泥水平衡盾构中泥水系统技术

泥水盾构泥水系统技术

1泥水盾构简介1818年，英国的布鲁诺从蛀虫钻孔得到启示，提出盾构掘进隧道设想。1825--1843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧（11.4m×6.8m）。1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。1874年Greathead提出泥浆盾构专利1896年，开始应用刀盘式盾构掘进机20世纪60年代初，穿越不稳定和含水地层的隧道工程辅助技术有：降水法、气压法、地层加固法和冻结法。气压法最经济有效，由于安全和健康等原因，希望有一种能不干扰地面和使工人不在气压下施工的隧道掘进机，欧洲国家提出“局部气压方法”，但这种对工作面不能提供不变的和有规则的支护。英国隧道专家建议在隔舱板前用喷水“水力盾构”，但水不能支护开挖面，无法阻止开挖面不停地流动。这种情况与充满水的挖槽相类拟，从而提出在开挖面用类同槽壁法的支护，这样就诞生了泥水加压盾构掘进机。1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。1987--1991年，英国、法国采用11台盾构掘进深50km长的英法海峡隧道，创造单台盾构连续掘进21km的记录。1989--1996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水加压盾构，掘进东京湾海峡隧道，2条隧道各长9.4km。2泥水系统的作用和组成2.1泥水系统的作用一是及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求；二是及时把切削土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。泥水系统与盾构机的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质工况条件取决了不同的泥水系统模式。支护泥水作用支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：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，从而有效提高渗透抵抗力。支承、稳定正面开挖面土体。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。

对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。泥膜形成基本要素:支护作用的好坏，泥水形成的泥膜质量至关重要泥水最大粒径对泥膜形成效果有很大影响，根据土层渗透系数K的不同要求，泥水最大颗粒粒径也不同，其间需互相匹配颗粒级配泥水浓度提高能使泥水屈服值升高，稳定性增强增加泥水压力可提高开挖面的稳定性

泥水配比设计:主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成，膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒

泥水的技术指标泥水比重为达开挖面上的稳定，须将开挖面的变形，要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，将招致泥水处理上的困难；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γd在1.05~1.3范围内较适宜。泥水的粘度可通过将泥水从漏斗形容器流出的时间来判定泥水的粘性，表示出外观的粘性(在清水中500cc漏斗形粘性是19秒)。通常是采用25~40秒/500cc左右值的泥水。泥膜形成机理类型1：几乎不让泥水渗透过，仅形成泥膜。类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成泥膜。类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透过，边形成泥膜。泥膜试验装置2泥水系统的组成

泥水盾构的泥水系统由四大部分组成⑴造浆分系统⑵输送分系统⑶处理分系统⑷泥水监控分系统

泥浆拌制和浆液调整分系统2.

3.1泥水拌制分系统当盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液浆量不足使需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。及时向盾构正面刀盘面补充浆液，使刀盘正面快速形成泥膜，便于盾构顺利进行掘进施工。伴制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成，CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨闰土等材料，分别由搅拌器进行搅拌，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液

2.3.2浆液调整分系统调整槽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.回收的浆液经过盾构机反复应用后，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。浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵、补液泵、分配阀和加水设备组成，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，由密度泵进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构机，当盾构处于停止掘进模式进行管片拼装时，为了确保刀盘面正面土压力平衡，由补液泵进行循环补液。

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