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【摘要】本文主要围绕着盾构施工展开分析，探讨了泥饼问题的成因，从成因出发，分析了盾构施工中泥饼的解决方法，以期可以为盾构施工提供有意义的参考，提高施工的质量。
【关键词】盾构施工；泥饼；成因；解决方法
中图分类号：U455文献标识码： A
一、前言
盾构施工的每一个环节都有可能会出现各种质量问题，其中，盾构施工中的泥饼问题就是一个比较棘手的问题，所以，分析盾构施工中泥饼成因以及解决方法非常有必要。
二、地铁盾构施工
盾构是地下隧道挖掘的专用设备，它的技术含量非常高，盾构设备内部装配有推进装置、挡土装置、出土运输装置和一些辅助设备等，它的自动化程度很高。而且地铁盾构施工的流畅性很强，能够在高效运行的同时，不受到外界和地上交通流量等的影响。随着科技的逐渐进步，地铁盾构施工技术也在日益的完善和突破，机械化和自动化水平逐渐提高，能够适应不同类型的地层。地铁盾构施工属于暗挖隧道的范畴，这种施工技术被广泛使用是因为盾构施工能够在城市中心或者交通流量较大、使用频率高的场所进行施工，但是对这些地上环境的影响和干扰非常少。地铁盾构施工，能够适应城市的多种地质，而且施工精确度较高，能够提高地铁工程的整体质量，并且相对其他挖掘措施较为经济。
三、泥饼的成因
1.地层地质因素
隧道穿越的复合地层多为全风化与强风化的泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩,这几类岩层富含粘土矿物颗粒屑和粉末状,这些碎屑粉末状的粘土颗粒是形成隧道施工中形成泥饼的基础材料。
在很多隧道的施工中，技术人员对结有泥饼的地层位置也进行了渣土取样，对于土样进行试验分析,试验采用冲水称重和简单的筛分法，泥岩和泥质粉砂岩的粘土粒、碎屑含量低于20%时,泥饼生成机率很小；当粘土粒、碎屑含量大于25%时,随着施工工艺和施工设备的不利因素等个方面原因的组合,泥饼发生可能性增加。
2.盾构机的刀盘、刀具系统缺陷
盾构刀盘和刀具设计制造缺陷常会导致施工掘进中“泥饼”的产生。刀盘中心区开口率是泥岩和砂岩地层盾构进中结泥饼的重要因素,地铁施工中常采用的三菱、小松、海瑞克、罗宾斯等盾构机开口率多在33%～38%之间,可以认为33%是保证少结泥饼的开口率下限值。刀盘内的搅拌棒及幅条型式、数量也是泥饼产生的另一因素。刀具布置不合理会导致切削下的砂土块度不均；滚刀磨损,进而降低掘进和排土效率,使其容易在土舱内产生泥饼。
3、施工控制因素
除地層地质和刀盘刀具设计制造缺陷外,施工过程中的操作者的行为也是刀盘结泥饼的一个不可忽视的因素,归结为以下几条：
(一)未能正确判断复合地层下的盾构掘进模式，在土压平衡模式时土舱内土压设定值过高,导致切削下来的渣土不能顺利通过螺旋机排出,在土舱内堆积挤压,密实度和密度越来越大,最终形成泥饼。
(二)掘进施工中砂土改良不到位，为改善切削砂土的和易性(干稀度、流动性),通常在刀盘和土舱内加入水、膨润土和泡沫剂,泡沫剂是一种化学物质,施工过程中因经验和现场判断失误,对加入的改良剂的浓度配比、注入压力、注入量等掌握不准,导致砂土得不到很好改良,促成泥饼产生。
(三)盾构机械维护保养问题因系统冷却水温度偏高,或是刀盘高速旋转后与周围土体介质摩擦生热,使土舱内温度升高,对泥饼有“烧结促成”作用。设置在刀盘面板上的注入孔时常被堵塞,无法适时按量加入泡沫剂,砂土得不到有效改良，容易出现结泥饼现象。
（四）掘进施工中泥浆调制得不到位
在泥水盾构的施工中，泥浆质量的调配及处理是保证盾构施工正常稳定开展的重要保证。在易结泥饼地层的施工中，泥浆浓度不够会很难将土舱里面的土团携带出来。此外，倘若泥浆处理系统对小粒径颗粒的分离能力的不足，也是在舱内促进泥饼产生的一个重要因素。
四、判断结饼依据
在结饼的初期，其在盾构施工中易在刀盘和压力舱内粘附形成局部的闭塞，造成盾构机扭矩、总推力增大，随着盾构施工的进行粘附的土体会与周围的土体不断的摩擦生热，对粘附的土体产生“烘烤”作用，即形成了局部的结饼，此时盾构机扭矩、总推力大幅增加，推进速度减慢，土仓温度迅速上升，如果没能及时处理局部的结饼、闭塞。则随着盾构施工的进行结饼、闭塞的范围会不断地扩大最终形成整体闭塞，导致盾构施工无法继续进行。
因此，尽早发现结饼是处理结饼的前提，仅仅通过盾构机的推力、扭矩、速度来判断是否结饼是不准确的，因为这些参数与其他很多因素有关。由于泥饼是盾构刀盘切削下来的细小颗粒、碎屑重新聚集而成的半固结或固结的块状体，故我们可以通过各项参数的异常情况初步判定存在泥饼，然后进行渣样分析，如渣样内发现土块或岩块，其组成成分为细小的颗粒，并且其内部温度比外部温度较高，由此可以判定土仓内已结泥饼。
五、泥饼的解决方法
1、认真研究地质资料,是选好盾构机的基础；施工全过程现场跟踪地质条件的变化,并根据地质条件改善施工措施。
2、盾构机选型。当隧道洞身为粘土层、粘土质砂土层、泥岩、泥质粉砂岩、残积花岗岩、全、强风化花岗岩等软岩类（小30MPa）地层,并且粘土矿物含量超过25%时,盾构机选型需考虑预防结泥饼的（措施）设施,诸如：
（一）刀盘系统
刀具的布置要层次清楚,其中滚刀和括刀的高差宜大于、刀盘中心区直径2.0m范围内少设或不宜设置滚刀,可尽可能增大开口率,也可设置独立驱动的中心子刀盘或高出面板40cm以上的中心刀群,刀盘的扭矩也应相应增大。
（二）宜设置搅拌棒,尤其是能进行注泥浆、注泡沫、注水的固定搅拌棒的必须设置,位置宜设计在轴承密封圈内侧。
（三）仓体的容积（即密封仓的宽度）宜设计到25~30m3之间（就直径5~7的盾构而言）。
（四）螺旋输送器的伸入长度宜超过密封仓宽度的一半以上。
（五）装备有泡沫生产机、辅助气压作业和盾构机冷却设备等。
泡沫类添加剂的注入渠道可通过刀盘面板和搅拌棒内注浆管路注人。泡沫的一般性配比和主要作用：
（1）泡沫的一般性配比
泡沫剂含量0.5%~5%,一般为3%（重量比）,水占液体泡(沫剂+水)总重量的90%~99%；空气占泡沫总体积的90%,泡沫总体积占开挖下来土体总体积的30%~60%。
（2）泡沫的主要作用
能锲入到小颗粒或矿物间的空隙,减少矿物间的粘着力,改善了土体的“和易性”和“塑性”,大大降低了结泥饼的可能性；降低土体和盾构机钢结构之间的摩擦力和粘着力,从而降低总推力和扭矩；改善刀具、刀盘面板、螺旋输送器的耐磨性；降低了土体的密度,使搅拌棒的作用发挥得更好；泡沫本身没有污染性,出螺旋输送器口后,随压力降低会大部散发,不会增加出土量；泡沫具有可压缩性,有利于保持开挖面稳定；
3、施工措施
在易结泥饼的地层中掘进时,应考虑以下措施:
（一）根据地质条件,有针对性地向土仓和刀盘面板适量加注高质量的泡沫或膨润土或其中的两种混合液甚至三种混合液等,以改善土体的“和易性”和“塑性”。
（二）浅埋隧道施工、刀盘开口率小于40%并且地层标贯值大于20的情况下,即地层相对自稳时,设定的出土压力不宜超过主动土压,并且最好控制在0.1Mpa以下,即宜采用欠土压平衡模式掘进。
（三）若地层稳定性较差,但隔气性较好时,宜采用辅助气压作业,掘进也宜采用欠土压平衡模式。
（四）采用冷却措施,避免土仓高温高热。
（五）避免土仓内渣土过多是的长期停机,宜以泥浆过着膨润土等代替部分土体充填土仓（可通过比重指标来控制）。
六、结束语
综上所述，为了能够有效提高盾构施工的质量，就必须要重视盾构施工中泥饼问题，针对泥饼出现的原因进行分析，进而有针对性的展开探究，有效解决盾构施工中泥饼问题。
【参考文献】
[1] 王建华.深圳复杂地质条件下地铁盾构施工的分析与探讨[J]. 铁道建筑技术. 2011(08)
[2] 何旭升.广州地铁车—万盾构掘进施工措施[J]. 山西建筑. 2011(20)
[3] 蒋卓.土压平衡盾构机掘进参数的确定[J]. 山西建筑. 2011(08)
【关键词】盾构施工；泥饼；成因；解决方法
中图分类号：U455文献标识码： A
一、前言
盾构施工的每一个环节都有可能会出现各种质量问题，其中，盾构施工中的泥饼问题就是一个比较棘手的问题，所以，分析盾构施工中泥饼成因以及解决方法非常有必要。
二、地铁盾构施工
盾构是地下隧道挖掘的专用设备，它的技术含量非常高，盾构设备内部装配有推进装置、挡土装置、出土运输装置和一些辅助设备等，它的自动化程度很高。而且地铁盾构施工的流畅性很强，能够在高效运行的同时，不受到外界和地上交通流量等的影响。随着科技的逐渐进步，地铁盾构施工技术也在日益的完善和突破，机械化和自动化水平逐渐提高，能够适应不同类型的地层。地铁盾构施工属于暗挖隧道的范畴，这种施工技术被广泛使用是因为盾构施工能够在城市中心或者交通流量较大、使用频率高的场所进行施工，但是对这些地上环境的影响和干扰非常少。地铁盾构施工，能够适应城市的多种地质，而且施工精确度较高，能够提高地铁工程的整体质量，并且相对其他挖掘措施较为经济。
三、泥饼的成因
1.地层地质因素
隧道穿越的复合地层多为全风化与强风化的泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩,这几类岩层富含粘土矿物颗粒屑和粉末状,这些碎屑粉末状的粘土颗粒是形成隧道施工中形成泥饼的基础材料。
在很多隧道的施工中，技术人员对结有泥饼的地层位置也进行了渣土取样，对于土样进行试验分析,试验采用冲水称重和简单的筛分法，泥岩和泥质粉砂岩的粘土粒、碎屑含量低于20%时,泥饼生成机率很小；当粘土粒、碎屑含量大于25%时,随着施工工艺和施工设备的不利因素等个方面原因的组合,泥饼发生可能性增加。
2.盾构机的刀盘、刀具系统缺陷
盾构刀盘和刀具设计制造缺陷常会导致施工掘进中“泥饼”的产生。刀盘中心区开口率是泥岩和砂岩地层盾构进中结泥饼的重要因素,地铁施工中常采用的三菱、小松、海瑞克、罗宾斯等盾构机开口率多在33%～38%之间,可以认为33%是保证少结泥饼的开口率下限值。刀盘内的搅拌棒及幅条型式、数量也是泥饼产生的另一因素。刀具布置不合理会导致切削下的砂土块度不均；滚刀磨损,进而降低掘进和排土效率,使其容易在土舱内产生泥饼。
3、施工控制因素
除地層地质和刀盘刀具设计制造缺陷外,施工过程中的操作者的行为也是刀盘结泥饼的一个不可忽视的因素,归结为以下几条：
(一)未能正确判断复合地层下的盾构掘进模式，在土压平衡模式时土舱内土压设定值过高,导致切削下来的渣土不能顺利通过螺旋机排出,在土舱内堆积挤压,密实度和密度越来越大,最终形成泥饼。
(二)掘进施工中砂土改良不到位，为改善切削砂土的和易性(干稀度、流动性),通常在刀盘和土舱内加入水、膨润土和泡沫剂,泡沫剂是一种化学物质,施工过程中因经验和现场判断失误,对加入的改良剂的浓度配比、注入压力、注入量等掌握不准,导致砂土得不到很好改良,促成泥饼产生。
(三)盾构机械维护保养问题因系统冷却水温度偏高,或是刀盘高速旋转后与周围土体介质摩擦生热,使土舱内温度升高,对泥饼有“烧结促成”作用。设置在刀盘面板上的注入孔时常被堵塞,无法适时按量加入泡沫剂,砂土得不到有效改良，容易出现结泥饼现象。
（四）掘进施工中泥浆调制得不到位
在泥水盾构的施工中，泥浆质量的调配及处理是保证盾构施工正常稳定开展的重要保证。在易结泥饼地层的施工中，泥浆浓度不够会很难将土舱里面的土团携带出来。此外，倘若泥浆处理系统对小粒径颗粒的分离能力的不足，也是在舱内促进泥饼产生的一个重要因素。
四、判断结饼依据
在结饼的初期，其在盾构施工中易在刀盘和压力舱内粘附形成局部的闭塞，造成盾构机扭矩、总推力增大，随着盾构施工的进行粘附的土体会与周围的土体不断的摩擦生热，对粘附的土体产生“烘烤”作用，即形成了局部的结饼，此时盾构机扭矩、总推力大幅增加，推进速度减慢，土仓温度迅速上升，如果没能及时处理局部的结饼、闭塞。则随着盾构施工的进行结饼、闭塞的范围会不断地扩大最终形成整体闭塞，导致盾构施工无法继续进行。
因此，尽早发现结饼是处理结饼的前提，仅仅通过盾构机的推力、扭矩、速度来判断是否结饼是不准确的，因为这些参数与其他很多因素有关。由于泥饼是盾构刀盘切削下来的细小颗粒、碎屑重新聚集而成的半固结或固结的块状体，故我们可以通过各项参数的异常情况初步判定存在泥饼，然后进行渣样分析，如渣样内发现土块或岩块，其组成成分为细小的颗粒，并且其内部温度比外部温度较高，由此可以判定土仓内已结泥饼。
五、泥饼的解决方法
1、认真研究地质资料,是选好盾构机的基础；施工全过程现场跟踪地质条件的变化,并根据地质条件改善施工措施。
2、盾构机选型。当隧道洞身为粘土层、粘土质砂土层、泥岩、泥质粉砂岩、残积花岗岩、全、强风化花岗岩等软岩类（小30MPa）地层,并且粘土矿物含量超过25%时,盾构机选型需考虑预防结泥饼的（措施）设施,诸如：
（一）刀盘系统
刀具的布置要层次清楚,其中滚刀和括刀的高差宜大于、刀盘中心区直径2.0m范围内少设或不宜设置滚刀,可尽可能增大开口率,也可设置独立驱动的中心子刀盘或高出面板40cm以上的中心刀群,刀盘的扭矩也应相应增大。
（二）宜设置搅拌棒,尤其是能进行注泥浆、注泡沫、注水的固定搅拌棒的必须设置,位置宜设计在轴承密封圈内侧。
（三）仓体的容积（即密封仓的宽度）宜设计到25~30m3之间（就直径5~7的盾构而言）。
（四）螺旋输送器的伸入长度宜超过密封仓宽度的一半以上。
（五）装备有泡沫生产机、辅助气压作业和盾构机冷却设备等。
泡沫类添加剂的注入渠道可通过刀盘面板和搅拌棒内注浆管路注人。泡沫的一般性配比和主要作用：
（1）泡沫的一般性配比
泡沫剂含量0.5%~5%,一般为3%（重量比）,水占液体泡(沫剂+水)总重量的90%~99%；空气占泡沫总体积的90%,泡沫总体积占开挖下来土体总体积的30%~60%。
（2）泡沫的主要作用
能锲入到小颗粒或矿物间的空隙,减少矿物间的粘着力,改善了土体的“和易性”和“塑性”,大大降低了结泥饼的可能性；降低土体和盾构机钢结构之间的摩擦力和粘着力,从而降低总推力和扭矩；改善刀具、刀盘面板、螺旋输送器的耐磨性；降低了土体的密度,使搅拌棒的作用发挥得更好；泡沫本身没有污染性,出螺旋输送器口后,随压力降低会大部散发,不会增加出土量；泡沫具有可压缩性,有利于保持开挖面稳定；
3、施工措施
在易结泥饼的地层中掘进时,应考虑以下措施:
（一）根据地质条件,有针对性地向土仓和刀盘面板适量加注高质量的泡沫或膨润土或其中的两种混合液甚至三种混合液等,以改善土体的“和易性”和“塑性”。
（二）浅埋隧道施工、刀盘开口率小于40%并且地层标贯值大于20的情况下,即地层相对自稳时,设定的出土压力不宜超过主动土压,并且最好控制在0.1Mpa以下,即宜采用欠土压平衡模式掘进。
（三）若地层稳定性较差,但隔气性较好时,宜采用辅助气压作业,掘进也宜采用欠土压平衡模式。
（四）采用冷却措施,避免土仓高温高热。
（五）避免土仓内渣土过多是的长期停机,宜以泥浆过着膨润土等代替部分土体充填土仓（可通过比重指标来控制）。
六、结束语
综上所述，为了能够有效提高盾构施工的质量，就必须要重视盾构施工中泥饼问题，针对泥饼出现的原因进行分析，进而有针对性的展开探究，有效解决盾构施工中泥饼问题。
【参考文献】
[1] 王建华.深圳复杂地质条件下地铁盾构施工的分析与探讨[J]. 铁道建筑技术. 2011(08)
[2] 何旭升.广州地铁车—万盾构掘进施工措施[J]. 山西建筑. 2011(20)
[3] 蒋卓.土压平衡盾构机掘进参数的确定[J]. 山西建筑. 2011(08)