盾构施工中泥饼是指盾构刀盘切削下来的细小砂土、颗粒、黏土块不能及时排出，在刀盘舱内重新聚集且不断挤压之后形成半固结和固结状的块状物体。

　　 盾构在粉质砂岩、砂卵石、黏土地层中掘进时，容易在盾构机刀盘面板、中心牛腿及刀箱内形成泥饼。一旦形成泥饼，会造成盾构机掘进时刀盘扭矩增大、推力增大、掘进速度降低、排碴困难，严重影响施工效率。

　　 针对盾构刀盘结泥饼的问题，诸多学者进行了相关研究 ^{[1,2,3,4,5,6]}。王助锋等 ^[3]针对泥质粉砂岩地层对盾构刀盘结泥饼的施工对策进行了研究;赵国栋 ^[4]等针对盾构刀盘中心多次结泥饼的现象，结合刀具、地质冲刷等方面进行了分析和试验研究;陈玉亮等 ^[5]对复合地质条件下的土压平衡盾构结泥饼现象进行了分析，提出了整体防治技术。

　　 上述研究多针对复合地层，而对于在局部黏土地层短时间结泥饼的成因分析研究较少，但实际工程中在局部黏土地层中盾构刀盘形成泥饼的几率更大，对施工效率影响大。本文以北京地铁8号线三期03标王府井站—前门站盾构区间局部黏土地层的盾构掘进为研究对象，对于盾构刀盘结泥饼的情况及防治进行技术分析。

　　 北京地铁8号线三期工程北起中国美术馆南站，南至五福堂站。线路全长17.3km，均为地下线，如图1所示。8号线三期03标王府井站—前门站区间盾构采用2台直径6 280mm泥水盾构机同井始发施工。盾构下穿两处特级风险源:北京直径线、北京地铁2号线;多处一级风险源，还下穿多处文物保护区。由于区间地理位置敏感，对沉降控制要求高。

　　 区间地质情况主要为卵石、圆砾(6)层、卵石、圆砾砂(7)层;区间局部含有黏土，黏土地层主要分布在区间盾构在前门站始发后约200m，区间2号联络通道前后各200m，黏土含量占盾构区间开挖面约20%～50%。区间隧道埋深25～36m，地下水水位0.5～9m，区间隧道全部位于承压水中。

　　 出于对特级风险源的沉降控制和工程地质与水文地质的要求，选择了泥水平衡盾构进行施工。

　　 根据施工参数和开仓查看分析，泥饼产生的主要原因有以下几方面。

　　 黏土矿物颗粒是泥饼形成的物质基础，易结泥饼地层的典型土力学性能指标为c值(黏聚力)较大，φ值(内摩擦角)较小。

　　 据统计和试验，北京地铁8号线三期03标黏土的技术指标如表1所示。

　　 8号线三期03标王府井站—前门站区间盾构始发后掘进段200m范围内地质情况为隧道拱顶以下约2m为卵石、圆砾(6)层，隧道中部约2～3m为可塑、硬塑状的粉质黏土地层，隧道底部为卵石、圆砾砂(7)层。粉质黏土含量在隧道开挖面占比约45%，是区间盾构在含有黏土地层掘进时形成泥饼的主要因素。

　　 刀盘中心区开口率小是造成盾构掘进中结泥饼的重要因素。本区间左线盾构机刀盘开口率为33%，盾构掘进时刀盘中间位置线速度较小，同刀盘外周圈相比中间位置贯入度较大，掘进时刀盘刀具切削的黏土块较大，使得切削下来的黏土块不能及时通过刀盘开口进入开挖仓，造成刀盘开口、中心牛腿结泥饼，最后造成刀盘面板结泥饼。盾构机刀盘如图2所示。

　　 泥水盾构使用泥浆的目的是使开挖面稳定，在防止塌方的同时将切削下来的渣土形成泥浆并流畅地运往地面。泥浆指标控制是否与地层相适应，直接影响携渣能力。泥浆指标主要通过泥浆的密度和黏度控制。掘进中进浆密度不宜过高或过低，过高将影响泥浆的输送能力，过低将不利于开挖面的稳定。从土颗粒的悬浮性来讲，要求泥浆的黏度越高越好，考虑到泥浆处理系统的自造浆能力，在黏土地层掘进时随着推进环数增加，泥浆越来越浓，相对密度也呈直线上升，而相对密度的增加不能表示泥浆的质量越高越好，反之可能引起泥浆离析产生沉渣，造成渣土在刀盘仓内堆积，沉渣排出不利，不断循环挤压导致盾构机刀盘结泥饼。所以应控制泥浆指标在最佳状态，使盾构机刀盘切削后的渣土及时排出，避免泥饼形成。

　　 泥水盾构靠进浆的冲刷来保证碴土的排出，较好的冲刷能防止泥饼的产生和形成。由于泥浆的冲刷都是在刀盘后部，所以刀盘前面冲刷效果要差很多，很容易产生泥饼。

　　 盾构掘进过程中加强盾构掘进参数控制和环流系统操作。

　　 摸清工程地质和水文地质情况，加强对盾构掘进参数的判断。

　　 1)适当提高转速，降低贯入度，减小掘进中切削土块的体积。

　　 2)加强冲刷，适当减速或停机冲刷。

　　 3)碎石机以摆动模式为主，破碎模式为辅。

　　 适当延长循环时间，且循环过程中刀盘低速旋转。

　　 区间盾构掘进时设置100m试验段，在试验段掘进中分析预设掘进施工参数的合理性，通过试验段总结优化掘进下列主要施工参数，为后续掘进施工提供理论依据。

　　 王府井站—前门站区间盾构在试验段掘进中，刀盘切口压力设定为0.23～0.24MPa，实际掘进时按照理论计算值进行控制。刀盘切口压力曲线如图3所示。

　　 区间左线盾构在掘进114～144环时，掘进范围内含有黏土量较大，出现结泥饼现象，刀盘扭矩及推力加大。

　　 通过本区间掘进0～42环以及在42环处带压进仓，并在第1次开仓清理泥饼后的掘进中总结，在每环掘进中使用分散剂泡仓，每环泡仓2次，掘进中刀盘扭矩控制在2 500～3 500kN·m范围内、掘进中推力控制在15 000～20 000kN范围内稳定掘进，参数出现异常时及时停机使用分散剂泡仓。扭矩曲线如图4,5所示。

　　 通过在区间114～144环含黏土段内掘进中对刀盘扭矩及推力控制，并结合分散剂泡仓，能够有效防止泥水盾构在黏土段内掘进时刀盘结泥饼的控制。掘进时降低刀盘转速并控制在1.7～1.8r/min，掘进至130环时参数开始好转，考虑刀盘在含有砂卵石地层中掘进时磨损情况将刀盘转速降低至1.4r/min。速度平均控制在8～15mm/min。掘进速度曲线如图6,7所示。

　　 在泥水盾构施工过程中，必须使泥浆的密度和黏度保持在一定的范围内，才能有效防止渣土在刀盘仓内堆积，使渣土能够及时抽排走，确保排浆管的吸浆口畅通。

　　 区间左线盾构在黏土掘进时，泥浆黏度控制在17～19s，而泥浆密度控制在1.08～1.12g/cm³时泥浆的携渣能力较好，能够降低刀盘结泥饼的速度。当泥浆密度或黏度超标后，一般做法是向泥浆中加注清水来降低密度和黏度。当泥浆密度超过1.2g/cm³无法调整为盾构掘进需要的泥浆指标的情况时，采用离心机处理的方法，进行废浆处理，同时制备新浆用于盾构掘进施工。

　　 分散剂是指含有快T，焦磷酸钠等材料配制成的强制分散性液体，添加比例一般是5%，技术指标如表2所示。

　　 盾构掘进中，通过对不同比例分散剂浆液浸泡黏土块进行了试验，试验所用黏土块均取自开挖面掘进携带出的黏土块，切割成6cm×5cm×4.5cm的块体。选用与掘进泥浆指标相同的泥浆(即黏度为17～19s、密度为1.08～1.12g/cm³)对黏土块浸泡。通过试验得出，分散剂与浆液体积比例为1∶35时反应时间快，反应更充分。同时考虑分散剂对掌子面黏土地层的影响，防止浸泡时掌子面不稳定，每次浸泡时间为2h，根据掘进参数每环进行2次浸泡，有利于控制刀盘结泥饼。分散剂浸泡试验如图8所示。

　　 结合王府井站—前门站区间盾构左线在含有粉质黏土地层中掘进施工，从3个方面对泥水盾构在黏土地层施工中防止泥饼形成的研究得出如下结论。

　　 泥水盾构在黏土地层中掘进时，通过控制盾构机的掘进参数，提高刀盘转速，增大进排浆流量，延长掘进完成后洗仓时间能够防治刀盘结泥饼。

　　 泥水盾构在黏土地层中掘进时，控制好泥浆指标是预防泥水盾构刀盘结泥饼的重要环节，本区间在含有黏土地层掘进时泥浆的指标控制黏度17～19s、密度1.08～1.12g/cm³的范围内，有利于盾构推力及刀盘扭矩的控制，能够有效防治盾构机刀盘结泥饼。

　　 选用的分散剂与浆液比例为1∶35配合比合理，泡仓时间2h能保证掌子面的稳定，同时能够有效分散泥饼。保证盾构连续掘进施工，避免盾构带压开仓，降低施工风险，同时能够有效控制地面沉降。

　　 泥水盾构施工对周边环境影响小、安全快捷，此措施可为后续相似地层泥水盾构施工提供参考，增加泥水盾构的应用和推广。