搅拌20分钟进行一次粘度测量，控制好粘度，当膨润土充分搅拌，形成较好的泥浆之后，加入相对应量的增凝剂，充分搅拌20分钟，再次进行粘度测量，当粘度达到所需秒数、颗粒<10mm为合格。另外，在达到了粘度和颗粒要求之后，为了保证注浆效果，增强泥浆的流动性，可以根据实际情况酌量增减增凝剂的用量或者调整水的加入量。由于盾构机台车搅拌罐的容量有限，每次只能拌制3 m3，为了保证注浆效果，第一次需要连续注入12 m3以上，所以需要连续拌制4次。当泥浆在在盾构机刀盘与前方土体之间充分形成泥膜之后，间隔两天再次补充3 m3优质泥浆，对泥膜进行补充和加固。
3.2注浆方式：
结合海瑞克泥水盾构机S344和S345设备的特点，利用现有设备，采用盾构机管片二次注浆系统，将拌制好的泥浆通过盾构机上部进浆管路V11、V12送泥管路注进土仓。
注意事项:
1.为了通过观察液位灯来观察泥浆注入情况，在注浆前，需要将液位降至-0.5液位灯以下。
2.需要人工检查V11、V12气动阀是否关闭，闸阀是否正常开启。
3.检查管路是否畅通。
检查一切正常之后，开注浆泵注入泥浆，密切观察注浆压力(正常4.0bar左右)，气压，切口水压以及气仓液位的变化。一般情况下，液位会稍微上升，上部切口水压显示会随着注浆过程而缓慢升高，注完泥浆之后，待气压，切口水压以及气仓液位稳定之后，在地层条件允许的基础上，缓慢转动刀盘一到两圈，通过搅拌棍的搅动，使泥浆均匀的与外部土地接触，然后再通过气压调节系统，每次调高0.05bar，最后让切口水压在实际设定值的基础上增加0.2?0.3bar，保持此气压二小时以上，使泥浆能渗透进沙层充分接触，形成一层完整的泥膜。经过一段时间气压和外部水土压力的能够重新达到平衡，从而保证对整个地面的支撑作用，达到预期设想的保压效果。当一切都再次达到稳定之后，将气压缓慢调整为初始设定值。在注浆和调节气压的过程中，需要密切关注中控室各个数据显示的变化，如注浆压力，气压，切口水压等等，尤其需要注意是否会较大的波动，在必要的时候，需要地面人员在停机位置进行观察，出现任何变化第一时间调整方案。
盾构机长时间停机期间，测量班组要安排专人值班监测，以每天两次的频率监测地面的沉降情况，并根据监测数据，重新调整补浆方案，以保持土仓的压力，支撑整个掌子面的稳定。隧道中控室需要安排专门值班人员，密切留意盾构机液面和气仓压力稳定情况，两个小时记录一下气压，切口水压以及液位情况，通过数据的变化来优化补充泥浆的方案。
4．总结
经过长时间的处理和观察，我们发现通过这种注入高粘度泥浆制造泥膜的方式，停机期间气压液位非常稳定，地面没有出现沉降，完全达到了预期设想的效果，为下一步的施工打下了良好的基础。另外，这种施工技术可以应用推广到其他方面，不仅其他类型的盾构机可以在需要的情况采用此种方案来保证地质条件的稳定，在含水量丰富的复杂地质下也可以采用此方案来改善施工环境，为工程施工提供更好的条件，减少工期，提高效率，创造更大的价值。
参考文献：
[1] 竺维彬 鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.中国科学技术出版社
[2] Michael A.DIPonio Jay Dee-Michels-JV David Chapman Lachel,Felice & Associates
Craig Bournes Lovat,Inc EPB Tunnel Boring Machine Design for Boulder Condition