孟海峰，翟志国

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201)

0 引言

泥水盾构在隧道掘进施工中，需要经常停机带压进舱换刀［1］。带压进舱作业过程中掌子面的稳定和舱内的密封是关键，如果地层围岩自稳能力差，暴露时间过长，很容易发生坍塌。同时开挖舱内的气压也是保证掌子面安全的关键［3］;所以，如何保证停机期间掌子面的稳定是本文研究的主要目的。

盾构机在砂卵石地层中掘进［2］，一般掘进300 m左右就要停机换刀(地层加固)，掘进2 000 m左右就要对刀盘进行修复(开挖竖井)［4］。但是在城市中，地面交通繁忙，高楼林立，其空间位置和周边环境决定了加固施工的方法和难度，且开挖竖井的造价和工期都无法满足施工和业主的要求。本工程采用小范围地面注浆及桩间封闭的工作井并结合改良泥浆稳定和封闭地层的施工方法，解决了城市中泥水盾构停机换刀点的地层稳定和密封问题。

1 工程简介

1.1 工程概况

北京铁路枢纽北京站至北京西站地下直径线工程位于北京市中心区。盾构隧道全长5 175延 m，即DK1+620～DK6+795。盾构段隧道采用1台全新的φ 12.04 m膨润土－气垫式泥水平衡加压式盾构机，自天宁寺盾构始发井4#竖井始发，独头掘进，完成5 175 m的施工任务，沿天宁寺桥、西便门桥向东，拐至长椿街，继续沿宣武门大街、前门大街向东，至祈年大街后盾构到达废弃段。盾构隧道衬砌管片内径10.5 m，外径 11.6 m。

1.2 地质及水文

沿线地表普遍分布一层人工堆积层，岩性为杂填土、填筑土，厚3～6 m，以下均为冲洪积层。工程作业层穿越的地层有:素填土、杂填土、粉土、黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、圆砾、卵石土。

本地质段主要是孔隙潜水，水位标高为+21.3～21.7 m(水位埋深 23.13 ～24.31 m)，局部上层滞水埋深3.7 m。DK5+480以西地下水类型为孔隙潜水，以东则为孔隙承压水。

2 盾构停机点的位置选择

结合全线的工程地质及与周边建(构)筑物位置关系等具体情况，停机换刀地点选择的原则是:尽量选择在地域相对开阔、对地面交通影响较小、周围建筑物和地下管线较少的位置进行开舱换刀。

经过对设计图及沿线实际考察后，综合比较分析，在本标段沿线范围内选择了6个位置作为开舱换刀作业的加固点。各加固点的位置详见表1。

表1 盾构隧道开舱换刀加固点位置汇总Table 1 Cutter changing and ground reinforcing sections of shield tunnelling

3 盾构停机点的主要加固方法

盾构停机点的加固形式主要2种:1)单一的袖阀管注浆加固;2)混凝土灌注桩+袖阀管注浆加固。前5个停机点都是采用袖阀管注浆的加固方式，唯有第6个停机点采用混凝土灌注桩结合袖阀管注浆的加固方式;因为第6个停机点带压进舱作业的工作量比较大，相对停机时间比较长，所以采用桩基加固的方式安全系数更大。下面以第4个加固点和第6个加固点为例，分别介绍这2种加固方法在盾构施工中的应用。

3.1 袖阀管注浆加固

3.1.1 主要技术参数

第4个停机点的加固方法是采用地质钻机成孔，袖阀管注浆的加固方法。注浆材料主要为普通水泥浆和超细水泥浆，加固范围以DK5+935为中心，沿隧道方向长10 m，宽12.0 m。

施工步骤:先对DK5+935周边区域进行物探，探明地下管线类型、规格、埋深及与隧道的位置关系，采用人工进行挖探，对挖探出的地下管线进行标示，之后将探槽回填密实。再分期进行钻孔，并安装袖阀管，按先周边、后中间的施工顺序，跳孔进行注浆，注浆孔间距1.0 m、排距1.0 m按梅花形布置。注浆参数见表2。

表2 注浆参数表Table 2 Grouting parameters

3.1.2 钻孔施工

钻孔采用地质钻机成孔，孔径 φ 95 mm，孔深39 m;为保证袖阀管下入深度，钻孔应超过设计深度0.5 ～1 m。

1)根据现场测量放线定出的孔位进行钻机就位，钻杆的对中误差小于±50 mm，利用水平尺检查钻机的水平度，利用垂球检查钻杆垂直度，垂直度允许偏差±1%;

2)钻孔采用泥浆护壁，泥浆配合比为水∶膨润土=1∶0.30 ～0.50(质量比)，比重为 1.1 ～1.2。在黏性地层中可采用自造浆液，但必须确保成孔完好;

3)根据设计的孔深及测量组提供的地面标高和设计的孔底标高，现场配置钻杆，并在最上一节采用油漆作标志，当钻机钻到标志位置时，表明已到设计深度;

4)钻孔时采用隔二钻一的顺序进行施工，防止与下放注浆管及注浆形成相互干扰;

5)在钻进的过程中应确保钻机稳固，随时检查钻杆垂直度，如不能满足要求，应立即停止钻进，调整至符合要求后再施工;

6)钻孔的直径至少比袖阀管直径大20 mm;

7)必须做好钻孔施工详细记录，以指导后期注浆施工参数。

3.1.3 袖阀管安装

1)钻孔至设计深度后，将钻杆在地面拧开，然后将袖阀管从钻杆内插入进行安设。袖阀管安设到位后，重新将钻杆拧紧，然后分节拔出钻杆，将袖阀管留在地层中，钻杆拔出后，量测袖阀管下入深度。

2)在2节袖阀管连接前，需向下1节袖阀管内灌满清水，相邻2节袖阀管采用套箍连接，并用黏合剂粘接牢固，袖阀管接至地面后(应高出地面30 cm)，向袖阀管内再次灌满清水，然后用封口盖盖紧袖阀管管口。袖阀管安装见图1所示。

3)袖阀管设置完成后，通过注浆机向钻孔和袖阀管连接的空隙内投放套壳料，套壳料采用水泥、膨润土加水搅制，套壳料一般要求:黏度80～90 Pa·s，7 d后抗压强度0.3 ～0.5 MPa，其配合比为∶水泥∶膨润土∶水=1∶1∶6，现场根据试验情况确定。当套壳料填至距地面10 m高的位置时，改为向孔壁内灌注水泥砂浆，砂浆可适当添加速凝剂，将袖阀管上部10 m范围内孔口封堵，防止冒浆。待48 h后，套壳料完全终凝并有一定的强度后，下方注浆头和注浆芯管浆液会劈开套壳料注入到地层中，且不会造成返浆现象。

图1 袖阀管安装示意图Fig.1 Sleeve valve pipe installation

4)在施工过程中，先后采用了3种注浆管，分别为自制 PVC阀管(如图2所示:3 m一节，管径42 mm)、聚丙烯袖阀管(如图3所示:33 cm一节，管径40 mm)和硬质塑料袖阀管(如图4所示:3 m一节，管径38 mm)。自制PVC阀管采用管接头对接粘贴连接，另外2种管采用丝扣连接。

5)与3种注浆管相对应，现场先后采用了3种注浆头，分别为气胀(或水胀)止浆塞(见图5)、皮碗式双环塞(见图6)、宝塔式双环塞(见图7)。

6)最先采用的是自制 PVC阀管，该管按40～50 cm的间隔在管周钻设4～6个梅花形布置的小孔，然后用胶带缠绕小孔。注浆时，浆液冲破小孔周围缠绕的胶带进入地层，由于胶带不是单向阀，胀开后不能复原，注浆后会有浆液返回阀管内，不能重复注浆。采用该管时要用气胀(或水胀)止浆塞进行后退式分段注浆，下管时，胶带容易松开，套壳料或其他孔注浆时，浆液容易串进管内，从而导致止浆塞下不到管底。

7)聚丙烯袖阀管材质较脆，钻孔完成后，在管内灌满水时下管较为困难，但其橡胶袖套设置在2个对接头之间，且两边均有台阶加以保护，使得袖套不会滑动，保证了下管后管内不会进入泥浆，和该管配套的止浆头为宝塔式双环止浆塞。其缺点是:聚丙烯袖阀管质地轻脆，注浆加压过程中容易破碎，管壁破碎后易造成注浆头卡死，同时也达不到袖阀管重复注浆的目的。

8)硬质塑料袖阀管材质较重，较脆，由于天气较冷和橡胶袖套黏结不牢固，导致该管在运输和搬运时，固定橡胶袖套的胶圈容易断裂和滑脱;同时，下管是在钻杆内下放，胶圈容易碰到钻杆接头而导致滑脱，前期该管内串浆和泥浆进入较多，导致下管注浆深度不够，后来采用胶带固定橡胶袖套两端解决了该问题。与该管配套的注浆头为皮碗式双环塞，但由于该管口径较小，注浆头拧紧后下放较为困难，且孔深较大，拔管困难，因此采用气胀止浆塞进行后退注浆。

3.1.4 注浆施工

1)注浆压力分析。前期注浆孔在较小压力下就可注入很多，后期随着地层被逐渐挤压密实，需要较高压力才能注入，且注浆量较小，注浆段注浆终压控制在1 ～2 MPa。

2)注浆量分析

①各孔注浆量随时间变化趋势见图8，注浆开始时，由于作业人员操作不够熟练，止浆塞拔不出和前期采用的管子密封不够，导致初期注浆量相对较小，随着施工工艺的完善和管材的改善，注浆量在中期相对稳定，后期由于地层空隙被逐渐填充，注浆量较少。

图8 各孔注浆量随时间变化趋势Fig.8 Grouting amount of each grouting hole VS time

②各孔按设计孔号注浆量分布见图9。由图9可知:1～6号孔间距较大，注浆量相对差别不大;而间距较小的孔，如果隔排的两孔注浆量较大时，中间排注浆量则相应减少;单孔注浆量较大时，周围孔注浆量则相应较小。

图9 各孔注浆量分布情况Fig.9 Distribution of grouting of each grouting hole

③将各孔位注浆量投影到注浆区域平面图上，由图10可知:注浆量较少的区域主要集中在盾构停机位置前方和开挖面内(盾构掘进方向为从注浆孔第1排至第6排，停机位置在2排和3排之间)，因此;到该停机位置后，应做好泥浆置换和隧道内补充注浆作业。

④1期注浆量在深度方向的分布和各段所占百分比见图11。由图11可知:隧道上方＞隧道开挖面内＞隧道下方;隧道上方注浆量与隧道断面内注浆量相差不大，从每延m注浆量来看，隧道下方每延m注浆量较大，隧道断面内和上方相差不大，说明隧道下方相对空隙较大;其他地方由于存在中粗砂，导致每延m注浆量相对较小。总体来说，加固较为均匀。

3.1.5 注浆工艺及参数优化

1)工艺优化

①由于袖阀管深度较大，采用传统的滑移式皮碗双环塞下管和拔管较为困难，容易引起注浆失效和注浆效率低下;而本次注浆采用气胀单塞和皮碗式单塞进行注浆，施工中发现采用1.2 m的单塞长时间注浆容易卡塞固死，导致拔出止浆塞，而皮碗式单塞又容易卡在袖阀管接头处，导致下管芯管下不到位和拔管困难，造成止浆失效，孔口冒浆;因此，为了保证以后加固点的注浆效果，建议采用管径42～50 mm的袖阀管，接头处应无缝对接，采用气胀单塞后退注浆时，分段长度控制在50～100 cm。如需重复注浆，注浆完成后，应进行清孔作业，注浆管和止浆塞之间采用钢管连接，便于下塞和拔塞，见图12和图13。

②如有条件时，可采用气胀双环塞进行分段反复注浆，见图14和图15，分段长度控制在40～50 cm。

2)注浆参数优化

①浆液扩散半径:0.7～1.5 m，注浆孔间距可控制在1～1.5 m。

②注浆材料及配比:单液水泥浆W∶C=0.8∶1 ～1∶1，双液浆W ∶C=1∶1，C ∶S=1∶1，水玻璃浓度35 ～40 Be';改性水玻璃浆:将水玻璃稀释到17 Be'后，加入水玻璃重量4%～5%的碳酸氢钠溶液。

③注浆压力:终压1～2 MPa，开始时应低压慢注，若压力长时间不上升时，可加大注浆流量和采取双液浆等措施。

④分段注浆长度:50～100 cm。

⑤注浆结束标准:压力小于1.0 MPa时，当分段注浆量达到1 m3/m时，结束本段注浆;当注浆压力达到2 MPa以上时，直接结束本段注浆，注浆压力以孔口压力为准。

⑥注浆速度:10～30 L/min。

3.1.6 注浆工艺及参数优化

1)注浆参数分析法。刚开始注浆时，注浆压力较低、随地层的逐渐密实，需要较高的压力才能注入，且地面冒浆现象较多，说明注浆后地层加固了。

2)钻孔情况对比。1期和2期在前期钻孔过程中，都出现了泥浆漏失现象，有时还需要较浓的泥浆才能将钻孔泥砂携带出来;而注浆后，采用清水和稀泥浆钻进，钻孔过程基本无泥浆漏失，从钻出的砂子来看，砂子中含有细小水泥浆块，且钻孔速度比未注浆时快了很多。表面经过注浆加固后，地层空隙被充填，地层得到了加固。

3)钻孔压水检查。注浆完成后，根据注浆情况，在停机点前方注浆范围内设置了4个检查孔，检查孔深36 m左右。由于地面下10 m没注浆，因此，首先采用φ 126钻头钻至15 m，然后注入双液浆，设置混凝土止浆段，待浆液凝固后，再在原孔位采用φ 91的钻头钻孔，钻至36 m，这样才能保证未注浆段不产生渗漏。钻孔完成后，对4个检查孔进行简易压水，检查孔压水结果见表3。

表3 简易压水测试结果Table 1 Result of simple douche test

由表3可以看出:4个孔的透水率均在10 Lu左右，根据国外资料，1 Lu=1.3 ×10－5cm/s，则注浆后地层渗透系数在1.5×10－4cm/s;根据 GB 50287—1999《水利水电工程地质勘察规范》附录J，注浆后地层透水性为中等透水，达到了较好效果。

3.2 桩基加固

4.2.1 桩基加固的施工要点和主要技术参数

1)施工要点。桩基加固原则上是将盾构机停机位置刀盘四周的围岩全部由桩群来替换，以最大限度的提高开挖掌子面四周围岩的稳定性。

第6个加固点停机位置为DK5+028，距离盾构始发井已经掘进了1 758 m，切刀掉落严重，刀盘耐磨焊也有一定的磨损;为使刀盘能顺利的完成之后3 km多m的掘进任务，决定在此加固点进行带压进舱动火作业，对切刀的刀具形式进行改造，对刀盘的耐磨焊进行补焊。

加固区是以DK5+028为中心施作3排玻璃纤维筋灌注桩，最后在隧道轴线上，群桩中间做1根φ 2.0 m的灌注桩，在φ 2.0 m桩中间位置采用旋挖钻钻出1个φ 1.0 m孔，然后人工将下部扩挖成φ 1.3 m工作井，并在井口预埋一段钢护筒。灌注桩完成后对群桩中间的土体及南侧因电力沟影响无法做桩的地层进行补偿注浆，最后在桩顶施作盖梁将所有的桩连成一个整体，盖梁中间将工作井孔口留出，并加盖封闭的井盖。盾构机掘进至第2排桩中间位置停机，使盾构机刀盘恰好将工作井西侧井壁切除，向刀盘舱及工作井内置换高浓度泥浆，保证气密性;然后带压进舱更换刀具，并由专业人员在带压状态下对刀盘刀具进行切割或焊接作业。带压作业完成后，工作井保留，作为后期轨下结构施工的投料孔和隧道轴线测量投点孔。

2)技术参数。灌注桩采用旋挖钻机成孔，安装玻璃纤维筋后，灌注C20的水下混凝土，设计桩长为43.0 m(此处盾构机刀盘埋深为39.8 m)，除了中间一根桩φ 2.0 m外，其余桩径全部为φ 1.0 m。玻璃纤维筋笼主筋φ 28 mm，螺旋箍筋φ 6 mm。钻孔灌注桩共布置3排，桩间距1.5 mm，排距1.0 m，共计24根桩。桩间补偿注浆均采用水泥浆，水灰比为0.8，孔间距0.75 m，排距0.5 m，梅花形布置。灌注桩、工作井及注浆孔位平面布置见图16。

3.2.2 工作井

待φ 2.0 m的灌注桩混凝土达到1 d凝固强度后，在桩顶中心位置画出1个φ 1.0 m的圆，然后埋设护筒。先采用φ 1.0 m的旋挖钻进行钻孔，钻孔时孔内仍然装满高质量泥浆，起到护壁和支撑桩壁的作用。工作井钻孔设计标高为地面以下36 m(刀盘中心下2 m)，保证工作井底部有7 m厚混凝土底板。钻孔完成后，孔内仍充满泥浆，待混凝土达到3 d强度后，将孔内泥浆全部抽排干净，然后人工到孔底采用风镐进行扩孔，扩孔直径1.3 m，高度9 m。扩挖结束后，在孔内距刀盘上方1 m位置做一个钢筋混凝土盖板将工作井封闭，混凝土盖板直径1 m，厚500 mm。具体做法为:在刀盘上部1 m位置孔壁上植筋，从下至上共植3层钢筋网片，钢筋直径均为20 mm，第1层钢筋作为支撑模板用，第2层和第3层作为混凝土盖板的钢筋骨架。3层钢筋网片网格尺寸均为100 mm×100 mm，第1层钢筋网片植好后，上面安装1块φ 1 m的圆形竹胶板，竹胶板上面再植2层间距为400 mm的钢筋网片，上下混凝土保护层厚度为50 mm，然后浇筑C20混凝土。待盖板混凝土强度达到100%后，将孔内盖板以上至地面部分灌满清水。

图16 灌注桩和注浆孔位平面布置图Fig.16 Plan layout of cast-in situ concrete pile and grouting hole position

上部井口同样也做一个钢筋混凝土盖板，盖板的底模采用20 mm厚的钢板与井口钢护筒焊接在一起，上面布置2层钢筋网片，2层钢筋网片也与钢护筒焊在一起并浇注C30混凝土，盖板顶部标高与地面平齐，最后回到沥青路面将井口盖住，并在井口位置做好标记，工作井密封完成后，盾构机刀盘切入井内进行带压动火作业。钢筋混凝土盖板断面形式见图17和图18。

图17 下部混凝土盖板示意图Fig.17 Concrete board at the foot

图18 井口盖板示意图Fig.18 Concrete board portal

3.2.3 桩间土体补偿注浆加固

为保证加固效果，最后在群桩之间和桩周边进行补偿注浆加固土体。采用地质钻机成孔，然后安装袖阀管，通过袖阀管向地层注水泥浆，达到补偿加固桩间土体的目的。注浆孔位置可根据桩间距和桩间相对位置梅花形布置，浆液采用水灰比0.8～1即可。

3.2.4 压顶梁施工

当所有灌注桩达到设计强度后，将桩头混凝土凿除1.0 m，露出玻璃纤维筋笼。然后将各桩之间的渣土清除干净，绑扎压顶梁钢筋笼，压顶梁钢筋应将所有桩头玻璃纤维筋笼连接起来，成为一个整体，压顶梁厚1 000 mm，面积为覆盖所有灌注桩。

4 带压进舱作业的保压措施

4.1 分析气体逃逸的原因

根据历次带压进舱观察进气管路上SAMSON阀门定位器的补气情况看，开挖舱内的气密性问题已经逐步得到了很好的解决，经过不断的试验和总结，终于找到了开挖舱内气体逃逸的原因和防止气体逃逸的办法。

根据盾构带压作业特点分析，舱内高压气体泄露的原因主要有以下几方面:

1)掌子面地层漏气。由于盾构穿越的地层以砂卵石为主，地层孔隙率较大，带压进舱换刀需要将开挖舱内的液位降至50%以下，这时刀盘中心以上的掌子面及盾构机范围内开挖中线以上的围岩都处在无泥浆支护状态下，如果在掌子面和围岩表面没有形成一层较好的泥膜，舱内的高压气体就会从围岩表面砂卵石间的空隙逃到地层中去，见图19。

2)盾构设备本身密封不严造成漏气。当开挖舱内液位降至50%左右，盾构机刀盘中心以上部分没有泥浆，压缩空气将直接作用在盾构的上半部分，压缩空气可能会沿盾构本身密封不严的舱门、管道、阀门等地方逃逸。

图19 泥膜过薄没有完全覆盖暴露的围岩Fig.19 Exposed surrounding rock mass

3)中盾预留管路漏气。中盾有一些预留注浆孔，如果一些注浆孔的阀门关闭不严也是气体逃逸的途径。

4)盾尾密封刷处漏气。盾尾是和管片相接的地方，主要靠盾尾油脂和盾尾密封装置进行密封，如果有部分盾尾刷损坏或者盾尾油脂注入量不够、分布不均匀而没有形成完全的密封都容易造成气体的逃逸。

5)盾壳周围地层漏气。降液位后，盾壳上部和围岩之间已经没有泥浆填充，使盾壳上部分形成气体逃逸通道，压缩空气沿盾壳上部分向后逃逸，若盾壳周围地层没有良好的泥膜保护，压缩空气有可能向盾壳周围地层中逃逸。

6)管片接缝处向隧道内漏气。若同步注浆未充分填充管片壁后的空隙和地层，压缩空气很可能沿管片壁后的空隙向后逃逸，若管片拼装时错台较大、破损、止水条脱落等缺陷造成管片接缝密封不严，则压缩空气会沿这些缺陷向隧道内逃逸，造成漏气。

综合以上漏气原因，并结合几次带压换刀情况分析，在保证掌子面泥膜质量的条件下，造成带压作业漏气的主要原因是:盾壳和盾尾与地层间的缝隙封堵不严，使压缩空气沿盾壳向盾构后方逃逸而漏气。

4.2 带压进舱气密性的保障措施

根据几次带压进舱的结果看出:保证带压作业气密性主要是解决盾壳和盾尾后方的气密性问题。只要盾构后方气密性好，压缩空气不泄露，不逃逸，即使掌子面地层没进行加固，带压进舱作业也是安全的。分析盾构带压作业可能造成漏气的几方面原因，在非加固段进行带压作业时主要采取以下措施来保证气密性。

1)在预计的带压进舱作业点之前15 m左右开始提高泥浆质量，制备比重大小为1.05，黏度为18～20 Pa·s的新鲜泥浆来携碴循环，使高黏度泥浆充分渗入到盾壳周围地层中，形成良好的泥膜，保证盾壳周围地层不会漏气。

2)加强同步注浆量，保证6根同步注浆管通畅，能够同时注浆。适当提高同步注浆压力，但不得超过盾尾密封油脂的注脂压力，使同步注浆充分填充管片壁后空隙，并充分渗入地层的空隙中，隔断压缩空气向管片壁后地层中逃逸的通道。

3)加强管片拼装质量，避免管片破损或止水条脱落，确保管片接缝密封性，防止压缩空气从管片接缝处向隧道内逃逸。

4)检查盾构本身的气密性，包括人舱、气垫舱门的密封性，同步注浆管路、中盾注脂孔、超前注浆孔、冲刷管等各个管路阀门关闭后的密封性，防止因盾构设备本身密封不严而造成漏气。

5)盾构到达预定的带压进舱换刀地点后，主要采取泥浆置换和向中盾、盾尾注入高浓度泥浆和堵漏剂的方法增加气密性，防止气体逃逸。具体施工方法如下:

①盾构停机后先进行泥浆循环，将刀盘舱内切屑下的渣土完全循环出地面，使刀盘舱内全部为泥浆充填。

②在新浆池拌制高黏度泥浆，并适量添加Ⅱ型制浆剂(堵漏剂)。泥浆黏度控制在90～100 Pa·s，比重为1.05，新浆拌制总量为150m3。

③向盾尾注人高浓度泥浆。在地面搅拌站拌制高浓度膨润土浆，并添加堵漏剂或细锯末，膨润土浆液配合比为膨润土∶Ⅱ型制浆剂(堵漏剂)∶水 =300∶150∶1 000(质量比)，泥浆比重控制在1.3以上。通过同步注浆管路向盾尾脱出的管片壁后注入高浓度泥浆，注浆压力根据该点的静止水土压力之和设定，压注泥浆的终压比该点水土压力之和大0.05～0.10 MPa。

④向中盾壁后注高浓度泥浆。向盾尾注入高黏度泥浆完成后，利用中盾预留的6个注脂口向盾壳背后注入高黏度泥浆。采用同步注浆系统间隔跳孔进行注浆，注浆压力控制比刀盘舱对应位置的压力大0.02 MPa左右。注浆顺序是先向下部注入比重为1.2左右的大比重泥浆，后在上部注入比重为1.05左右的小比重泥浆，发现气垫舱液位上升10%后停止注浆，更换位置再继续注入。

⑤将刀盘舱内置换高黏度泥浆。首先将新拌制的高黏度泥浆从新浆池通过泥浆管输送到盾构机1号拖车的砂浆储存罐中，然后将气垫舱液位降至45%～50%，保证开挖舱中心压力等于该点的水土压力。将2根同步注浆管接在前盾中部的2根注浆口上，利用同步注浆泵向开挖舱注入新制的高黏度泥浆，待气垫舱液位上升至70%左右时，利用排浆管缓慢排浆，降低液位。待气垫舱液位降至45% ～50%，继续向开挖舱内注入新浆。如此循环，直至将150 m3高黏度新浆置换完成。

⑥泥浆置换完成后，即开始转动刀盘。刀盘转速控制在1 r/min左右，刀盘转动次数为5～10 r。

⑦然后开始保压，保压按照开挖舱中心起始压力起算，每间隔30 min提高0.01 MPa，使终压比起始压力高0.03～0.05 MPa左右即开始保压，液位仍控制在50%左右，保压时间不低于3 h。

⑧为防止盾壳周围填充的高黏度泥浆流失，在刀盘舱保压期间，应继续向中盾壁后补注高黏度泥浆，浆液拌制及注浆压力控制同前，发现气垫舱液位上升即停止注浆。

⑨带压进舱1～2次后，必须向中盾补注高黏度泥浆，否则有可能严重漏气，人员无法带压进舱。连续进舱5～8次后，由于掌子面泥膜逐渐变薄，漏气现象将逐渐严重。必须根据掌子面泥膜的变化情况，对刀盘舱重新置换高黏度泥浆，以确保掌子面的气密性，同时必须向中盾补注高黏度泥浆。

泥浆置换后，开挖舱掌子面形成的泥膜见图20和图21。

4.3 泥浆置换注意事项

1)在泥浆置换及降液位过程中应严密监视开挖舱及气垫舱液面及压力变化，发生液位突变应立即停止注浆。

2)严格按技术交底要求设定压注泥浆的压力，并时刻监视液位变化。发现异常情况，应调整注浆压力后再进行。

3)派专人在隧道内巡视观察管片的变形情况，若发现管片变形、错台增大等情况时，应马上停止注入。

4)由专人负责，加强地面巡视和监测，发现异常情况，马上通知主控室，停止注浆，立即采取相应的应急措施。

5)从中盾向盾壳外注泥浆时，当注浆压力达到设定压力或泥水舱液位发生变化时即停止注浆;盾尾注泥浆时，当注浆压力达到设定压力时即终止注浆。

5 结论与讨论

在城市大直径泥水平衡盾构的施工中，停机换刀点的地层稳定和仓内气压的稳定及密封是保证工程施工质量和安全的关键。本文通过北京铁路地下直径线的一些工程实例，论证了一般的停机换刀点的加固，通过小范围地面袖阀管注浆的方式结合仓内改良泥浆来解决;如果需要长时间的停机修补刀盘，则可利用群桩套打形成桩间小型工作室的方法来代替开挖竖井，即解决了地下的作业空间，又节省了工程造价和工期。对于开挖舱内的密封问题，则可以通过循环置换改良泥浆来解决，防止舱内压缩空气的泄露。但存在不足的是:在砂卵石地层中注浆加固，浆液在地层中扩散并不是很均匀，在浆液配比、注浆压力和注浆工艺上还需进一步改善;桩间小型工作井空间狭小，舱内工作周期长，以后还需在工作井的空间方面做进一步改进。

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