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土压平衡盾构由于开挖面外原状土与开挖面内渣土平衡介质不同，有敞开掘进模式、气压掘进模式和土压掘进模式等，当土压平衡盾构顶部配置了泥浆平衡系统后也可以说成泥水平衡模式，这就由土压平衡模式变成了“四模”：敞开掘进模式、气压掘进模式、土压掘进模式与泥水平衡模式。这只是中国盾构人玩的文字游戏而已，但确实土压平衡盾构可实现以上的几种平衡模式。 成都砂卵石地层由于其特殊性，盾构掘进超方与滞后沉降一直是大家关注的话题，一直在探讨如何降低土压平衡盾构掘进超方与滞后沉降，说到底就是只要解决了盾构掘进超方问题也就解决了滞后沉降难题。笔者依据成都砂卵石近17年的经验总结出成都砂卵石应达到“满舱保压”掘进模式。现详述下“满舱保压”掘进模式的原由及控制方法。 1、现今土压平衡盾构的平衡压力选取 笔者依据现今盾构周边圆弧形刀盘的特点，通过圆弧形开挖面微小单元体主动平衡与被动平衡压力推导计算，提出了确保刀盘开挖面上方无变形的主动平衡压力与被动平衡压力，最终确定了刀盘开挖面上方无变形的平衡压力最小是开挖面土体自重应力的结论。由于盾构掘进埋深一般都很深和盾构承压能力的限制等原因，盾构土舱压力一般都要低于开挖面土体自重应力，这就导致刀盘上方开挖面都存在一定程度的变形（向下沉降），理论上只要不低于最小极限平衡压力地表沉降还是可控的。
2、成都砂卵石地层盾构保压掘进的难题 成都砂卵石地层土压平衡盾构按常规保压掘进发现，在土舱压力大于最小极限平衡压力前提下盾构掘进还是存在超方，有时随着土舱压力的提高超方量也不会有所降低，甚至土舱压力高也会存在大量的超方，也就是说土舱压力并不是盾构掘进超方与否的必要条件。总结发现，由于砂卵石比重大，渣土改良不好砂卵石易于沉积至土舱下方，盾构土舱上方是水、泡沫、泥浆等渣土材料，盾构刀盘上方经扰动松散的卵石是无法在泥浆中不向下掉落，如向深海中抛一块石头，无论石头所到位置水压有多大，最终石头都要落入海底，不会因水压高而漂浮于海水中。由于刀盘的扰动与震动，开挖面上方松散卵石落入土舱，导致盾构掘进超方，也就是说成都砂卵石地层下气压平衡、水压平衡、泥水平衡和敞开式掘进都会导致盾构掘进超方，进而导致地表沉降过大或坍塌。
3、满舱保压掘进模式 综上所述，成都砂卵石地层下其他掘进保压模式都不行，只有土压平衡模式才能确保经扰动过的刀盘上方松散卵石不会掉落入土舱。土舱内（包括土舱上部）应全部是主材（土颗粒或卵石），才能确保上方卵石由于土舱上部主材的承载力作用不落入土舱。
4、满舱模式的判断与控制 砂卵石地层盾构掘进不超方必须采用“满舱保压”掘进模式，笔者总结出满舱保压掘进模式控制方法如下：盾构正常参数掘进状态下，螺旋输送机转速适当降低，当盾构扭矩、推力和掘进速度无大的变化时螺旋输送机转速再适当降低，当盾构扭矩增大、推力增大，掘进速度急剧降低时，说明土舱内全部被土颗粒和卵石填满，然后适当提高一点螺旋输送机转速，确保盾构掘进速度正常，这时可判断为砂卵石地层下盾构基于处于满舱保压掘进模式，盾构按此参数掘进。 5、满舱保压掘进模式的前提条件 土压平衡盾构达到满舱保压掘进模式的主要前提条件是做好渣土改良。只有渣土改良做好，渣土达到即不易喷涌也不易结泥饼的理想状态才能保证盾构的正常掘进。渣土改良最优方法笔者在以前文章中有详细叙述，这里不再赘述。
总结：成都砂卵石地层土压平衡盾构掘进在做好渣土改良的前提下应达到“满舱保压”掘进模式，这样才能确保盾构掘进不超方。 |
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