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。流量和扇液位的隶控制：对于辜掘进唇循环绍，泥若浆的寇循环辰流量匹的目复的是财携带杀渣土台。为封能够助携带奋渣土哭避免存沉淀复，必掏须具悉备一国定的朝流速降，对紫于不咸同的史地质影，其冈要求产的流崭速是底不同泡的，众与渣焦土的冈比重雕、泥漏浆的吐粘度须有关逢。对爱于泥骑浆的奴液位性，为乱避免论泥水浊仓压舱力波杆动太垦大，狮需要秀保证颂泥浆迷液位菜的相井对稳畅定，遇液位醒的稳男定通喷过调欢节进嫂浆和植出浆搬的流隆量差趟值来倒实现戒。流制量的宾调节辫，通糠过增方大进处浆泵逐和出调浆泵广的转恰速来岔实现费。由英于携赌带渣脑土的羽原因贞，进落浆流竞量和朽出浆义流量臭存在当一定朵的差何值，湾操作陕时，誓其流苦量调盈节的便基准园是调誓节出视浆泵榆的转签速，音确保余最低逝的出参浆流包量（肾根据奔理论伸计算晨和实检践证牵实相盲结合均确定恶），笨此时膨根据妙根据适液位那变化添，调疯节进堡浆流馅量，扮使气屑垫仓球液位卧保持栋在某仅一个五中间脊的稳境定位滴置。泥浆叛的压唇力控汽制：泥浆井的压乔力调守整是耽个被跟动参割数，疗为能登够保纽奉证足俘够的架流量砌，调扒整泥湾浆泵龙的转丛速，荣其泥陵浆泵航的进餐出口芦的压膜力均询因之乓而变胶化。揉对于宝系统著压力宜，根催据泵水的工缓作能恨力，撞一般枪只限驶制最通高值煤。泵都的压栋力随邮着管粗路的餐延长关，延犯程损矩失的蝇增加济而增腐加。泥浆历比重定的调足整：泥浆滚的进告浆比趣重，搁由泥唤水处颂理厂毕控制术，对决于盾泪构掘哀进而谁言，逝对既父有的裤进浆厚比重锡，只心能通戒过掘舱进速辩度的潮改变奶来调异整出剧浆的吓比重坟。如峡果出禽浆比武重很拆高，择可以枕通过气降低粱推进棒速度妻来降棵低泥染浆比辰重。催一般妻进浆正比重脖在1.0北5～1.2尸5之间觉，出凑浆比诱重在1.朵1～1.扮4之间抛。3.野3碎石晃机为保凑证泥烈浆循界环的型顺畅对，对羽于大竖块的杠石块恼需要临进行砍破碎榜。在铜泥水吐盾构芬的气爷仓底内部，袖排浆遍管的匪入口乌处，裳一般点布置根有碎社石机蓬和隔屯栅。碎石屑机的恼动作缎，海偶瑞克减有两亮种模怨式，辽即破款碎模切式和选摆动肥模式胀，破吴碎模麦式主巷要目亿的使很对岩瞧石进反行破柿碎，签摆动盼模式吉主要帮是对获底部傲渣土翅的搅合拌，机避免径淤塞妄进浆障口。3.允4管路延嚼伸及其继泥浆处腥理掘进循能环达到枝一定距帮离，需库要延伸萌泥浆管零，泥浆船管延伸腔装置，添目前了孕解有两天种方式积，一种把是活塞格式，一茧种是软帐管式。活塞式软管矮式活塞情式延守伸时孔，先菠将泥洋浆管子内泥趁浆泵枕送到佛刀盘仁里，撑再进词行活福塞收那缩，宴然后立安装阀泥浆秀管，坊再重驾新进价行连闻接。软管式寸延伸时鹊，先用苍清水将当延伸管瞧内的止日浆塞推察入隧道胁内的泥翼浆管内珠，然后德移动收摊回软管李，此时荷因为止集浆塞的纳在隧道谨内的泥市浆管内茂，能够宝阻止泥揪浆的倒纺流进入泰隧道。见这时安眯装新的锹泥浆管彩后，重刘新连接走，再浆替止浆塞厕打回原岩有的延妻伸系统量内。4、气晋体保讯压系家统泥水漠盾构锐的有榨一套劈燕气体界保压钥系统小，该药系统稀作用助是专玻门提誉供压毒力稳叙定泥婶水仓能的压贡力。勿这也腐是间关接控扒制式珠泥水违盾构嫂的主根要特逼点。泥水仓到的压力龟稳定是械直接关必系到掌母子面稳闻定的重租要因素均，为保内证工作甲面压力箭的稳定蚀，泥水欠盾构提铃供了一性套专门符的压缩挂空气系洒统。该蚕系统气逝源一般拌由一台炭空压机变提供。伍气体通材过空压单机出口织上方的大粗滤器樱，然后扬通过两逆条独立碰的管线屡分配到盯人闸和花开挖室乳。该系舌统布置案了两套妈独立的促压力调鸭节系统尾，能根邪据设定唯值，自嚼动调节兔气仓内碗压力，矿使气仓泊内压力值一直稳自定在设津定值。堡由于气孕仓和泥拐水仓联概通，因跳此能够浓稳定泥照水仓的移压力在白某一个铃设定值希范围内墙。气压抛调节辛系统目前凝是使兰用的状一般虑是SA乓MS张ON公司产涛品。其径原理为葛，当压渠力降低奔或升高作，与设衣定值有批偏差时啄，通过求压力的宪反馈，利调整进下气阀或微者排气窝阀，对舞气仓内闸进行补直气或排迟气，使论压力逐贩渐升高多或降低杀到设定居压力值扰，直至帮与设定坡值平衡挺。因为离掘进时扣液位总渡是存在轿一定的派波动，江其压力茶有一定煎变化，SAM嚼SON系统能郑根据压针力的反江馈，及摸时对气逮压进行蹄调整。压力调驻节器进排绪气阀一般气撒仓压力蜜一经设犹定，一体个掘进遵循环内柔不再进向行调整峰，所以风掘进循条环内，削刀盘压晚力稳定刷在某个缝恒定值箭。只有伞当掘进备条件发舱生变化脂，需要辽调整掘吨进压力饭时，再胞对压力旺调节器覆重新进斜行压力雨设定。气压调耀节系统洽功能是虽保证泥域水仓的洁压力，苏泥浆循鼠环系统栗的功能薄是出渣泪。四、泥竹水处理蹄系统泥水盾见构掘进泳，其泥刑浆质量昆是控制找盾构掘赔进质量抽的重要迫基础，众对于盾驰构掘进匠循环回央来的污岛浆，其浸性能不志能满足吵循环使算用要求堡，为能驻够保证屑掘进质轻量，需钢要对泥吵浆的比害重、粘我度、颗晶粒等进推行处理捷，其中债泥水分撒离设备侵是对泥临浆性能裤有最直附接影响溉的设备1、泥水壳分离设牙备主要懂用于将僻含有渣被土的泥怀水进行玻分离，击使渣土麦被分离首脱水后氏，直接学外运，撇分离后宁的泥水礼经过调摊整重新瞧回到盾义构使用冷。泥水秆分离设桂备流程穴图如下顿：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）其处幼理过帮程为麻：盾悬构机腊排出滤的污崇浆，清由排存泥泵锻送入饶泥浆鸦分离咸站，头经过经第一仿步预崭筛分崭器的情粗筛妄振动愿筛选萌后，邮将粒天径在3m至m以上的捕渣料分抽离出来雪；筛余市的泥浆场由渣浆灿泵加压愧，沿输康浆软管坑从旋流阵除砂器她进浆口尖切向泵求入，经吉过旋流眯除砂器才分选，74决µm以上粒模径微细兴的泥砂鼓由下端型的沉砂奏嘴排除喂落入细子筛；细制筛脱水狗筛选后奔，干燥取的细渣讲料分离释出来；期经过筛废选的泥泽浆经渣秤浆泵泵肾送，循筒环再进绵入二级吸旋流器鞋，分选30毁µm以上的黎颗粒，求由细筛欣脱水分筹离。分也离后的棕泥浆进富入储浆钥池，再豪经过处咽理后进窃入盾构友机。分趁离后浆错液，在娃必要的欣情况下尿，可以副通过离势心机、耍滤压机仔或带压浮机分离构出浆液字中的更攻细的微奇粒，以挥确保满脊足环境务要求。对于不领同厂家披的设备鼻或不同疤地质，存预筛、监一级旋谁流和二躬级旋流偶的分选子颗粒大测小有所蒸不同。比重度的调撒整：逝盾构法持续障掘进纠时，挽因为衡地层殃中含伟有一完些泥贩水分披离设颈备分土离不敞了的滤微细笛颗粒栏，该雪颗粒港在浆高液中绘累积且，会羽导致编浆液座比重朵逐渐尚升高霜，此章时需革要对杏浆液闸比重变进行斜处理劈燕。或慈者对绸浆液俩进行芹部分忆丢弃掠补充及新浆蝴方式帜，或矿者采廊用更孤精细施的分盗离设希备对讯浆液眠中的翁微细错颗粒肿进行贷处理纤。粘度吨调整趣：为海获得非高质淹量浆踩液，工需要铃对泥乎浆的洽粘度晒进行有调整奖。粘休度的异调整胜通过弊添加荷一些俊辅助犯材料茂的方伐式实垮现。2、浆液玩调整五、泥隶水盾构饲施工的徐几点经停验本人参惑与了重话庆过江班隧道和糠武汉长蜂江隧道躬的整个井泥水盾调构施工蜂过程，般在泥水辅盾构施纱工的过瞎程中，程有一些锤经验和稀教训，洁这里与浅大家介贫绍一下奴，希望兔能有借族鉴意义脉。1、刀盘傲的结构束及其操氏作重庆踏刀盘竞切削愚直径忍围6.6皆m，前盾贞直径围6.午57挤m实际工却况：换刀频缴繁推力蹈大卡盾盐壳刀盘炕的直棵径刀盘的僚切削控凑制症哲状：颗刀具墨损坏犹、正卖反扭云矩差奶值大原吐因：秧控制构加固摸体强牙度掘进控睬制，正肌反操作组比例不腿平衡措施与：控制创加固体号强度及柴其辅助张材料的辉强度合理分哥配正反瓦转比例2、气石垫仓情内问脾题处唐理气垫纷仓内碎条件拨恶劣阳，处拥理困以难常见的陶问题：泥浆门氏问题：梯泄漏、坟异常损兵坏碎石机挣问题：扬泄漏、磨淤塞、拘管路损柜坏、异逼常损坏传感计器问漫题：扣工作降不正启常、极损坏原急因：管路磨贤损安装找质量保护管侄路泄漏措霉施:预防：生严格试听运转和涉防护和傍固定，疏并认真妥检查管闭路和连继接情况姑，并对雹油缸进兴行加压夫试验。处理：营关闭泥湿浆门，眼创造常熄压处理捏故障的渔条件：慈特殊情胞况为泄紫漏量大吨和泄漏炭量小时带压辞进仓厚：3、管片侮破损症状溜：转旋弯半葵径为80唱0m时，管剧片破损暖严重原因：损盾壳失稼圆处理措汁施：管片常拼装合点位姥选择掘进使姿态讲控制4、注秘浆控粱制症状史：管弃路堵痰塞，警清理剥困难原因耗：注黎浆配适比及弦其原津材料