1 做好土压平衡盾构机刀盘泥饼防治工作必要性
近年来，我国城市地下轨道交通建设迎来高峰期，土压平衡盾构施工技术应用越来越广泛，但土压平衡盾构机在中、强、全风化岩和黏性土体层掘进过程中，挖掘面的土体受到土压平衡盾构机的碾压，导致在刀盘中心位置扩延至土仓内壁附着泥饼，泥饼风干后逐渐坚硬会堵塞刀盘开口。一方面，泥饼会引起盾构机土仓压力频繁波动，容易引起盾构机损坏；另一方面，泥饼和土仓中隔板长时间摩擦会导致中隔板等位置温度快速升高，容易引起盾构机封闭性能下降。因此，必须要做好复合地层地质条件下复合式土压平衡盾构机刀盘泥饼防治工作，提高土压平衡盾构机的施工掘进能力和施工的安全性。
2 土压平衡盾构机刀盘泥饼形成原因分析
2.1 地质条件影响
全风化、强风化、中风化的泥岩包括泥质粉砂岩、粉砂质泥岩土层富含有黏土矿物，其颗粒直径小、黏性大，通过盾构刀具的切削以及刀盘的冲击共同作用下，岩层由块状物磨碎成粉状物，容易吸附粘着在刀盘上。如果盾构机掘进参数设置不合理或者土层改良效果不理想时，刀盘吸附的碎屑粉末状的黏土颗粒会形成泥饼。
2.2 盾构机刀盘开口率和刀具布置影响
（1）在盾构机在带有黏性土体地层中施工过程中，如果减少刀盘的开口率特别是刀盘中心开口率，那么盾构机刀盘泥饼的形成概率会增加。此外，刀盘的开口率减少，会影响刀盘的强度、硬度、刚度。在盾构机刀盘进行设计过程中，需要充分考虑盾构机刀盘在不同地层地质类型的适应性，包括安装滚刀的设计规格，在一定程度上限制了刀盘的开口率。
（2）盾构机盾构刀具的布置对于刀盘泥饼的形成也存在一定的影响，盾构刀具中先行刀和刮刀的布置高差一般为3cm左右，其布置依据地层地质予以确定。在盾构机施工过程中，地层往往存在一定的变化，在软硬程度不同、抗压强度不同的地层类型中，所需要的刀具布置由于适应不同的地层在数量上会较大，而刀具越多不仅使扭矩加大，在黏性地层中还容易粘结泥饼。
2.3 施工因素影响
（1）土仓的压力过高。盾构机在黏性地层施工过程中，由于黏性土体较多，盾构机在掘进时其螺旋机排土较慢，使渣土在土仓内积聚挤压，土仓内的土压、土体温度会逐渐升高，渣土在刀盘上吸附形成泥饼。随着盾构机的不断掘进，刀盘上吸附的泥饼在土压作用下硬度和密度相应增大，刀盘“迟钝”后切削土体的功能会逐渐下降。
（2）改良措施效果不佳。盾构机在掘进过程中为了提高渣土的流塑性、和易性，往往会使用添加剂，包括水、泡沫剂、膨润土、高分子聚合物等，可依据不同地层地质类型选用添加剂种类和调整添加剂配合比。但盾构机在实际施工过程中由于各种因素，像施工经验欠缺、施工技术水平较低、参数设置不合理、地层地质形状判断不准确等会影响添加剂的类型、配合比、添加量，无法有效地对渣土进行改良，从而形成刀盘泥饼。同时，由于加入添加剂会导致刀盘面板注入孔或者管路堵塞，不仅影响添加剂的注入量，还容易形成泥饼。
3 复合地层地质条件下复合式土压平衡盾构机刀盘泥饼防治措施
3.1 优化改造土压平衡盾构机设备
上文提到泥饼的形成主要是由于盾构机在施工过程中泥质粉砂岩地层、黏性土体受刀盘挤压而堆积附在刀盘上，可以考虑优化改造土压平衡盾构机设备，增强土仓内循环能力，降低黏土的吸附力。因此，土压平衡盾构机设备应结合环流系统特点，对土仓内循环装置进行改造设计，可以满足刀盘注水同时在刀盘中心开口处注入泥浆。
土压平衡盾构机土仓装置的旋转管前端可与刀盘相连接，中部端孔可和刀盘注水通道相连，将固定支座置于盾构机隔板上，尾部可与循环泵送泥管连接，并利用旋转管内的隔板分成两个相隔离的部分。一方面，循环泵将土仓内的循环泥浆传输至土仓后腔位置，经过管控注入刀盘两侧，这样能够对刀盘起到直接冲刷作用和加大土仓内的循环流量，并通过对循环泵的转速进行调节。这样可以将刀盘切削下来的黏土直接循环“冲走”，有效防止黏土的板结和粘连；另一方面，循环泵可以将高压注入水灌入旋转管前部后至中心开口，这样从循环泵灌入的循环泥浆可以大大增加土体的流塑性，起到稀释泥浆黏稠度作用，从而提高土压平衡盾构机对于堆积渣土的排泥输送能力。
刀具配置也是土压平衡盾构机刀盘防止泥饼的途径，对刀具配置进行调整，并增加刀具高度差，这样对于刀盘切削面所沉积下来的渣土，便留有充足的排出空间，缩短渣土在刀盘中心及周围滞留的时间，减缓土压平衡盾构机施工过程中土体由于挤压形成泥饼的速率。而且，在土压平衡盾构机土仓隔板中部可适当增设搅拌器，增加堆积渣土的流动性（见图1）。
图1 在土压平衡盾构机土仓隔板中部增设搅拌器
3.2 严格控制环流泥浆的性能指标
土压平衡盾构机在中强风化岩以及黏性地层施工过程中，使用优质泥浆将土仓内的黏性土予以置换具有重要意义，可以有效防止渣土在刀盘和土仓周围堆积，因而应当严格控制环流泥浆的性能指标，包括密度、黏度、析水率等。需要注意的是，应根据土体试验选择科学参数。一般来说，环流泥浆的密度为1.05～1.15，黏度为18～20，每循环用水量为8m3，每循环分散剂混合液用量为6m3，土体压力的设置数值在不同地层相应调整。在施工的初期阶段，可在泥浆内加入润滑剂，从而减少土体中的岩石粉末和黏度。
在土压平衡盾构机掘进过程中，泥浆会由于渣土原因导致黏度和重量的迅速上升，导致循环泥浆渣土携带能力的严重下降。因此，应及时对泥浆指标进行试验，若条件允许，可5～10min监测一次，根据泥浆的性能指数采取排浆和加水措施。
3.3 改善土压平衡盾构机掘进参数和系统配置
密切关注土压平衡盾构机掘进参数，特别是刀盘扭矩推力存在的变化异常现象。在掘进施工过程中，应做好对循环泵的不间断循环和对刀盘的不间断冲洗工作，并相应结合刀盘中心的注水系统，在完成掘进后继续保持循环，将土仓渣土和刀盘排空。
在土压平衡盾构机掘进过程中避免使用逆循环推进模式，保持掘进速度在2cm/min以内，如果刀盘的扭矩不大可适当加快刀盘的转速，从而减少大块黏土形成的数量。刀盘运行过程中不宜长时间采取相同方向，而应经常进行正反方向切换。同时，对渣土排出量情况密切关注，如果在某时间段排出量异常减少则表示存在泥饼，应及时对土仓和刀盘进行循环清洗，一般以掘进30cm为宜实施一次清洗。
保持刀盘和土仓内各种添加剂、泡沫和注水口畅通，及时疏通堵塞管道。注意监测刀盘电机和密闭土仓温度，如果温度过高可将循环水泵切换至手动模式，保证土仓内温度在30℃以内。
4 结语
综上所述，尽管土压平衡盾构机施工在地下轨道交通建设应用的时间较长，但刀盘泥饼的问题一直没有得到很好的解决，严重制约工程施工效率。因此，必须要依据泥饼的形成原因结合复合地层地质条件下的施工经验，对土压平衡盾构机设备进行优化，严格控制掘进参数，根据不同地层地质情况相应调整，减少刀盘泥饼形成，提高掘进施工效率。
参考文献
[1]王国义，张波．土压平衡盾构泥饼防治技术浅析[J]．施工技术，2016，（S2）.
[2]贾璐，温法庆，黄欣，等．土压平衡盾构刀盘泥饼防治综合技术研究及应用[J]．施工技术，2015，（S1）.
收稿日期：2018-03-27
作者简介：郗晶（1989-），男，陕西渭南人，供职于中交二公局铁路工程有限公司，研究方向：地铁施工管理。
