泥水盾构工作原理课件讲义

泥水盾构施工简介－－目录一、泥水盾构的基本原理和特点二、泥水盾构简介三、泥水盾构工作原理介绍四、泥水处理系统五、泥水盾构施工的几点经验一、泥水平衡式盾构的基本原理和特点1、泥水平衡式盾构工作原理该型式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧，设置一道封闭隔板，隔板与刀盘间的空间定名为泥水仓。把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室。通过泥水的加压作用和压力保持机构，能够维持开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。因为是泥水压力使掘削面稳定平衡的，故得名泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。

泥水平衡盾构工作原理图地层切削刀盘进浆管排浆管膨润土溶液压缩空气气垫室膨润土液区2、泥水盾构施工的特点：在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道。二、泥水盾构简介

泥水盾构分为英国体系、日本体系和德国体系。目前使用比较广泛是日本体系和德国体系。日本体系为直接控制模式，由泥浆液体直接支护开挖面并提供维持平衡压力的盾构，德国体系是间接控制式盾构，其通过支护液体的压力插入一个空气缓冲层加以控制，即通过空气缓冲层的压力控制，间接控制开挖面的压力。两种泥水盾构的主要区别如下日本体系泥水盾构的泥浆压力，在循环掘进时，通过调整进浆泵的转速或者调整进浆泵出口节流阀的开口比值来实现压力控制的。因此掘进速度、地层变化、掘进深度及其掘进长度对压力均有影响。调节泵的压力是通过中心控制室的自动调节完成。德国体系的空气室的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力设定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定。同时由于空气缓冲层的弹性作用，即使液位波动或出现突然的泄漏，对土仓压力也无明显影响。间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便。三、泥水盾构原理介绍

泥水盾构与土压盾构工作系统和结构上，有很多相同之处，这里以德国体系的泥水盾构为例，介绍泥水盾构特有的系统，主要内容包括盾构结构简单介绍、泥水平衡原理、泥水循环系统、气体保压系统、泥水处理系统等。1、泥水盾构结构简单介绍

泥水盾构结构主要包括刀盘、前体、中体、盾尾、主轴承、人仓、安装机轨道梁、管片安装机和吊机、拖车结构以及在拖车上布置的设备包括控制室、空压机、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等。不同的盾构厂家，其布置不同。泥水盾构主机图主机前体部分为两个仓室，分别是泥水仓（或称刀盘仓）和气垫仓。其中泥水仓掘进时一般充满泥水，气垫仓在掘进时一般底部为泥水，上部为压缩空气。泥水仓主要功能为切削渣土的携带，气仓的主要功能为储存足够体积的压缩空气，以保证压力稳定的需要。碎石机结构：在气仓底部设置排浆口，在排浆口布置有专用的碎石结构即碎石机，对大颗粒的岩石进行破碎，避免大颗粒进入泥浆循环系统损坏相应部件。泥浆门结构：泥浆门布置在泥水仓和气仓之间的隔板底部，主要作用是通过泥浆门的关闭，将气仓和泥水仓隔离，使作业人员能在长压下进入气仓，在气仓里进行维修或检查等作业。泥浆门的布置位置有所不同，海瑞克和NFM有所不同。海瑞克的布置在气仓侧，NFM公司的布置在泥水仓内。2、泥水平衡原理简述

泥水加压式盾构工作面土体是依靠泥水压力对工作面上的水压力发挥平衡作用以求得稳定。泥水压力主要是在掘进中起支护作用。工作面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力，从而形成了一个向外的水力梯度，这是保持工作面稳定的基本条件。在泥水平衡理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水压力大于地下水压力时，泥水渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并集聚与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强。当泥膜抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。3、泥水循环系统

泥水循环系统的控制包括泥浆循环模式的选择泥浆循环参数选择泥浆碎石处理管路延伸以及止浆处理等。3.1泥浆循环模式介绍泥浆循环的方式包括旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。旁通模式

这个模式是待机模式，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。这个模式也用于当盾构从一种功能切换到另一种功能时。特别是，旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况。它使开挖室被隔离。在旁通模式，各泥浆泵都根据泵的超载压力和所要求的排渣流量所控制的转速保持旋转。由于此时开挖室没有泥浆的供给，因此理论上并不需要控制泥浆\气垫界面液位。然而泥浆\气垫界面的液位可能由于水从界面上流失或进入而发生变动。在这些情况下，可能需要补充泥浆（只要注入管道压力许可的话）或排出泥浆以调整这个液位。开挖模式：这个模式于开挖时使用。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的排渣流量，对伺服的泵P1.1和P2.1的转速分别进行调整。调整P1.1泵的转速用以校正泥浆\气垫界面液位达到所要求的值，同时确保它沿程的下一个泵的超载压力要大于所要求的净吸压头。调整P2.2泵的转速，用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值，同时确保沿程的下一个泵的超载压力要大于所要求的净吸压头。P2.2泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂。调整P2.2泵的转速以便在泥浆分离厂入口处达到必要的压力。反循环模式

这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构内的排渣管道。为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆\气垫界面液位的控制仍需维持。隔离模式

这个模式使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔离的状态，但此时设在地面的分离厂和制备厂之间的回路仍保持连通。特别是，这种模式是用于隧道泥浆管道延伸时的情况。各排渣泵（P2.1，P2.2）停止运转。而P1.1仍保持运行，以保持制备厂和分离厂之间回路的循环。始发井中的旁通阀V18控制着这个回路。长时间停机模式

这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。3.2泥浆循环参数控制

泥浆循环参数包括泥浆流量和液位、压力、比重等，循环部件包括进出泥浆泵、流量计、比重计、各种泥浆阀门等。对于不同厂家的盾构的，其泥浆循环略有区别。泥浆循环的控制包括：流量和液位的控制泥浆压力的控制比重的控制等。流量和漂液位的限控制：对于掘均进循环荣，泥浆啄的循环字流量的迷目的是羊携带渣交土。为蜻能够携吵带渣土殖避免沉碰淀，必湾须具备晚一定的那流速，芳对于不树同的地膨质，其掉要求的牛流速是厚不同的将，与渣罗土的比韵重、泥晶浆的粘消度有关尊。对于蒸泥浆的推液位，兄为避免嚷泥水仓允压力波冠动太大蜜，需要脸保证泥兽浆液位鼠的相对罪稳定，燃液位的贞稳定通款过调节为进浆和炎出浆的技流量差掉值来实宽现。流车量的调腹节，通铸过增大咽进浆泵努和出浆笼泵的转利速来实侮现。由气于携带劣渣土的招原因，益进浆流苍量和出锦浆流量毯存在一箩定的差理值，操稠作时，它其流量砍调节的坑基准是铅调节出禽浆泵的贪转速，尾确保最葡低的出乎浆流量挨（根据捐理论计吴算和实殿践证实恢相结合狠确定）贷，此时睬根据根族据液位灶变化，尼调节进窝浆流量白，使气施垫仓液互位保持挤在某一塌个中间丈的稳定啊位置。泥浆童的压唉力控稿制：泥浆计的压编力调驾整是济个被齐动参启数，啊为能喂够保榴证足艘够的套流量众，调打整泥厨浆泵盗的转董速，瞧其泥顽浆泵正的进蹦出口乎的压否力均战因之扩而变舟化。窝对于各系统束压力菠，根耗据泵烧的工脑作能聋力，蜓一般债只限育制最畜高值谢。泵馆的压么力随阴着管誉路的任延长彩，延医程损其失的游增加睛而增葵加。泥浆埋比重谈的调含整：泥浆的顷进浆比灰重，由县泥水处保理厂控欣制，对章于盾构哈掘进而铁言，对松既有的铜进浆比傻重，只到能通过规掘进速丝式度的改榨变来调绍整出浆啄的比重涨。如果照出浆比第重很高隆，可以展通过降寸低推进猾速度来补降低泥御浆比重号。一般误进浆比愚重在1.恐05～1.2葡5之间，教出浆比孝重在1.1～1.4之间克。3.3碎石机为保证宰泥浆循妇环的顺亭畅，对塞于大块巧的石块禾需要进禽行破碎败。在泥业水盾构碰的气仓穴底部，拘排浆管览的入口难处，一箱般布置阿有碎石鸭机和隔请栅。碎石宅机的振动作革，海猫瑞克学有两盗种模皮式，雅即破注碎模蹦式和丛摆动惧模式棚，破矩碎模其式主嘴要目互的使瞒对岩叼石进搂行破果碎，浓摆动磨模式斩主要穗是对免底部羞渣土莲的搅助拌，巡寿避免陈淤塞至进浆涨口。3.歌4管路葬延伸羊及其愚泥浆顶处理掘进绵循环宜达到浮一定重距离漆，需滋要延盘伸泥序浆管劲，泥械浆管悬延伸抢装置稻，目膛前了迫解有卵两种买方式侵，一紧种是踏活塞育式，截一种汇是软赵管式掀。活塞雕式软管式活塞式徐延伸时兔，先将窝泥浆管戚内泥浆主泵送到雅刀盘里检，再进塑行活塞负收缩，躲然后安限装泥浆董管，再鸣重新进扶行连接踏。软管式最延伸时隐，先用悠清水将洁延伸管难内的止钢浆塞推恢入隧道符内的泥烦浆管内嗽，然后畅移动收农回软管捧，此时戒因为止线浆塞的额在隧道辟内的泥粗浆管内遭，能够矿阻止泥叠浆的倒出流进入卸隧道。战这时安红装新的激泥浆管授后，重幕新连接女，再浆迟止浆塞属打回原莲有的延免伸系统吹内。4、气纠体保欠压系卸统泥水此盾构配的有狭一套揭气体深保压筋系统蹈，该邻系统尊作用肠是专挎门提来供压鄙力稳霸定泥行水仓议的压较力。栗这也铺是间节接控够制式西泥水冰盾构远的主繁要特护点。泥水仓童的压力男稳定是爆直接关汪系到掌筑子面稳雀定的重双要因素身，为保料证工作疗面压力斩的稳定烈，泥水亲盾构提利供了一厅套专门古的压缩誓空气系给统。该累系统气愚源一般峰由一台厅空压机灰提供。关气体通浑过空压浩机出口防上方的发粗滤器防，然后数通过两室条独立赤的管线烛分配到铺人闸和数开挖室仪。该系昼统布置序了两套虽独立的公压力调漫节系统青，能根杀据设定予值，自酸动调节淘气仓内跪压力，宪使气仓厦内压力从一直稳纸定在设刮定值。惧由于气筋仓和泥煮水仓联樱通，因眯此能够形稳定泥坚水仓的盾压力在枝某一个纷设定值挥范围内暖。气压调泛节系统目前是翁使用的把一般是SA辽MS纺ON公司填产品忠。其倡原理处为，颗当压疏力降圣低或晋升高坛，与番设定畅值有固偏差妖时，容通过蠢压力往的反东馈，更调整馅进气因阀或注者排娱气阀里，对敲气仓现内进敬行补六气或球排气厅，使倒压力庄逐渐川升高仿或降盛低到翠设定蚂压力志值，蚊直至圆与设旦定值新平衡锣。因桨为掘陵进时蔑液位持总是狭存在野一定哭的波味动，局其压艰力有关一定浊变化忧，SA裂MS杜ON系统裂能根赤据压范力的什反馈爱，及着时对传气压犬进行姥调整络。压力调移节器进排仓气阀一般气举仓压力乏一经设刊定，一燥个掘进遥循环内娇不再进排行调整班，所以貌掘进循但环内，量刀盘压英力稳定凶在某个岩恒定值营。只有修当掘进欢条件发民生变化旋，需要彼调整掘取进压力馒时，再星对压力朴调节器扩重新进急行压力支设定。气压茅调节驰系统令功能坟是保三证泥姓水仓旷的压亿力，技泥浆散循环测系统弟的功记能是馒出渣分。四、屋泥水架处理隐系统泥水盾请构掘进银，其泥迈浆质量越是控制尼盾构掘药进质量唇的重要谢基础，码对于盾挣构掘进孝循环回障来的污台浆，其下性能不粥能满足涌循环使炼用要求纯，为能训够保证逆掘进质于量，需冷要对泥斑浆的比抵重、粘沃度、颗异粒等进凉行处理探，其中碎泥水分米离设备屯是对泥牧浆性能闲有最直凤接影响告的设备1、泥般水分薯离设失备主赚要用共于将锋含有雹渣土皱的泥百水进聪行分部离，庭使渣斧土被引分离央脱水惕后，浸直接廊外运绪，分牙离后尚的泥坛水经饺过调抚整重现新回颤到盾劝构使呈用。春泥水窃分离纯设备乖流程四图如厚下：脱水后的碴土返回盾构循环使用盾构机携碴浆液第一步预筛分第二步（一级旋流）第三步（二级旋流）第四步（压滤或离心分离）其处理鲜过程为散：盾构苹机排出秧的污浆时，由排昌泥泵送树入泥浆船分离站责，经过毒第一步纲预筛分在器的粗史筛振动妻筛选后倾，将粒诱径在3mm以上铺的渣煤料分确离出涉来；暑筛余植的泥炭浆由漂渣浆卷泵加目压，业沿输巨浆软刺管从灰旋流攀除砂强器进陷浆口慨切向冻泵入采，经萍过旋餐流除改砂器表分选汪，74µ换m以上纸粒径汁微细待的泥伙砂由饿下端狠的沉们砂嘴象排除厅落入岭细筛竟；细煮筛脱坟水筛办选后砖，干技燥的根细渣伸料分父离出趋来；振经过骡筛选如的泥妹浆经烤渣浆幻玉泵泵造送，贪循环呜再进锋入二酱级旋融流器蜘，分乎选30僚µm以上端的颗越粒，枯由细汉筛脱婆水分辟离。朴分离诵后的滑泥浆升进入惯储浆嚷池，树再经绞过处参理后矮进入酿盾构酱机。鹿分离旷后浆批液，罢在必孤要的毯情况也下，川可以巡寿通过派离心专机、废滤压凉机或著带压故机分园离出检浆液弄中的汪更细型的微飞粒，畏以确裹保满订足环甜境要悟求。对于不语同厂家正的设备逢或不同泻地质，愉预筛、霞一级旋档流和二制级旋流服的分选脱颗粒大考小有所滤不同。比重的剖调整：翼盾构持夹续掘进芒时，因横为地层环中含有欲一些泥历水分离口设备分浓离不了秘的微细撑颗粒，纹该颗粒均在浆液库中累积罚，会导祥致浆液窜比重逐改渐升高利，此时漠需要对努浆液比招重进行惑处理。因或者对粒浆液进嚷行部分教丢弃补择充新浆殃方式，田或者采炒用更精茅细的分寇离设备干对浆液泳中的微免细颗粒仔进行处丑理。粘度滴调整营：为钞获得邮高质脉量浆泻液，钥需要蝇对泥差浆的误粘度被进行荣调整脚。粘布度的平调整促通过肠添加禁一些仗辅助绪材料跨的方蓬式实锹现。2、浆液肚调整五、泥涉水盾构捆施工的呼几点经层验本人挖参与仪了重冈庆过漠江隧倾道和僚武汉帐长江递隧道瘦的整能个泥放水盾港构施狱工过饶程，坏在泥窑水盾浪构施即工的贞过程铺中，棵有一抱些经槐验和孔教训脚，这黎里与臂大家栗介绍浪一下丹，希捞望能曾有借渐鉴意完义。1、刀鹊盘的瓶结构系及其纹操作重庆凤刀盘米切削灯直径煮围6.雪6m，前茂盾直僻径围6.刻57凶m实际工闸况：换刀频扑繁推力梨大卡盾壳刀盘的帜直径刀盘以的切院削控愤制症裁状：征刀具谱损坏夫、正烘反扭愿矩差境值大原抬因：对控制芦加固似体强聪度掘进狗控制诸，正桃反操粗作比贞例不腐平衡措施浊：控制纯加固体邀强度及授其辅助堵材料的府强度合理分能配正反铃转比例2、气漂垫仓财内问斩题处藏理气垫朽仓内比条件搭恶劣请，处排理困区难常见猛的问瓦题：泥浆羽门问继题：妥泄漏礼、异歌常损辉坏碎石姐机问获题：渴泄漏周、淤敌塞、幸管路套损坏板、异邪常损娘坏传感器汽问题：些工作不顽正常、菊损坏原裤因：管路磨妻损安装质窗量保护管岭路泄漏措遣施:预防：恰严格试细运转和斤防护和饿固定，心并认真刻检查管秧路和连困接情况宜，并对娃油缸进清行加压退试验。处理：梅关闭泥刘浆门，伶创造常樱压处理论故障的端条件：阅特殊情纤况为泄芽漏量大滔和泄漏输量小时带压碰进仓啦：3、管片姓破损症状：筐转弯半迟径为800恶m时，管暖片破损延严重原因烟：盾蔬壳失纠圆处理措矩施：管片戴拼装待点位捆选择掘进决姿态投控制4、注微浆控树制症状：竿管路堵胡塞，清叶理困难原因羞：注评浆配痰比及必