土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)交流

1、土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)交流wenzerzhao 9 / 9土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)交流1. 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)簡介1) 適用范圍土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)能夠適應(yīng)多種環(huán)境和地層的要求，可在砂礫、砂、粉砂、粘土等壓密程度低、軟硬相間的地層以及礫層、砂層等地層中使用。問題1：什么土質(zhì)最適合？粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)沙土流塑性好具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小問題2：難挖的土質(zhì)是哪些，怎么辦？卵石、礫石、砂礫等塊狀的；沖積粘土、洪積粘土，壓縮硬化，堵倉；含水高的土層，噴涌加入泥漿、泡沫、聚合物、來改善土質(zhì)。 問題3：淤泥土質(zhì)，地下水豐富，易發(fā)生流砂的地層 泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)簡介及其與土壓機(jī)的區(qū)別。引導(dǎo)：土壓平衡式

2、盾構(gòu)機(jī)主要結(jié)構(gòu)是怎樣的，各部分如何工作？2) 主要結(jié)構(gòu)盾構(gòu)機(jī)集機(jī)、電、液、氣、自動(dòng)控制于一身。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)主要由刀盤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)、管片拼裝機(jī)、皮帶輸送機(jī)、推進(jìn)千斤頂、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、集中潤滑系統(tǒng)、盾尾注漿系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)、加泥系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、盾構(gòu)殼體、車架系統(tǒng)、雙梁吊運(yùn)系統(tǒng)等組成。簡介：各個(gè)主要結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能，簡要說明土壓平橫式盾構(gòu)機(jī)是如何工作的。引導(dǎo)：土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)原理？如何建立和保持土壓平衡？平衡被破壞了怎么辦？泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)簡介：是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面，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，

3、待泥水充滿整個(gè)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(jī)構(gòu)，能夠維持開挖工作面的穩(wěn)定。主要特征：盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀盤切削下來的土砂經(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重復(fù)使用。整個(gè)過程通過建立在地面中央控制室內(nèi)的泥水平衡自動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。特點(diǎn)：在易發(fā)生流砂的地層中能穩(wěn)定開挖面，可在正常大氣壓下施工作業(yè)，無需用氣壓法施工；泥水壓力傳遞速度快而均勻，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，地面沉降量的控制精度高；盾構(gòu)出土由泥水管道輸送，速度快而連續(xù)；減少了電機(jī)車的運(yùn)輸量，施工進(jìn)度快；刀具、

4、刀盤磨損小，易于長距離盾構(gòu)施工；刀盤所受扭矩小，更適合大直徑隧道的施工；需要較大規(guī)模的泥水處理設(shè)備及設(shè)置泥水處理設(shè)備的場地。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)：3) 基本原理土倉的形成和土壓平衡的建立，以及影響土壓平衡的因素：土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤切削面與承壓隔板之間形成土倉。刀盤旋轉(zhuǎn)切削下來的土壤通過刀盤上的開口進(jìn)入土倉，與土倉內(nèi)的可塑土漿混合或被攪拌混合面，以盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^承壓隔板傳遞到泥土室內(nèi)的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開挖平衡開挖面處的地下水壓和土壓。由于泥土經(jīng)過刀盤切削和擾動(dòng)后會(huì)增加流塑性，在受到刀盤切削和螺旋輸送機(jī)傳送后也會(huì)變得更為松軟，使泥土艙內(nèi)的土壓能均勻傳遞。盾構(gòu)機(jī)的挖掘推進(jìn)速度

5、和螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、閘門開口度、單位時(shí)間的排土量等都會(huì)影響泥土室內(nèi)土漿壓力的大小，所以應(yīng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。因此，我們通過調(diào)節(jié)螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)盾構(gòu)推進(jìn)速度，調(diào)節(jié)密封泥土艙內(nèi)的土壓并使其接近開挖面靜止土壓，保持開挖面土層的穩(wěn)定。問題1：土倉壓力多大合適？上土壓一般在50KPa-80KPa之間，上下左右土壓不一樣，一般以上土壓或者兩側(cè)土壓為準(zhǔn)。實(shí)測地面沉降來確定土壓。問題2：土倉壓力變化對周圍土體會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？土倉壓力越大，周圍土體的豎向位移受深度影響就越小，地面沉降與拱頂沉降的值越接近。隨著土倉壓力的增大，地表最大沉降不斷減小，但是，當(dāng)土倉壓力增大到一定值時(shí)，就不再存在所謂的沉降槽，開挖面前的

6、地面呈隆起狀態(tài)。土倉壓力在小范圍內(nèi)的改變對地表最終沉降的影響不大，不管是對最大沉降的影響還是對橫向影響范圍的影響都幾乎可以忽略。但當(dāng)土倉壓力成倍改變時(shí)，對地表最終沉降量的影響就不容忽視。此時(shí)，地層因嚴(yán)重欠挖導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)前方地層的大量隆起，造成后期地層沉降困難。土倉壓力的大小對開挖面地表的沉降控制有著明顯的作用，在制定實(shí)際施工方案時(shí)，應(yīng)綜合各方面的因素定出合理的土倉壓力值。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)：施工中不使用土體加固等輔助措施，節(jié)省技術(shù)措施費(fèi)用； 本身具備改善土體的性能，能適應(yīng)多種環(huán)境和地層的需求； 根據(jù)土壓變化調(diào)整出土和推進(jìn)速度，易于達(dá)到工作面的穩(wěn)定，減少地面變形沉降； 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)沒有泥水分

7、離裝置，施工時(shí)的覆土層可以相對較淺； 能夠保持開挖面的穩(wěn)定，且土倉密封性好，施工的安全性和可操作性高。 問題3：不同土質(zhì)將產(chǎn)生怎樣的影響？具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小土料具有的軟稠度和良好的塑性變形，使支撐壓力能規(guī)則地作用于開挖面，也保證了土料能不斷地流送到螺旋輸送機(jī)，這樣就避免了土料在開挖室低壓部位的堆集、對刀盤的阻塞以及對開挖室的堵塞，降低了刀盤和螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，從而更為經(jīng)濟(jì)。但土料不能過軟，否則不適于帶式輸送機(jī)和料車的輸運(yùn)。當(dāng)泥土含砂量超過一定限度時(shí)，土砂流動(dòng)性差，靠刀盤切削擾動(dòng)難以使泥土達(dá)到足夠的塑流狀態(tài)，有時(shí)會(huì)壓密固結(jié)。當(dāng)?shù)叵滤控S富時(shí)，通過螺旋輸送機(jī)的泥土

8、，就不能起到止水作用，無法進(jìn)行施工。此時(shí)就需要加入水、泥漿、添加劑等，通過攪拌以勻質(zhì)、具有流動(dòng)性的土體充填土倉和螺旋機(jī)，達(dá)到工作面的穩(wěn)定。 問題4：對于不同土質(zhì)該如何處理？有軟稠度的粘質(zhì)粉土和粉砂是最適合使用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的土層。根據(jù)土層的稠度，有時(shí)不需要水或只需要加很少量的水。通過攪拌裝置在開挖室內(nèi)的攪拌，即使十分粘著的土層也能變成塑性的泥漿。隨著含砂率的增加，加水就顯得不夠，因?yàn)樗荒軠p小內(nèi)摩擦角。增大的滲透性必須解決好螺旋輸送機(jī)的密封問題。細(xì)土粒含量的缺乏可以通過加入粘土和膨潤土懸浮液來補(bǔ)償。這樣孔隙里的水就可通過膨脹的懸浮液限制，挖出的土料便可變成流動(dòng)性很好、滲透性降低的可塑土漿了。

9、對非粘透水性土層可以通過注射泡沫進(jìn)行改良處理。砂、沙礫地層，因?yàn)樯伴g存在間隙，透水性高；但是，氣泡施工法是通過注入的氣泡而將砂間的游離自由水排除。因?yàn)殚g隙被氣泡充滿，氣泡土的透水性變得很低，螺旋機(jī)排土口的止水性效果有改善。隨著開挖室內(nèi)壓力的降低，粒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣相會(huì)膨脹，土體會(huì)形變；隨著開挖室內(nèi)壓力的增大，土體中孔隙不斷變小，這樣就可避免切削刀盤的驅(qū)動(dòng)力矩的快速增大。由于化學(xué)的和物理的粘著力的作用，使用適當(dāng)?shù)呐菽旌衔?，開挖的土料可以變得非常粘著，完全可以用帶式輸送機(jī)進(jìn)行輸送。2. 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)流體系統(tǒng)介紹1) 加泥加水系統(tǒng)問題1：加泥，加的泥是什么？泥，即膨潤土(Bentonite)，是以

10、蒙脫石為主的含水粘土礦。蒙脫石的化學(xué)成分為:（Al2,Mg3）Si4O10 OH2nH2O，由于它具有特殊的性質(zhì)：如膨潤性、粘結(jié)性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換性，所以廣泛用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。問題2：加泥的目的是什么？加泥加水的主要作用既改善土質(zhì)。（已經(jīng)介紹，不再贅述）問題3：電力4.14m盾構(gòu)機(jī)的加泥系統(tǒng)怎么樣組成的？本車加泥加水系統(tǒng)主要由兩臺泥漿泵和兩個(gè)加泥攪拌箱組成，分別安裝在6#、7#車的左側(cè)，可根據(jù)需要向土倉、刀盤前部和螺旋輸送機(jī)筒內(nèi)加注水或泥漿。加注孔的位置分別在刀盤中心加泥口，刀盤270°加泥口，前胸板（承壓隔板）左上和螺旋輸送機(jī)前端。控制單元為兩組氣動(dòng)球

11、閥，布置在1#車左側(cè)，通過供氣系統(tǒng)來控制氣動(dòng)球閥的啟閉，在操作室內(nèi)操作盤上實(shí)現(xiàn)控制。加泥加水系統(tǒng)的壓力不足1MPa，所用管路均為為1層鋼絲軟管，這種管路不宜大角度彎折和擠壓，容易產(chǎn)生不可恢復(fù)的形變。 尤其是兩臺臺車連接處的軟管，最容易出現(xiàn)形變，所以這個(gè)位置嚴(yán)禁踩踏！問題4：加泥系統(tǒng)的管路需要清洗嗎？不需要清洗，膨潤土和水泥砂漿不同，水泥會(huì)很快凝固，需要及時(shí)清洗，而膨潤土不會(huì)，所以不用清洗。問題5：加泥泵的工作原理是什么？本車使用的加泥加水輸送裝置為軟管蠕動(dòng)泵，其工作原理是基于彈性軟管的交替伸縮來輸送物質(zhì)，它的運(yùn)行就像我們的喉管和食道那樣簡單。內(nèi)壁光滑、強(qiáng)度可靠的軟管安裝在泵體內(nèi)部，通過轉(zhuǎn)盤上的

12、兩個(gè)突塊轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓。這樣的旋轉(zhuǎn)使得介質(zhì)往一個(gè)方向輸送而不至于有倒流，可使泵應(yīng)用于精確計(jì)量的場合，壓力可達(dá)到16Bar。問題6：加泥泵的使用和維護(hù)應(yīng)該注意什么？A、軟管的更換與調(diào)整 （a）更換軟管時(shí)，先將兩端管卡螺栓松掉，并將管卡拆下，再將其中一端的吊圈螺栓松掉，點(diǎn)動(dòng)電機(jī)將膠管自泵抽出；然后將新的軟管從拆下短管的一端插入蠕動(dòng)泵泵殼與壓輥之間，點(diǎn)動(dòng)電機(jī)，將軟管裝入；再將吊圈固定、管卡裝上，至此更換任務(wù)完成。注意：在安裝軟管時(shí)，務(wù)必將軟管與泵殼貼緊，確認(rèn)后方能投入正常運(yùn)行。 （b）軟管使用200小時(shí)左右，可將軟管轉(zhuǎn)動(dòng)90度，對單管軟管泵除轉(zhuǎn)動(dòng)方向外，還可前后抽動(dòng)軟管，以改變軟管的壓點(diǎn)，延長軟管的使用壽

13、命。 B、壓輥的調(diào)整 蠕動(dòng)泵出廠時(shí)，壓輥已按正常情況調(diào)整到位，如遇物料吸不上或在泵的額定壓力下，流量達(dá)不到要求時(shí)，請調(diào)整壓輥的偏心距，注意：調(diào)整間隙時(shí)不要壓的過緊，以達(dá)到額定流量為準(zhǔn)，壓的越緊，對膠管壽命影響越大。 C、蠕動(dòng)泵的潤滑保養(yǎng) （a）側(cè)導(dǎo)輥應(yīng)定期用油槍從注油咀注油（牌號：高溫鋰基脂GB567191）,使側(cè)導(dǎo)輥處于良好的潤滑狀態(tài)。 注意：注油時(shí)檢查側(cè)導(dǎo)輥的松緊情況，若發(fā)現(xiàn)過松，用尖咀鉗將其旋緊，如發(fā)現(xiàn)側(cè)導(dǎo)輥有異常聲音，經(jīng)調(diào)整松緊，仍不能消除，應(yīng)考慮側(cè)導(dǎo)輥內(nèi)軸承磨損，可將其拆下?lián)Q軸承或換側(cè)導(dǎo)輥。 （b）轉(zhuǎn)子軸承每隔六個(gè)月注油脂（牌號：高溫鋰基脂GB567191）一次。 （c）新的減速機(jī)在

14、運(yùn)行一段時(shí)間后，將油箱內(nèi)的機(jī)油放掉，重新加30#機(jī)油。 D、軟管的使用與保護(hù) 軟管的存放期不宜過長，一般以一年為限。對裝有軟管的泵，若長期不用，每隔一個(gè)月至少轉(zhuǎn)動(dòng)泵一次。2) 泡沫系統(tǒng)問題1：氣泡施工法是什么？氣泡施工法是掘進(jìn)中向切削面或土倉內(nèi)加注氣泡，注入的形態(tài)猶如摩絲狀氣泡體，有利于提高渣土的流動(dòng)性，并具有止水效果。能夠順利地排土，保持切削面的穩(wěn)定，掘進(jìn)可以穩(wěn)定地進(jìn)行。問題2：泡沫是怎樣產(chǎn)生的？泡沫液由一種特殊的發(fā)泡劑（既泡沫原液）和水按一定的比例混合均勻，配比一般在1:5至1:10之間。泡沫液和氣體在泡沫發(fā)生器中混合，形成狀入摩絲的豐富泡沫。泡沫發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，產(chǎn)生的泡沫豐富，原理

15、就如同吹泡泡一樣。本車泡沫系統(tǒng)主要由泡沫原液箱、一臺原液輸送泵、泡沫攪拌箱、兩臺泡沫輸送泵、泡沫發(fā)生器等組成，可根據(jù)需要向土倉、刀盤前部和螺旋輸送機(jī)筒內(nèi)加注入泡沫；泡沫攪拌箱、泡沫發(fā)生器均為不銹鋼材質(zhì)，因?yàn)榕菽壕哂幸欢ǖ娜跛嵝裕銹H值在6.4左右。在工廠用它洗手去污能力不錯(cuò)，但是手會(huì)掉皮。問題3：加注泡沫的效果怎樣？A、易于穩(wěn)定切削面土壓式盾構(gòu)，以使土倉內(nèi)充滿渣土，防止切削面坍塌為特征。但是因?yàn)橥临|(zhì)不同，有相當(dāng)類型的渣土在充滿土倉時(shí)，渣土失去流動(dòng)性，造成堵倉。結(jié)果是刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩上升，無法排土。另外，地下水壓高的場合，只是基于螺旋機(jī)的止水效果及閘門的相應(yīng)對策是不充分的，有土砂與地下水一起噴

16、出的現(xiàn)象出現(xiàn)。使用盾構(gòu)氣泡施工法，土倉內(nèi)的渣土混入氣泡后，變成具有適度流動(dòng)性及止水性的氣泡土。通過推進(jìn)油缸的頂力，土倉內(nèi)建立起氣泡土壓力，作用于切削面，與地層的水土壓平衡。為保持切削面的穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)油缸速度、螺旋機(jī)的回轉(zhuǎn)速度及氣泡混合率使 氣泡土壓地層土壓水壓的條件成立。另外，氣泡具有可壓縮性，盾構(gòu)控制過程中產(chǎn)生的土倉內(nèi)的土壓波動(dòng)，可被氣泡的體積變化所吸收,有利于穩(wěn)定土壓。B、流動(dòng)性氣泡通過滲透與渣土混合，分布于土粒子間，產(chǎn)生滾珠的效果，可以減小渣土內(nèi)部摩擦角，因此而提高渣土的流動(dòng)性。因此渣土可充滿土倉，土倉堵倉也不易發(fā)生，同時(shí)也可降低刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩的機(jī)械負(fù)荷。C、止水性砂、沙礫地層，因?yàn)樯伴g

17、存在間隙，透水性高。但是，氣泡施工法是通過注入的氣泡而將砂間的游離自由水排除。因?yàn)殚g隙被氣泡充滿，氣泡土的透水性變得很低，螺旋機(jī)排土口的止水性效果有改善。D、防止附著進(jìn)行含水率低、黏著力大的粘性土地層的掘進(jìn)時(shí)，渣土容易附著于刀盤面板及土倉內(nèi)壁，造成土倉堵塞。氣泡施工法是通過注入的氣泡的滾珠效果，可以防止附著的沉積，并且可以降低刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩等機(jī)械負(fù)荷。E、便于處理實(shí)際上泡沫的90%都是空氣，而空氣在幾天后就會(huì)全部逸出，因此土料可以恢復(fù)原來的稠度，在對開挖出土料的儲置或進(jìn)一步利用上這是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要復(fù)雜昂貴的分離設(shè)備。加泡沫技術(shù)用于含水土層時(shí)還可抵抗較高的地下水壓，它的發(fā)展可擴(kuò)大土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍，使它也可用在原先只適于泥水式盾構(gòu)機(jī)的土層中。泡沫混合物在使用后幾天之內(nèi)化學(xué)物質(zhì)就會(huì)完全生物分解，基本不存在環(huán)境污染的問題。3) 同步注漿清洗系統(tǒng)問題1：什么是同步注漿清洗系統(tǒng)？同步注漿是盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)的同時(shí)，漿液保證能充裕地填滿隨著盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)而出現(xiàn)的盾尾空間，從而控制地層的沉降。【同步】是指注漿過程與推進(jìn)過程同步，一般推進(jìn)先開始，注漿后結(jié)束?！咀{】漿液又分