泥水盾構(gòu)工作原理

1、一、泥水盾構(gòu)的基本原理和特點一、泥水盾構(gòu)的基本原理和特點二、泥水盾構(gòu)簡介二、泥水盾構(gòu)簡介三、泥水盾構(gòu)工作原理介紹三、泥水盾構(gòu)工作原理介紹四、泥水處理系統(tǒng)四、泥水處理系統(tǒng)五、泥水盾構(gòu)施工的幾點經(jīng)驗五、泥水盾構(gòu)施工的幾點經(jīng)驗一、泥水平衡式盾構(gòu)的基本原理一、泥水平衡式盾構(gòu)的基本原理和特點和特點 1、泥水平衡式盾構(gòu)工作原理 該型式盾構(gòu)是在機械式盾構(gòu)的刀盤的后側(cè)，設(shè)置一道封閉隔板，隔板與刀盤間的空間定名為泥水倉。把水、粘土及其添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水倉，待泥水充滿整個泥水倉，并具有一定壓力，形成泥水壓力室。通過泥水的加壓作用和壓力保持機構(gòu)，能夠維持開挖工作面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進時，旋轉(zhuǎn)刀盤切

2、削下來的土砂經(jīng)攪拌裝置攪拌后形成高濃度泥水，用流體輸送方式送到地面泥水分離系統(tǒng)，將碴土、水分離后重新送回泥水倉，這就是泥水加壓平衡式盾構(gòu)法的主要特征。因為是泥水壓力使掘削面穩(wěn)定平衡的，故得名泥水加壓平衡盾構(gòu)，簡稱泥水盾構(gòu)。地地 層層切削刀盤切削刀盤進漿管進漿管排漿管排漿管膨潤土溶液膨潤土溶液壓縮空氣壓縮空氣氣墊室氣墊室膨潤土液區(qū)膨潤土液區(qū)2、泥水盾構(gòu)施工的特點：在易發(fā)生流沙的地層中能穩(wěn)定開挖面，可在正常大氣壓下施工作業(yè)；泥水傳遞速度快而且均勻，開挖面平衡土壓力 的控制精度高，對開挖面周邊土體的干擾少，地面沉降量控制精度高；盾構(gòu)出土，減少了運輸車輛，進度快；刀盤、刀具磨損小，適合長距離施工；刀盤

3、所受扭矩小，更適合大直徑隧道施工；適用于軟弱的淤泥質(zhì)粘土層、松散的砂土層、沙礫層、卵石層和硬土的互層等地層。特別適用于地層含水量大、上方有水體的越江隧道和海底隧道。兩種泥水盾構(gòu)的主要區(qū)別如下 日本體系泥水盾構(gòu)的泥漿壓力，在循環(huán)掘進時，通過調(diào)整進漿泵的轉(zhuǎn)速或者調(diào)整進漿泵出口節(jié)流閥的開口比值來實現(xiàn)壓力控制的。因此掘進速度、地層變化、掘進深度及其掘進長度對壓力均有影響。調(diào)節(jié)泵的壓力是通過中心控制室的自動調(diào)節(jié)完成。 德國體系的空氣室的壓力是根據(jù)開挖面需要的支護泥漿壓力設(shè)定的，空氣壓力可通過空氣控制閥使壓力保持恒定。同時由于空氣緩沖層的彈性作用，即使液位波動或出現(xiàn)突然的泄漏，對土倉壓力也無明顯影響。 間

4、接控制型泥水平衡盾構(gòu)與直接控制型相比，控制系統(tǒng)更為簡化，對開挖面土層支護更為穩(wěn)定，對地表沉陷的控制更為方便。泥水盾構(gòu)主機圖2、泥水平衡原理簡述泥水加壓式盾構(gòu)工作面土體是依靠泥水壓力對工作面上的水壓力發(fā)揮平衡作用以求得穩(wěn)定。泥水壓力主要是在掘進中起支護作用。工作面任何一點的泥水壓力總是大于地下水壓力，從而形成了一個向外的水力梯度，這是保持工作面穩(wěn)定的基本條件。YHh盾構(gòu)機地下水位泥水壓力地下水壓力3、泥水循環(huán)系統(tǒng)泥水循環(huán)系統(tǒng)的控制包括泥漿循環(huán)模式的選擇泥漿循環(huán)參數(shù)選擇泥漿碎石處理管路延伸以及止?jié){處理等。3.1泥漿循環(huán)模式介紹泥漿循環(huán)的方式包括旁通模式、開挖模式、反循環(huán)模式、隔離模式和長時間停機模

5、式。旁通模式旁通模式l 這個模式是待機模式，用于盾構(gòu)不進行開挖時執(zhí)行其它功能。這個模式也用于當盾構(gòu)從一種功能切換到另一種功能時。特別是，旁通功能是用于安裝管片襯砌環(huán)的情況。它使開挖室被隔離。在旁通模式，各泥漿泵都根據(jù)泵的超載壓力和所要求的排渣流量所控制的轉(zhuǎn)速保持旋轉(zhuǎn)。l 由于此時開挖室沒有泥漿的供給，因此理論上并不需要控制泥漿氣墊界面液位。然而泥漿氣墊界面的液位可能由于水從界面上流失或進入而發(fā)生變動。在這些情況下，可能需要補充泥漿（只要注入管道壓力許可的話）或排出泥漿以調(diào)整這個液位。開挖模式：開挖模式：l 這個模式于開挖時使用。根據(jù)氣墊室里泥漿的液位以及所要求的排渣流量，對伺服的泵P1.1和P

6、2.1的轉(zhuǎn)速分別進行調(diào)整。調(diào)整P1.1泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿氣墊界面液位達到所要求的值，同時確保它沿程的下一個泵的超載壓力要大于所要求的凈吸壓頭。l 調(diào)整P2.2泵的轉(zhuǎn)速，用以校正排渣流量達到所要求的排渣模式的值，同時確保沿程的下一個泵的超載壓力要大于所要求的凈吸壓頭。P2.2泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排渣的流體能被泵送到地面的分離廠。調(diào)整P2.2泵的轉(zhuǎn)速以便在泥漿分離廠入口處達到必要的壓力。HMT6,65FDPPPPPPPPPPVers usine detraitement de boueTo slurry treatmentplantDepuis lusine deproduction de bou

7、eFrom the bentonite plantLFMP.3MMPFDPPMPPMP.2.iP.1.1P.2.1P.1.iV01V03V02V04V05V06V07V09V11V12V08V10V13V17V15V16V14V20V19V18V21V24V23V22反循環(huán)模式反循環(huán)模式l 這個模式使開挖室里的泥漿逆向流動。僅用于一些特別的情況，特別是在開挖室內(nèi)發(fā)生阻塞，或用于清理盾構(gòu)內(nèi)的排渣管道。為了不讓泥漿充滿開挖室，氣墊壓力與泥漿氣墊界面液位的控制仍需維持。隔離模式隔離模式l 這個模式使隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，但此時設(shè)在地面的分離廠和制備廠之間的回路仍保持連通。

8、特別是，這種模式是用于隧道泥漿管道延伸時的情況。l 各排渣泵（P2.1，P2.2）停止運轉(zhuǎn)。而P1.1仍保持運行，以保持制備廠和分離廠之間回路的循環(huán)。始發(fā)井中的旁通閥V18控制著這個回路。長時間停機模式長時間停機模式l 這個模式是自動控制的。此時所有泵都停止運轉(zhuǎn)。開挖面壓力由壓縮氣回路來控制。當氣墊室泥漿液位低于預定的低限時，便進行校正。流量和液位的控制：對于掘進循環(huán)，泥漿的循環(huán)流量的目的是攜帶渣土。為能夠攜帶渣土避免沉淀，必須具備一定的流速，對于不同的地質(zhì)，其要求的流速是不同的，與渣土的比重、泥漿的粘度有關(guān)。對于泥漿的液位，為避免泥水倉壓力波動太大，需要保證泥漿液位的相對穩(wěn)定，液位的穩(wěn)定通過

9、調(diào)節(jié)進漿和出漿的流量差值來實現(xiàn)。流量的調(diào)節(jié)，通過增大進漿泵和出漿泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。由于攜帶渣土的原因，進漿流量和出漿流量存在一定的差值，操作時，其流量調(diào)節(jié)的基準是調(diào)節(jié)出漿泵的轉(zhuǎn)速，確保最低的出漿流量（根據(jù)理論計算和實踐證實相結(jié)合確定），此時根據(jù)根據(jù)液位變化，調(diào)節(jié)進漿流量，使氣墊倉液位保持在某一個中間的穩(wěn)定位置。 泥漿的壓力控制：泥漿的壓力調(diào)整是個被動參數(shù)，為能夠保證足夠的流量，調(diào)整泥漿泵的轉(zhuǎn)速，其泥漿泵的進出口的壓力均因之而變化。對于系統(tǒng)壓力，根據(jù)泵的工作能力，一般只限制最高值。泵的壓力隨著管路的延長，延程損失的增加而增加。泥漿比重的調(diào)整：泥漿的進漿比重，由泥水處理廠控制，對于盾構(gòu)掘進而言，對既

10、有的進漿比重，只能通過掘進速度的改變來調(diào)整出漿的比重。如果出漿比重很高，可以通過降低推進速度來降低泥漿比重。一般進漿比重在1.051.25之間，出漿比重在1.11.4之間。3.4管路延伸及其泥漿處理 掘進循環(huán)達到一定距離，需要延伸泥漿管，泥漿管延伸裝置，目前了解有兩種方式，一種是活塞式，一種是軟管式。隧道泥漿管軟管環(huán)平移托架隧道泥漿管隧道泥漿管隧道泥漿管隧道泥漿管隧道泥漿管圖圖1圖圖2圖圖3圖圖4托架向前移動TBM到達其延長行程末端，必須增加新的泥漿管增加新的一段隧道泥漿管盾構(gòu)機向前開挖活塞式軟管式4、氣體保壓系統(tǒng)v泥水盾構(gòu)的有一套氣體保壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)作用是專門提供壓力穩(wěn)定泥水倉的壓力。這也是

11、間接控制式泥水盾構(gòu)的主要特點。v泥水倉的壓力穩(wěn)定是直接關(guān)系到掌子面穩(wěn)定的重要因素，為保證工作面壓力的穩(wěn)定，泥水盾構(gòu)提供了一套專門的壓縮空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)氣源一般由一臺空壓機提供。氣體通過空壓機出口上方的粗濾器，然后通過兩條獨立的管線分配到人閘和開挖室。該系統(tǒng)布置了兩套獨立的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能根據(jù)設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)氣倉內(nèi)壓力，使氣倉內(nèi)壓力一直穩(wěn)定在設(shè)定值。由于氣倉和泥水倉聯(lián)通，因此能夠穩(wěn)定泥水倉的壓力在某一個設(shè)定值范圍內(nèi)。壓力調(diào)節(jié)器 進排氣閥 一般氣倉壓力一經(jīng)設(shè)定，一個掘進循環(huán)內(nèi)不再進行調(diào)整，所以掘進循環(huán)內(nèi)，刀盤壓力穩(wěn)定在某個恒定值。只有當掘進條件發(fā)生變化，需要調(diào)整掘進壓力時，再對壓力調(diào)節(jié)器重新進行壓

12、力設(shè)定。氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能是保證泥水倉的壓力，泥漿循環(huán)系統(tǒng)的功能是出渣。四、泥水處理系統(tǒng)四、泥水處理系統(tǒng)泥水盾構(gòu)掘進，其泥漿質(zhì)量是控制盾構(gòu)掘進質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，對于盾構(gòu)掘進循環(huán)回來的污漿，其性能不能滿足循環(huán)使用要求，為能夠保證掘進質(zhì)量，需要對泥漿的比重、粘度、顆粒等進行處理，其中泥水分離設(shè)備是對泥漿性能有最直接影響的設(shè)備脫水后的碴土脫水后的碴土返回盾構(gòu)循環(huán)使用返回盾構(gòu)循環(huán)使用盾構(gòu)機攜碴漿液第一步預篩分第一步預篩分第二步（一級旋流）第二步（一級旋流）第三步（二級旋流）第三步（二級旋流）第四步（壓濾或離心分離）第四步（壓濾或離心分離）l比重的調(diào)整：盾構(gòu)持續(xù)掘進時，因為地層中含有一些泥水分離設(shè)備分離不了

13、的微細顆粒，該顆粒在漿液中累積，會導致漿液比重逐漸升高，此時需要對漿液比重進行處理?；蛘邔{液進行部分丟棄補充新漿方式，或者采用更精細的分離設(shè)備對漿液中的微細顆粒進行處理。l粘度調(diào)整：為獲得高質(zhì)量漿液，需要對泥漿的粘度進行調(diào)整。粘度的調(diào)整通過添加一些輔助材料的方式實現(xiàn)。2、漿液調(diào)整五、泥水盾構(gòu)施工的幾點經(jīng)驗v 本人參與了重慶過江隧道和武漢長江隧道的整個泥水盾構(gòu)施工過程，在泥水盾構(gòu)施工的過程中，有一些經(jīng)驗和教訓，這里與大家介紹一下，希望能有借鑒意義。1、刀盤的結(jié)構(gòu)及其操作重慶刀盤切削直徑圍6.6m，前盾直徑圍6.57mL(盾構(gòu)主機剛性長度5.2m)(需要間隙)D(盾構(gòu)直徑6.57m)R(隧道轉(zhuǎn)彎半徑800m)刀盤切削輪廓實際工況： 換刀頻繁 推力大 卡盾殼刀盤的直徑刀盤的切削控制 癥 狀：刀具損壞、正反扭矩差值大 原 因：控制加固體強度 掘進控制，正反操作比例不平衡 措 施：控制加固體強度及其輔助材料的強度 合理分配正反轉(zhuǎn)比例 3、管片破損、管片破損l癥狀：轉(zhuǎn)彎半徑為800m時，管片破損嚴重l原因：盾殼失圓l處理措施：l 管片拼裝點位選擇l 掘進姿態(tài)控制4、注漿控制