2土压与泥水盾构结构原理PPT

1、中铁隧道集团有限公司中铁隧道集团有限公司2010.03.17提纲1 泥水盾构的概念泥水盾构的概念2 泥水盾构的结构原理泥水盾构的结构原理3 泥水盾构的基本配置泥水盾构的基本配置4 泥水盾构开挖面稳定机理泥水盾构开挖面稳定机理5 泥水系统的作用和组成泥水系统的作用和组成6 地质适应范围地质适应范围7 泥水盾构工程应用案例及视频泥水盾构工程应用案例及视频分 离 站 调 浆 池 送 泥 泵 中 继 泵 排 泥 泵 v泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称spb盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在

2、开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。v日本和英国一般采用直接控制型直接控制型泥水盾构直接控制型直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。泥水舱中的泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应，不

3、便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。地地 层层刀盘刀盘进泥管进泥管排泥管排泥管泥浆泥浆压缩空气压缩空气连通管连通管压缩空气压缩空气泥模形成区泥模形成区v泥水盾构主要由以下五大系统构成： 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进的盾构掘进系统； 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统； 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统； 泥水分离处理系统； 壁后同步注浆系统。 水压pw土压泥水压力ps=pc+pw地表面水位线排泥排泥送泥排泥送泥地表下沉水压pw土压泥水压力pspc+pw地表面水位线排泥 1 及时向开挖面的泥水舱提供盾构

4、及时向开挖面的泥水舱提供盾构掘进需求的泥浆，用优质膨润土配掘进需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在开挖面形成泥膜和稳定必须满足在开挖面形成泥膜和稳定开挖面的要求；开挖面的要求； 2 及时把切削下来的土砂形成的泥及时把切削下来的土砂形成的泥浆输送到地面进行分离和处理，再浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。将回收的泥浆调整利用。支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用： v在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透渗透时间增

5、加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。抵抗力。v 支承、稳定开挖面土体。支承、稳定开挖面土体。v 盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。衡效果，有效支承正面土体。v 对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作用。用。主要由膨润土、cms、纯碱和水组成 v膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性vcms（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度v纯碱（碳酸钠）调节ph值、分散泥水颗粒 为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥

6、水处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜的形成。 一般的泥水比重在1.051.3范围内较适宜。 可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是采用2540秒/500cc左右值的泥水。泥水盾构的泥水系统由四大部分组成泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 造浆分系统造浆分系统 泥水泥水输送分系统输送分系统 泥水泥水处理分系统处理分系统 泥水监控分系统泥水监控分系统v盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构开挖面，形成一定厚度的泥膜便补充到盾构开挖面，形成一定厚度的

7、泥膜便于刀盘切削。于刀盘切削。v当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液，进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液，使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。盾构顺利掘进。v拌制泥浆的主要材料是膨润土、拌制泥浆的主要材料是膨润土、cms等。等。v泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、贮备槽、cms搅拌槽、搅拌槽、cms搅拌器、搅拌器、c

8、ms泵、分配阀泵、分配阀和加水设备组成。和加水设备组成。vcms搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的将搅拌后的cms化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液成新鲜浆液。v浆液调整分系统具有新旧浆液搅拌调整功能，同时也起到贮存浆液作用。v回收的浆液经过盾构反复应用后，浆液的比重、粘度指标会不断发生变化，需要再次把切削土砂形成的混合泥浆通过新浆分系统分配的新浆重新进行浆液技术指标的调整。v浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密

9、度泵、器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵和加水设备等组成，送浆泵和加水设备等组成，v调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水舱。盾构泥水舱。hmt6,65fdppppppppppvers usine detraitement de boueto slurry treatmentplantdepuis lusine deproduction de bouefrom the be

10、ntonite plantlfmp.3mmpfdppmppmp.2.ip.1.1p.2.1p.1.iv01v03v02v04v05v06v07v09v11v12v08v10v13v17v15v16v14v20v19v18v21v24v23v22v泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗粒分离。v选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。v泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。实现。v泥水监控分系统由泥水监控分系统由plc程序实现。通过泥水程序实现。通过泥水监控分系统的运

11、用，随时为盾构施工提供可监控分系统的运用，随时为盾构施工提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。靠的信息和采集泥水系统的技术数据。v泥水监控分系统以旁通模式、掘进模式、反泥水监控分系统以旁通模式、掘进模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式控制循环模式、隔离模式和长时间停机模式控制等五种不同的状态进行监控。等五种不同的状态进行监控。hmt6,65fdppppppppppvers usine detraitement de boueto slurry treatmentplantdepuis lusine deproduction de bouefrom the bentonite plant

12、lfmp.3mmpfdppmppmp.2.ip.1.1p.2.1p.1.iv01v03v02v04v05v06v07v09v11v12v08v10v13v17v15v16v14v20v19v18v21v24v23v22泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石、质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石、砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。适用。目前泥水加

13、压盾构工法对地层的适用范围目前泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下水等的不良条件下，由于有相应的在地下水等的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎能适应所有的地层。处理方法，因而几乎能适应所有的地层。 粘土矿物经相互间电化学结合而形成的粘性土层，近似变质了的琼胶块状体，由泥水比重和加压带来的力容易形成对开挖面的稳定，不论粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水盾构施工。泥水盾构也适用于粉砂土地层施工 不含水的砂层由于漏浆，不能保持住对开挖面的加压和稳定。不含水的砂层由于漏浆，不能保持住对开挖面的加压和稳定。通常，在含有

14、某一数量的粉砂土、粘土的冲积层中，几乎都通常，在含有某一数量的粉砂土、粘土的冲积层中，几乎都有一定的含水量，全部都是细砂的地层是少见的，干燥的松有一定的含水量，全部都是细砂的地层是少见的，干燥的松弛砂也很少有，由于砂层内摩擦角有许多是在弛砂也很少有，由于砂层内摩擦角有许多是在=28左右，左右，所以大部分可用泥水加压来保持开挖面的稳定。松弛的含水所以大部分可用泥水加压来保持开挖面的稳定。松弛的含水量多的砂层，在其它盾构工法中很难保持土层稳定，可采用量多的砂层，在其它盾构工法中很难保持土层稳定，可采用泥水盾构并提高其泥水比重、粘度和压力。泥水盾构并提高其泥水比重、粘度和压力。 对于水分多、不含有作

15、为粘合剂的粉砂土及粘土等的砾石层和有大直径的砾石层，可采用泥水盾构施工，并在泥水舱内安装砾石破碎装置。 贝壳层很难称为一种土层，但含有水存在于土体中的贝壳很多，同上述砾石层一样更加坚硬，开挖面很难稳定，但使用泥水并用刀盘挖土就可以成为能适应的地层。东京湾海底公路隧道东京湾海底公路隧道 北北 土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土舱，使土舱和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土舱内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。v刀盘刀盘v刀盘驱动刀盘驱动v刀盘支承刀盘支承v碴土

16、改良系统碴土改良系统v螺旋输送机螺旋输送机v皮带输送机皮带输送机v同步注浆系统同步注浆系统v盾尾密封系统盾尾密封系统v管片安装机管片安装机v数据采集系统数据采集系统v导向系统导向系统v土刀盘驱动v驱动方式有三种刀盘支承 皮带输送机v同步注浆系统的目的主要有以下三个方面： 。1)1)铰接密封铰接密封 2)2)盾尾密封盾尾密封 v随时掌握和分析盾构在掘进过程的各种参数，是指导盾构正常掘进不可缺少的条件。v导向系统由经纬仪、els靶、后视棱镜、计算机等组成，能连续不断地提供关于盾构姿态的最新信息。通过适当的转向控制，可将盾构控制在设计隧道线路允许公差范围内。导向系统的主要基准点是由一个从激光经纬仪发射出的激光束，经纬仪安装在盾构后方的管片上。v切刀呈靴状，切刀的切削原理是盾构向前推进的切刀呈靴状，切刀的切削原理是盾构向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪切力和径向切削力，在刀盘的转动下，通过刀刃切力和径向切削力，在刀盘的转动下，通过刀刃和刀头部分插入到地层内部，象犁子犁地一样切和刀头部分插入到地层内部，象