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高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定研究
高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定研究
摘要：随着城市化进程的不断发展，地下空间的建设越来越重视。因此，盾构的应用越来越广泛。然而，盾构在小直径、高水压、软弱围岩等复杂地质条件下的掘进，会引起地层变形、管片断裂、水泥浆失稳等稳定问题。本文综述了高水压小覆土泥水盾构掘进中开挖面的稳定性问题，分析了主要影响因素，并提出一些合理的控制方法，以保障盾构的施工安全。
关键词：高水压；小覆土；泥水盾构；开挖面稳定；控制方法。
一、引言
泥水盾构作为一种常规的地下隧道施工方法，在城市建设中得到了广泛的应用。然而，盾构的施工环境是十分复杂的，不同地质条件下，掘进面会受到不同程度的影响，如地层变形、管片断裂、泥浆失稳等问题，极大地影响了盾构的施工进度和质量，因此，如何保障盾构的施工安全，成为施工过程的重中之重。
高水压小覆土泥水盾构掘进是目前最具挑战性的盾构施工形式。掘进面处于高压水下，泥浆则是控制开挖面的媒介。在这种情况下，开挖面稳定性的保障至关重要。本文将阐述高水压小覆土泥水盾构在开挖过程中可能出现的稳定性问题，并提出一些可行的控制方法。
二、相关概念
1.泥水平衡
泥水盾构施工中，泥浆是控制开挖面的关键媒介。泥浆的作用是将掘进机前方的岩土层软化，从而达到减少阻力的作用。同时，泥浆还要起到支撑管片、控制地层水流、防止塌方等多种作用。因此，泥浆的流量、压力、粘度等参数的控制十分关键。若泥水平衡不良，则可能会引起管片断裂、土层失稳等严重问题。
2.掘进机
掘进机是泥水盾构施工的关键设备，根据掘进机的不同结构和功能，可分为刀盘式掘进机、轮机式掘进机、埋头式掘进机、挖掘车式掘进机等。不同的掘进机在施工过程中，对开挖面的稳定性影响也不同。
3.地层
地层是指地球表层的不同岩土层；在泥水盾构施工中，地层的性质直接影响了施工中各项参数的控制以及岩土层的强度和稳定性。因此，在施工过程中要充分了解地层的特征和特性，及时调整掘进工艺和掘进参数，确保施工过程的顺利进行。
三、高水压小覆土泥水盾构(openfaceTBM)掘进面稳定性问题分析
1.水力压力影响
在高水压小覆土泥水盾构施工过程中，水力平衡受到了严峻的考验。如果水压过高，泥浆的泵送阻力也随之增加，从而影响了泥水平衡的控制。同时，高水压也会对管片、掘进机等设备造成损害，严重影响施工进度。
2.覆土厚度影响
在小直径泥水盾构的施工过程中，覆土越薄，岩土层越脆弱，掘进机的作业空间也越小，掘进面的稳定性难以保障。特别是在高压水下，岩土层受到的水压也会导致覆土的变形，加大了开挖面的稳定性难度。
3.软弱围岩影响
在某些场地，孔洞度高，地层变形极为剧烈，此时泥水平衡控制十分困难，岩土层的强度和稳定性变化无常，掘进机的稳定性也会受到严重的影响。此时应采取合适的控制措施，如增加泥浆压力和泥浆浓度，延长巷道支护时间，确保施工安全。
4.其他影响因素
掘进机的转速、施工速度、泥浆的粘度、密度等参数也会影响掘进面的稳定性。施工前，应对不同地质条件下的施工参数和设备进行充分的试验和优化。
四、控制方法
1.优化泥浆的组成和参数，确保泥水平衡。根据地质条件和孔洞度等因素，调整泥浆流量、压力、浓度、粘度等参数，确保泥水平衡的稳定性。
2.采用合适的管片和瞬间支护技术，保证管片的安全和稳定。选择适当的型号、质量好的管片，以及合适的支护装置。
3.控制掘进机的速度和转速，使其处于稳定状态，减少掘进面的震动和对管片的影响。
4.建立疏浚清淤工程，减少掘进面周围的水蚀现象。
5.采用合适的施工管理体系，完善的监控系统和应急预案，及时处理各种意外情况。
五、结论
高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面的稳定问题，是目前泥水盾构施工中比较严峻的问题之一。本文对其进行了分析，并提出了一些可行的控制方法。这些方法可以为泥水盾构的施工提供科学的依据，减少可能出现的稳定问题，保障施工安全和质量。