1、前言
近年来，随着国内经济快速发展，盾构施工技术随着城市基础设施建设快速发展.泥水平衡盾构机以其在压力控制方面的优势，在穿江过海下穿重要风险源施工中应用广泛，尤其是在大直径、超大直径盾构隧道施工中应用尤为广泛.泥水平衡式盾构机是在机械式盾构机的刀盘后侧，设置一道封闭隔板.隔板与刀盘间的空间定名为泥水舱，把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水舱，待泥水充满整个泥水舱，并具有一定压力，形成泥水压力室.泥水仓后部设置气垫仓，气垫仓与泥水仓通过隔板分开，底部相连，通常情况下气垫仓上半部充满压缩空气，底部充满泥浆并与泥水仓通过底部泥浆门联通，泥水仓压力可通过气垫仓压力设定并由samson自动保压系统控制使其压力波动稳定在士0.lbar，维持开挖工作面的稳定.盾构推进时，旅转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分离系统，将渣土、水分离后重新送回泥水舱及气垫仓.一般情况下当岩土中粉粒和黏粒的总量达到40%以上时宜选用土压平衡盾构机，但是在一些对沉降要求特别严格的情况下还是需要选用泥水平衡盾构机施工.在粉粒和黏粒含量高的岩土中使用泥水平衡盾构机掘进易出现泥浆粘度比重上升过快，泥浆指标难以控制，舱内渣土滞排，刀盘结泥饼等现象严重印象盾构机正常使用与施工效率.
豫机城际工程盾构隧道全长3800m，盾构段线路含两处曲线段，曲线半径分别为2200m、1100m，区间最大轨面埋深约44.9m，最小轨面埋深约17.9m，最大坡度26.8%，最小坡度16.7%，隧道下穿南水北调中线总干渠，区间岩土中粉粒和黏粒的总量达80%以上.该工程考虑确保下穿南水北调中线总干渠安全选用了泥水平衡盾构机施工，在施工中为克服泥水平衡盾构机在粘土层中施工存在的问题，我单位选用了泥水平衡盾构机辅助气压据进施工技术，成功的解决了泥水平衡盾构机长距离粘土层掘进时出现的泥浆粘度比重上升过快，泥浆指标难以控制，舱内渣土滞排，刀盘结泥饼，推力扭矩增大，掘进速度降低等问题，降低了设备运转负荷，提高了施工效率，通过此施工技术的成功
应用，产生了良好的经济、社会和环境效益，同时可在类似工程中推广应用.
2、工法特点
2.1提高盾构掘进效率
采用辅助气压据进法后盾构掘进效率提高一倍以上，极大的缩短了盾构掘进时间，将一个盾构施工循环的时间缩短一半.
2.2提高出渣效率，避免刀盘结泥饼
辅助气压掘进法提高了仓内冲刷及搅拌效果，刀盘切削下的泥土可以更有效的通过泥浆系输送出去，避免了渣土在仓内滞排，从而有效的避免了刀盘结泥饼的现象.
2.3降低盾构机负荷及设备故障率
采用辅助气压掘进法掘进出渣效率提高，仓内无渣土淤积，刀盘搅拌阻力减小，刀盘扭矩减小，排渣顺畅推力减小，盾构机及中继泵复合减小设备故障率明显降低，设备能耗降低.
2.4可操作性强，可推广性大
辅助气压掘进法可在不改变盾构机原有构造的基础上，通过管路切换即可完成模式转换，操作简单，在粘土层等自立性较好的地层中可推广采用.
3、适用范围
3.1本工法适用于粘土、粉质黏土等自立性较好的地层.
3.2本工法适应于采用间接控制式泥水平衡盾构机施工的盾构隧造.
4、工艺原理
间接控制式泥水平衡盾构机在粘土、粉质粘土等土体自立性较好的地层中掘进时可通过打开泥水仓与气垫仓上部联通阀，将泥水仓与气垫仓上半部充满压缩空气，并通过samson系统设定仓内压力，并通过液位控制与samson自动保压系统控制掌子面压力平衡.在辅助气压模式下掘进可有效提高冲刷管路对刀盘仓内的冲剧效果，提高出渣效率.
具体施工工艺阐述如下：
第一步：判定当前掘进段地层是否稳定，如果地层稳定则进行掘进模式转换，若否则继续采用常规掘进模式：
第二步：当判定地层稳定后打开气垫仓与泥水仓上部联通阀使泥水仓与开挖仓顶部充满压缩空气：
第三步：掘进过程中通过进排浆量保持气垫仓与泥水仓上部液位动态平衡，通常情况下将液位保持在0100之间，并通过samson系统保持上部气压恒定.
第四步：无论何种原因造成长时间停机时应切换回间接控制式保压模式，将泥水仓重新充满泥浆，调整samson系统设定值，保持泥水仓压力与掌子面稳定.
5、施工工艺及操作要点
间接控制式泥水平衡盾构机常规掘进模式仓压控制原理
如图1所示间接控制模式下泥水仓与气垫仓由隔板（3）隔开，并通过底部泥票门联通，泥水仓充满泥浆，气垫仓上部充满压缩空气下部充满泥浆，气垫仓上部气压由samson系统设定并自动维持稳定.根据连通器原理，泥水仓压力可通过气垫仓顶部气压设定控制，并受到气垫仓液位波动影响.在掘进过程中只需通过samson系统设定合适的气垫仓压力并维持气垫仓液位动态平衡即可控制泥水仓顶部压力稳定保证掌子面稳定.
图1间接控制式泥水平衡盾构机仓压控制原理示意图
1、刀盘2、泥水仓3、前隔板4、气垫仓5后隔板6、开挖仓保压系统管路8、气垫仓排气管路10、进浆泵11、储气罐12、气垫仓保压系统管路13、进浆管
间接控制式泥水平衡盾构机辅助气压掘进模式下仓压控制原理
如图2所示泥水仓与气垫仓由隔板（3）隔开，并通过底部泥浆门及顶部联通管路联通，泥水仓与气垫仓上部充满压缩空气下部充满泥浆，上部气压由samson系统设定并自动维持稳定.泥水仓压力可通过气垫仓顶部气压设定控制，并受到气垫仓液位波动影响.在据进过程中只需通过samson系统设定合适的压力并维持舱内液位动态平衡即可控制泥水仓顶部压力稳定保证掌子面稳定.需要指出的是在该掘进模式下由于泥水仓顶部充满的是压缩空气所以该部分压力为均一值与间接控制式的连续值不同，在实际操作时根据土体自立性不同，由保压试验及出土量情况调整气垫高度，维持掌子面稳定.
图2泥水平衡盾构机辅助气压掘进仓压控制原理示意图
1、刀盘2、泥水仓3、前隔板4、气垫仓5后隔板6、保压系统管路8、气垫仓排气管路11、储气罐13、进浆管14、进浆泵
模式切换操作要点：
1、模式切换前应首先确定盾构机所处维持土体自立性满足辅助气压据进法施工要求：
2、开始施工该模式据进前应先进行间接控制式降压保压试验，然后进行模式转换，在辅助气压模式下再次进行保压试验；
3、两种模式下保压试验均合格后再进行试据进，并做好沉降监测及出土量统计，在各参数正常后才能进行下一步施工.
6、材料与设备
表6-1 施工作业主要材料
序号 名称 数量 备注
