土压平衡式盾构施工技术措施

土压平衡盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型，能适应从松软粘性土到砂砾土层范围内各种土层施工。

1、普通型土压平衡盾构

普通型土压平衡盾构见图3-1-1，适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱，再通过螺旋输送机向后排出。由于泥土经过刀盘切削和扰动后会增加塑流性，在受到刀盘切削和螺旋输送机传送后也会变得更为松软，使泥土舱内的土压能均匀传递。通过调节螺旋机转速或调节盾构推进速度，调节密封泥土舱内的土压并使其接近开挖面静止土压，保持开挖面土层的稳定。

普通型土压平衡盾构一般采用面板式刀盘，进土槽口宽在200~500mm左右，刀盘开口率约为20%~40%，另外在螺旋输送机排土口装有排土闸门，有利于控制泥土舱内土压和控制排土量。

2、加泥型土压平衡盾构

当泥土含砂量超过一定限度时，土砂激动性差，靠刀盘切削扰动难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，就不能起到止水作用，无法进行施工。此时应在普通型土压平衡盾构的基础上增加特殊泥浆压注系统，即形成加泥型土压平衡盾构（图3-1-2）。

向刀盘面板、泥土舱和螺旋输送机内注入特殊粘土泥浆材料，再通过刀盘开挖搅拌作用，使之与开挖下来的泥土混合，使其转变为流动性好、不透水性泥土，符合土压平衡盾构施工要求。

为了降低刀盘传动功率和减小泥土移动阻力，加泥型土压平衡盾构刀盘为有幅条的开放式结构，开口面积接近100%，并在刀盘背面伸出若干搅拌土砂的叶片，以便对土砂进行强力搅拌，使其变成具有塑流性和不透水性的泥土。

另外，对要求注入浓度、粘性更高的泥浆材料才能改变土砂功能时，往往难以用刀盘搅拌达到目的，这将大大增加刀盘和螺旋输送机的机械负荷，造成盾构施工困难。此时应注入发泡剂代替泥浆材料，因为发泡剂材料比重小、搅拌负荷轻，可使刀盘扭矩降低50%左右。盾构排出土砂中的泡沫会随时间自然消失，有时在泥土中加入消泡剂，可加速泡沫的消失，保持良好的作业环境。

3、加水型土压平衡盾构

在砂层、砂砾层透水性较大的土层中，还可以采用加水型土压平衡盾构。这种盾构是在普通型土压平衡盾构基础上，在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱（图3-1-3），在排土调整箱中注人压力水，并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。经过螺旋输送机将弃土排入调整箱内与压力水混合后形成泥浆，再通过管道向地面排送。开挖面的土压仍由密封泥土舱土压进行平衡。

盾构掘进时，刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌，使密封泥土舱内的土砂处于均匀状态；土砂颗粒之间的空隙被水填满，减少了土砂颗粒之间有效应力而增加了流动性，从而能顺畅地通过螺旋输送机送入排土调整箱。在调整箱内通过搅拌混合，向地面处理场排放。

加水型土压平衡盾构的泥水排放系统与泥水加压盾构相似，但注入的主要是清水，无粘粒材料，无需对注入的水进行浓度、比重控制，泥水分离处理设备和工艺也大为简化。这种盾构刀盘一般采用面板式结构，进土槽口尺寸可根据土体中砾石最大尺寸来决定，刀盘开口率一般在20%~60%左右。

4、泥浆型土压平衡盾构

这种盾构适用于土质松软、透水性好、易于崩塌的积水砂砾层或覆土较浅、泥水易喷出地面和易产生地表变形的极差地层的施工。图3-1-4是其施工工艺流程图，它具有土压平衡盾构和泥水加压盾构的双重特征。盾构掘进时，应向盾构内注入高浓度泥浆，通过搅拌与土砂混合使其泥土化，并充满泥土舱，支护开挖面。由于从螺旋输送机排出的泥土呈塑化或流化状态，所以在螺旋输送机的排土口装上一个旋转排土器既可保持泥土舱内土压的稳定，又可不断地从压力区向无压区顺利排出。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用干土排送方式向地面排送，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机徘出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。

从图中可以看出，泥浆型土压平衡盾构泥土舱的泥浆供入系统和排出系统是两个回路，所以从泥浆排出系统操作所造成的压力波动，对泥土舱内支护压力无大影响，使盾构操作控制更为简便。

该机通常采用面板结构，进土槽口宽度可按土层中最大砾石尺寸决定，刀盘开口率一般在40%~60%左右。由于泥浆型土压平衡盾构多用于巨砾土层，因此排土多采用带式螺旋机，可比同样大小中心轴式螺旋输送机排出的石块粒径大一倍左右。