膨胀性粘土中大直径泥水盾构的应用摘要：扬州瘦西湖隧道采用泥水盾构法施工，穿越地质为全断面膨胀性粘土，地层呈中膨胀性，遇水易崩解，粘结力强，易粘结成团，颗粒微细，泥浆量大。通过对该地层的特性分析，采取盾构刀盘冲刷系统和泥水循环系统改造措施,增设大块分离功能，采用多级分离，长距离管道输送，多级沉淀等方法，解决了大直径泥水盾构在全断面膨胀性粘土掘离等施工难题，使泥水盾构首次在该地层得到成功应用，提高了掘进进度，保证了工程顺利实施。关键词：泥水盾构；膨胀粘土；掘进技术中图分类号：U455文献标识码：A1引言在地下工程施工领域，采用泥水盾构法施工的工程项目中，其穿越地层多为岩石、砂土或砂性粘土类地质，在纯粘土地层长距离掘进的工程很少见［1］,而采用泥水盾构长距离穿越全断面膨胀性粘土没有先例。膨胀性粘土具有遇水易崩解，粘结力强，易粘结成团，颗粒微细，造浆量大等特点,对大直径泥水盾构在全断面膨胀性粘土中的应用尚存在诸多技术难题［2］。扬州瘦西湖隧道为保护文物和景区，采用超大直径泥水盾构深挖方案，盾构机将长距离全断面穿越膨胀性老粘土地层，在国内尚属首次［3］。该地层具中膨胀性、隧道开挖时,开挖面长时间遇水侵泡极易崩解脱落失稳，切削的磴土在泥浆中极易粘结成团，造成刀盘结泥饼、搬运过程堵塞管道，造成盾构掘进困难，同时由于粘土颗粒微细，在泥浆循环、冲刷、搬运过程进粘刀盘、结泥饼,掘进困难，泥块泥团难输送，泥水难分中会不断的溶解、破碎，产生大量的泥浆，且难以快速脱水分离，成为本工程亟待解决的施工难题。2工程背景与难点分析2.1工程概况扬州瘦西湖隧道为扬州市规划的东西向重要城市交通通道，隧道全长约3.6km,盾构段全长1275m,单管双层设计，设计时速为60km/h,采用一台直径为14.93m的泥水盾构掘进施工。盾构穿越全断面膨胀性老粘土地层，该地层标贯值达29飞5击，含水率仅为21%左右，塑性指数达17.7〜22.4%,地层强度高，粘性强，粘粉粒含量高达90%以上，自造浆能力极强，施工时会排出大量的泥浆，盾构施工过程中将产生约65万方泥浆［4］。2.2工程难点分析扬州瘦西湖隧道工程是目前世界上直径最大的单管双层隧道，是首次采用泥水平衡盾构机在全断面膨胀性硬质粘土地层进行施工的隧道，没有成功经验可供借鉴，施工中面临多项技术难题：(1)扬州瘦西湖隧道工程采用的是针对南京长江隧道地质量身定制的盾构机，为适应瘦西湖隧道全断面膨胀性粘土，必须对其进行适应性改造，使之有效克服刀盘结泥饼的难题，达到快速掘进的目的；(2)由于盾构穿越地质粘度高、颗粒超细，施工中产生大量泥浆或结泥团，泥水分离及泥浆排放处理困难；全断面粘土地层掘进参数控制难度大。(3)由于盾构在粘土地层掘进易产生泥团泥块，颗粒微细，泥水处理成为施工中的工程难点之一。3膨胀性粘土特性及关键施工技术3.1膨胀性粘土物理性质瘦西湖隧道地层粘性土蒙脱石含量M为25.39%,粘土颗粒组分微细，0.075mm以下颗粒达99.6%,0.005mm以下颗粒达44%。该地区土体具有遇水膨胀，失水收缩，测试平均膨胀率Fs为76%,为中等膨胀性，由于在泥水盾构掘进开挖土体浸水或泥浆时造成土粒间的结构联结和强度丧失，极易导致表层土体崩散解体。试验表明，在静水或静止泥浆中，崩解成2mm以下的颗粒的量很小，只占不到试样总体积的3%o粘土一旦溶于水中形成泥浆，将非常难以利用机械方法进行有效分离，泥水盾构在该地层实际掘进时，由于受到刀盘切削、泥浆冲刷、高压输送、土体崩解、长距离管道运输等作用，经泥水分离设备分离后的超过2iniii以上的粘土块或大颗粒仅为磴土总量60〜65%,其它均经剪切或拌合作用形成大量废弃泥浆，给泥浆处理带来巨大困难。粘土块在泥浆管道动力条件下，运动的距离越长，溶解破碎量越大，重新粘结成块状土体颗粒的概率也越大，因此在管道终端形成无棱角的外表圆滑的土块，泥水分离设备进行及时分离。3.2盾构机适应性改造图1刀盘冲刷口布置图图2刀盘冲刷系统管路布置图（1）刀盘冲刷系统改造方案从盾构机主机处进浆管引以专用管道，采用90KWP01加压泵加压后，通过盾构机中心锥的中心回转接头分6个支管（见图2）,分别引入的六个主臂...