泥水盾構(gòu)施工技術(shù)授課講義(共30頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上泥水盾構(gòu)施工技術(shù)授課講義目錄一、 前言1、 泥水盾構(gòu)產(chǎn)生2、 泥水盾構(gòu)發(fā)展3、 泥水盾構(gòu)的形式二、 泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)原理1、 泥水盾構(gòu)工作原理2、 泥水盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)3、 泥水盾構(gòu)法施工輔助設(shè)備三、 泥水盾構(gòu)選型1、 盾構(gòu)機(jī)形式和種類的選定依據(jù)2、 機(jī)型選定四、 泥水盾構(gòu)的始發(fā)1、 封門2、 土體加固3、 臨時(shí)支撐4、 洞門密封五、 泥水盾構(gòu)正常掘進(jìn)1、 泥水平衡模式下的操作2、 復(fù)合模式下的操作3、 泥水模式（欠壓）4、 掘進(jìn)參數(shù)的控制六、 泥水盾構(gòu)到達(dá)管理1、 到達(dá)前姿態(tài)控制2、 管片拉緊3、 洞門封門4、 接收導(dǎo)軌安裝5、 土體加固七、 泥水盾構(gòu)施工過(guò)程中注意事項(xiàng)1、

2、盾構(gòu)始發(fā)2、 盾構(gòu)掘進(jìn)3、 盾構(gòu)到達(dá)注意事項(xiàng)一、 前言1、 泥水盾構(gòu)產(chǎn)生最初的泥水盾構(gòu)要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的專利。由于高透水性地層用壓縮空氣支撐隧洞開(kāi)挖面非常困難，1874年，Greathead開(kāi)發(fā)了用流體支撐開(kāi)挖面的盾構(gòu)，開(kāi)挖出的土料以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林為第一臺(tái)德國(guó)泥水式盾構(gòu)申請(qǐng)了專利，該盾構(gòu)以液體支撐開(kāi)挖面，其開(kāi)挖室是有壓和密封的。1959年E.C.Gardner成功地將以液體支撐開(kāi)挖面應(yīng)用于一臺(tái)用于建造排污隧洞的直徑為 3.35 m的盾構(gòu)。1960年 Schneidereit 引進(jìn)了用膨潤(rùn)土懸浮液來(lái)支撐開(kāi)挖面，而H.Lorenz 的專利

3、提出用加壓的膨潤(rùn)土液來(lái)穩(wěn)固開(kāi)挖面。1967年第一臺(tái)有切削刀盤(pán)并以水力出土、直徑為3.1m的泥水盾構(gòu)在日本開(kāi)始使用。在德國(guó)，第一臺(tái)以膨潤(rùn)土懸浮液支撐開(kāi)挖面的盾構(gòu)由Wayss & Freytag開(kāi)發(fā)并投入使用。2、 泥水盾構(gòu)發(fā)展泥水式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展有三種歷程，即日本歷程、英國(guó)歷程和德國(guó)歷程。到目前則只有日本和德國(guó)兩個(gè)主要的發(fā)展體系。日本的發(fā)展歷程導(dǎo)致當(dāng)今的泥水盾構(gòu)，德國(guó)的發(fā)展歷程導(dǎo)致水力盾構(gòu)。以日本的泥水盾構(gòu)為基礎(chǔ)發(fā)展了土壓平衡盾構(gòu)，而德國(guó)的水力盾構(gòu)導(dǎo)致很多不同的機(jī)型，如混合型盾構(gòu)，懸臂刀頭泥水盾構(gòu)及水力噴射盾構(gòu)等。德國(guó)和日本體系的主要區(qū)別是，德國(guó)式的在泥水艙中設(shè)置了氣壓艙，便于人工正面控制

4、泥水壓力，構(gòu)造簡(jiǎn)單；日本式的泥水密封艙中全是泥水，要有一套自動(dòng)控制泥水平衡的裝置。1967年三菱公司制造了第一臺(tái)為泥漿開(kāi)挖面支護(hù)的試驗(yàn)盾構(gòu)，直徑為3.10m的樣機(jī)取得經(jīng)驗(yàn)后, 1970年建造了第一臺(tái)大型泥水盾構(gòu),直徑為7.20m,用于建設(shè)海峽下的Keiyo鐵路線。自此以后,日本的很多制造商生產(chǎn)了此型盾構(gòu)。與歐洲相比,泥水盾構(gòu)在日本使用很多。在歐洲,英國(guó)的Markham,法國(guó)的NFM及FCB公司等采用日本許可證,也制造了泥水盾構(gòu)。德國(guó)的發(fā)展歷程起始于1972年，德國(guó)承包商Wayss及Freytag公司開(kāi)發(fā)了水力盾構(gòu)系統(tǒng)。1974年，其樣機(jī)用于建設(shè)Hamburg港口下的Hamburg-Wilhel

5、msburg總管道，盾構(gòu)外徑為4.48m。當(dāng)時(shí)還沒(méi)有可靠的盾尾密封。這樣一來(lái)整條隧道被加壓。因?yàn)榇诵投軜?gòu)是首次使用，很多修改事先未預(yù)料到。為了繼續(xù)隧洞修建工程,采取了許多補(bǔ)救措施，解決了一些主要問(wèn)題。第二次掘進(jìn)著重解決了可靠的尾封，使得在最后的30m，采用了新的尾封后才達(dá)到隧洞內(nèi)無(wú)壓力的目的。當(dāng)今水力盾構(gòu)在歐洲市場(chǎng)占有很重要的位置,Herrenknecht，HowaldtswerkeDeutscheWerft及VoestAlpineBergtechnik等公司都是這類盾構(gòu)最重要的制造商。3、 泥水盾構(gòu)的形式3.1泥水盾構(gòu)（日本體系）日本泥水盾構(gòu)流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展以及它們大量應(yīng)用是由于日本沿海城市

6、的地質(zhì)特征。經(jīng)常是水平層理并由江河及大海沉積物形成。泥水盾構(gòu)是為在砂土及淤泥中應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，在很粘的粘土中應(yīng)用受到限制,會(huì)導(dǎo)致孔口的堵塞。密實(shí)的卵石層則需要增加力矩克服作用于刀盤(pán)上的摩擦力。在小直徑機(jī)器中由于增加力矩而考慮設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置就非常困難。泥水盾構(gòu)的主要特征是支護(hù)液的類型（正常時(shí)是粘土懸浮液）、刀盤(pán)設(shè)計(jì)及控制支護(hù)液壓力的方法。泥水盾構(gòu)的刀盤(pán)是扁平設(shè)計(jì)的，而且?guī)缀跏欠忾]的，這樣一來(lái)也能提供機(jī)械的開(kāi)挖面支撐。為搬掉障礙物等，通往隧洞開(kāi)挖面的通道只能經(jīng)過(guò)幾個(gè)開(kāi)口，它們?cè)谶\(yùn)行時(shí)是被封閉的。通常刀具及齒具均為雙排幅射布置，刀盤(pán)可在任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。土料經(jīng)過(guò)窄長(zhǎng)而平行的刀盤(pán)面開(kāi)口進(jìn)入開(kāi)挖室，這些開(kāi)

7、口被調(diào)整到既能通過(guò)盡可能大的土石塊，又能限制水力輸運(yùn)管道所不能通過(guò)的塊體。圖1根據(jù)土層類型的泥水盾構(gòu)適用范圍根據(jù)所需的扭矩，切削刀盤(pán)采用中心軸形式、鼓型或中心錐型設(shè)計(jì)。支護(hù)液從開(kāi)挖室的上部添加，土料與懸浮液的混合液由底部靠近攪拌器的地方排出。安裝攪拌器是為了防止沉淀以產(chǎn)生均勻的輸送介質(zhì)。在泥水盾構(gòu)中，隧洞開(kāi)挖面支護(hù)壓力直接受開(kāi)挖室中添加或排出泥水的影響。支護(hù)壓力，在開(kāi)挖室及輸入泥水管中用壓力傳感器測(cè)量，并與計(jì)算出的支護(hù)壓力的理論值相比較。懸浮液回路中的泵與閥也用同樣的方法予以控制。因?yàn)椴豢赡芸吹剿矶撮_(kāi)挖面的變化,穩(wěn)定性只能在理論的及當(dāng)前的開(kāi)挖量之間用質(zhì)量進(jìn)行比較。當(dāng)前的開(kāi)挖量由測(cè)量支護(hù)液的密度

8、得出，理論開(kāi)挖量則參考比重、結(jié)實(shí)性及孔隙的份額等得出。這些值是在最初巖心鉆的基礎(chǔ)上取得的。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)的所有調(diào)控功能都取自地面的中央處理裝置。雖然在中央處理裝置中,大量的數(shù)據(jù)都可收集、測(cè)定并看到,但盾構(gòu)機(jī)中的操作人員仍是需要的,在難對(duì)付的情況下也要人工干預(yù)。3.2水力盾構(gòu)（德國(guó)體系）與日本的地質(zhì)條件相比,在歐洲則不同地點(diǎn)差異很大，因而水力盾構(gòu)的基本原理對(duì)地質(zhì)的適用范圍就更靈活。水力盾構(gòu)適于所有松散地層,如加裝另外的裝置還能用于巖層。幾乎所有的水力盾構(gòu)都以Wayss&Freytag開(kāi)發(fā)的為基礎(chǔ)。除了設(shè)計(jì)并建造第一臺(tái)樣機(jī)（Hamburg-Wilhelmsburg1974）外,該公司還在德國(guó)

9、及德國(guó)以外實(shí)施了很多成功的工程。水力盾構(gòu)很突出的部分是用沉浸墻隔離開(kāi)挖室（在液體支護(hù)的隧洞開(kāi)挖面附近,支護(hù)壓力由后腔的氣囊調(diào)整）以及有單獨(dú)固定幅條的開(kāi)式星型刀盤(pán)。另外不同于日本泥水盾構(gòu)的是采用水-膨潤(rùn)土懸浮液,這更適合歐洲的地質(zhì)情況。采用膨潤(rùn)土與在隧洞開(kāi)挖面形成濾餅是相聯(lián)系的，所以此型盾構(gòu)也稱之為膨潤(rùn)土盾構(gòu)。水力盾構(gòu)系統(tǒng)最重要的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)氣囊調(diào)節(jié)支護(hù)壓力，泥水回路中懸浮液的量的變化不會(huì)改變支護(hù)壓力的大小。比如，當(dāng)掘進(jìn)通過(guò)斷層帶，支護(hù)懸浮液可能會(huì)突然損失，但隧洞開(kāi)挖面上的支護(hù)壓力不會(huì)損失。通過(guò)布置在盾構(gòu)頂部的壓縮空氣閘室以及穿過(guò)氣囊及沉浸墻進(jìn)入開(kāi)挖室，這比日本的泥水盾構(gòu)容易搬掉障礙物。為了搬掉障

10、礙物或在刀盤(pán)上進(jìn)行修理及維護(hù)工作，開(kāi)挖室中的懸浮液可以被排出并由壓縮空氣取代。懸浮液在開(kāi)挖面處形成的濾餅或泥膜層及其密封效應(yīng)，使得可以單獨(dú)用壓縮空氣支護(hù)隧洞開(kāi)挖面。當(dāng)與空氣接觸時(shí)，膨潤(rùn)土餅層會(huì)減薄，為了限制漏氣，應(yīng)每隔一段時(shí)間對(duì)膨潤(rùn)土餅層進(jìn)行更新，如向隧洞開(kāi)挖面噴射膨潤(rùn)土或?qū)⑴驖?rùn)土液滿溢開(kāi)挖室。開(kāi)式刀盤(pán)在泥漿輸出管前裝有一攔石柵，截住超過(guò)管道運(yùn)輸尺寸的土石塊。攔石柵前有一液力操作的破碎機(jī)將大石塊破碎到要求的尺寸。攔石柵前的沉積料用懸浮液噴射除去。對(duì)不同的地層可以在刀盤(pán)上裝設(shè)不同的開(kāi)挖刀具。圖2根據(jù)土層類型的水力盾構(gòu)適用范圍3.3混合型盾構(gòu)中的水力盾構(gòu)形式在水力盾構(gòu)基本概念的基礎(chǔ)上，Wayss&

11、amp;Freytag與Herrenknecht一起設(shè)計(jì)了一種根據(jù)地質(zhì)變化情況而進(jìn)行開(kāi)挖面支撐方式轉(zhuǎn)換的混合型盾構(gòu)?；旌闲投軜?gòu)可轉(zhuǎn)變成泥水模式、土壓平衡及壓縮空氣模式等。在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要可以完成從一種模式到另一種模式的轉(zhuǎn)換，因而其應(yīng)用范圍較廣。在已有的混合型盾構(gòu)的工程應(yīng)用例子當(dāng)中，大多數(shù)都是運(yùn)行在水力盾構(gòu)模式下而無(wú)需轉(zhuǎn)換到別的模式，所以也習(xí)慣地將它們歸類為或稱之為水力盾構(gòu)。3.4懸臂刀頭式泥水盾構(gòu)Holzmann懸臂刀頭式泥水盾構(gòu)是泥水支撐和部分?jǐn)嗝骈_(kāi)挖的組合?？缮炜s的刀頭懸臂裝在密封承壓隔板中部，當(dāng)絞刀頭接觸到巖土層時(shí)，通過(guò)人工或自動(dòng)控制操作進(jìn)行開(kāi)挖面開(kāi)挖動(dòng)作。開(kāi)挖出的土料通過(guò)刀頭

12、的開(kāi)口及懸臂內(nèi)管道以泥水狀態(tài)輸出。刀頭的開(kāi)口尺寸與泥水輸出管道尺寸相匹配，不適于管道輸送的較大尺寸土石塊被刀頭開(kāi)口阻擋。如必須進(jìn)入開(kāi)挖室進(jìn)行修理工作或搬掉障礙物時(shí),可以部分或全部地降低懸浮液或用壓縮空氣進(jìn)行置換，其適用的地質(zhì)范圍與水力盾構(gòu)一樣。在開(kāi)挖室沿盾殼內(nèi)側(cè)布置多個(gè)可單獨(dú)進(jìn)行液壓控制的支撐胸板, 當(dāng)胸板被頂推起來(lái)時(shí)可在盾構(gòu)前方將其封閉。盾構(gòu)底拱設(shè)有一石料閘室,直徑小于500mm的石頭無(wú)需進(jìn)入開(kāi)挖室區(qū)域即可搬除。此盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)是對(duì)膨潤(rùn)土懸浮液支撐壓力的調(diào)整及控制。停機(jī)時(shí)，調(diào)整控制壓力有如水力盾構(gòu)，即用氣墊（氣囊）和氣艙。而運(yùn)行時(shí)壓力控制則有如泥水盾構(gòu)，通過(guò)泥水輸入輸出泵的自動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)

13、節(jié)。為此，開(kāi)挖室內(nèi)懸浮液的壓力通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)，然后與計(jì)算參考值比較并作相應(yīng)改變。3.5用于頂管的泥水式盾構(gòu)3.5.1用于頂管的水力盾構(gòu)為了把水力盾構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)用于小直徑隧洞，Wayss&Freytagh公司開(kāi)發(fā)了此種盾構(gòu)的簡(jiǎn)化形式。其目的是設(shè)計(jì)一種刀盤(pán)外徑在2m以下適于各種松散并承水地層中頂管的盾構(gòu)機(jī)。經(jīng)承壓隔板通往開(kāi)挖室，采用凈寬為 800mm的圓型閉鎖門。承壓隔板處無(wú)空間用于刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置，所以把它置于沉浸墻，這樣驅(qū)動(dòng)裝置便在支撐懸浮液中運(yùn)轉(zhuǎn)。所有后部閘門都設(shè)計(jì)成能保證可更換被損壞的驅(qū)動(dòng)裝置的最小的尺寸。由刀盤(pán)作用于驅(qū)動(dòng)軸的力應(yīng)特別考慮，翻轉(zhuǎn)力矩及橫向力與扭矩有關(guān)，此扭矩應(yīng)能通過(guò)

14、驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生的最大液壓力加以控制。沉浸墻也應(yīng)承受刀盤(pán)上增加的軸向力，由推進(jìn)力產(chǎn)生的縱向力可以用沉浸墻的彈性彎曲來(lái)測(cè)量并控制。到目前為止已有的這類盾構(gòu)的直徑從1.96m到3.6m。然而，從采用齒輪馬達(dá)的經(jīng)濟(jì)性考慮，盾構(gòu)直徑只能到2.6m，因?yàn)楦笾睆降亩軜?gòu)需要幾個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置單元。3.5.2水力噴射盾構(gòu)水力噴射盾構(gòu)也是Wayss&Freytag開(kāi)發(fā)的，并于1979年獲得專利。它是基于這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)，即近地面的隧洞工程常常會(huì)遇到很多的障礙物。由于很多天然的及人為的障礙物，其形式及材料均不同（如樹(shù)根、基礎(chǔ)、石頭及樁柱等），全部機(jī)械化的隧洞工程要求多用途及適用的開(kāi)挖機(jī)具，那樣可能很貴。對(duì)于不大的隧洞

15、工程，不宜使用全機(jī)械化的盾構(gòu)，而適用在水力盾構(gòu)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)水力開(kāi)挖的水力噴射盾構(gòu)。用切割輪代替機(jī)械開(kāi)挖，使地層開(kāi)挖在開(kāi)挖室中通過(guò)有目標(biāo)的液體噴射進(jìn)行。省略布置在中心的驅(qū)動(dòng)裝置，允許小直徑機(jī)器通往隧洞工作面。人工開(kāi)挖并搬動(dòng)障礙物，可在任意時(shí)間進(jìn)行，使水力噴射盾構(gòu)成為一種靈活的辦法，其地質(zhì)的適用范圍與慣用的水力盾構(gòu)一樣。然而,密實(shí)的及堅(jiān)硬的地層限制了它的適用范圍，粘性的地層雖然負(fù)載壓力一樣，但只允許低進(jìn)尺。噴嘴布置在盾構(gòu)軸線側(cè)面的切割邊緣內(nèi)，使噴射直接影響的范圍在盾殼的里面。噴嘴搖擺的直徑約為1024mm，壓力可達(dá)1MPa，噴射的范圍在1.5m以內(nèi)。由于噴嘴有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，與機(jī)械開(kāi)挖機(jī)具相比，成本低得

16、多。隧洞工作面上由濾餅提供的支撐不會(huì)受小范圍噴射水的影響。從土壤結(jié)構(gòu)中挪去石頭要比在機(jī)械開(kāi)挖中更要當(dāng)心，因?yàn)樯渌な瘯?huì)轉(zhuǎn)變或挪動(dòng)四周較軟的基底，而不增加開(kāi)挖的能量。沉浸墻離得遠(yuǎn)，允許用人工拆卸格柵，無(wú)需從隧洞面除去支撐液。因?yàn)檎系K物不能被自動(dòng)檢測(cè)，沉浸墻及所有柔性部分均需超應(yīng)力保護(hù)，安全開(kāi)關(guān)可以避免壓力隔板超應(yīng)力。用液力噴射時(shí),不一定是圓形斷面，通過(guò)噴嘴布置可選擇任意形式的斷面。這種系統(tǒng)的弊端是調(diào)整機(jī)器的方向比較困難，在切割邊緣的前方形成控制的超挖是不可能的（即用于調(diào)向的目的）。還有，噴嘴不能消除盾構(gòu)的翻轉(zhuǎn)。二、 泥水盾構(gòu)原理及結(jié)構(gòu)1、 泥水盾構(gòu)工作原理泥水式盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)穩(wěn)定開(kāi)挖面的機(jī)理為：以

17、泥水壓力來(lái)抵抗開(kāi)挖面的土壓力和水壓力以保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，同時(shí)，控制開(kāi)挖面變形和地基沉降；在開(kāi)挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水壓力有效作用于開(kāi)挖面。  圖3泥水式盾構(gòu)工作原理在開(kāi)挖面，隨著加壓后的泥水不斷滲入土體，泥水中的砂土顆粒填入土體孔隙中，可形成滲透系數(shù)非常小的泥膜（膨潤(rùn)土懸浮液支撐時(shí)形成一濾餅層）。而且，由于泥膜形成后減小了開(kāi)挖面的壓力損失，泥水壓力可有效地作用于開(kāi)挖面，從而可防止開(kāi)挖面的變形和崩塌，并確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定。因此，在泥水式盾構(gòu)機(jī)施工中，控制泥水壓力和控制泥水質(zhì)量是兩個(gè)重要的課題。為了保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，必須可靠而迅速地形成泥膜，以使壓力有效地作用于開(kāi)挖面。為此，泥水應(yīng)具有

18、以下特性：l 泥水的密度為保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，即把開(kāi)挖面的變形控制到最小限度，泥水密度應(yīng)比較高。從理論上講，泥水密度最好能達(dá)到開(kāi)挖土體的密度。但是，大密度的泥水會(huì)引起泥漿泵超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及泥水處理困難；而小密度的泥水雖可減輕泥漿泵的負(fù)荷，但因泥粒滲走量增加，泥膜形成慢，對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定不利。因此，在選定泥水密度時(shí)，必須充分考慮土體的地層結(jié)構(gòu)，在保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定的同時(shí)也要考慮設(shè)備能力。l 含砂量在強(qiáng)透水性土體中，泥膜形成的快慢與摻入泥水中砂粒的最大粒徑以及含砂量（砂粒重/粘土顆粒重）有密切的關(guān)系，這是因?yàn)樯傲＞哂刑疃峦馏w孔隙的作用。為了充分發(fā)揮這一作用，砂粒的粒徑應(yīng)比土體孔隙大而且含量適中。l 泥水的粘

19、性泥水必須具有適當(dāng)?shù)恼承?，以收到以下效果：防止泥水中的粘土、砂粒在泥水室?nèi)的沉積，保持開(kāi)挖面穩(wěn)定；提高粘性，增大阻力防止逸泥；使開(kāi)挖下來(lái)的棄土以流體輸送，經(jīng)后處理設(shè)備濾除廢渣，將泥水分離。土體一經(jīng)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖，其原有的應(yīng)力即被釋放，并將產(chǎn)生向應(yīng)力釋放面的變形。此時(shí)，為控制地基沉降，保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，必須向開(kāi)挖面施加一個(gè)相當(dāng)于釋放應(yīng)力大小的力。泥水式盾構(gòu)機(jī)中由泥水壓力來(lái)抵消開(kāi)挖面的釋放應(yīng)力。在決定泥水壓力時(shí)主要要考慮開(kāi)挖面的水壓力、土壓力以及預(yù)留壓力。在泥水式盾構(gòu)機(jī)中支護(hù)開(kāi)挖面的液體同時(shí)又作為運(yùn)輸介質(zhì)。開(kāi)挖工具開(kāi)挖的土料在開(kāi)挖室中與支護(hù)液混合。然后，開(kāi)挖土料與懸浮液的混合物被泵送到地面。在地面的篩分

20、場(chǎng)中支護(hù)液與土料分離。隨后，如需要，添加新的膨潤(rùn)土，再將此液體泵回隧洞開(kāi)挖面。泥水式盾構(gòu)機(jī)的主要弊病是篩分場(chǎng)（場(chǎng)地及能源需要、環(huán)境污染）和排出膨潤(rùn)土液中包含的不可分離細(xì)料所引起的困難。與其他系統(tǒng)相比，經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用泥水式盾構(gòu)機(jī)主要取決于泥水懸浮液分離的要求及地層的滲透性和懸浮液的成分。2、 泥水盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)泥水盾構(gòu)主要由盾殼、刀盤(pán)、密封泥水艙、盾構(gòu)干斤頂、管片拼裝機(jī)以及鉸接密封、盾尾密封裝置等組成。概括地說(shuō)，泥水加壓盾構(gòu)是在盾構(gòu)前部增設(shè)一道密封隔艙板，把盾構(gòu)開(kāi)挖面與盾構(gòu)后面和隧道空間截然分開(kāi)，使密封隔艙板與開(kāi)挖面土層之間形成密封泥水艙，在泥水艙內(nèi)充以壓力泥漿，刀盤(pán)浸沒(méi)在泥水艙中工作，由刀盤(pán)開(kāi)挖下的泥

21、土進(jìn)入泥水艙后，經(jīng)刀盤(pán)切削攪拌和攪拌機(jī)攪拌后形成稠泥漿，通過(guò)管道排送到地面，排出的泥漿作分離處理，排除土碴，對(duì)余下的漿液進(jìn)行粘度、比重調(diào)整，重新送入盾構(gòu)密封泥水艙循環(huán)使用。復(fù)合式泥水盾構(gòu)機(jī)還包含隔板或連通管、氣艙。這種系統(tǒng)的工作特微是由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)密封泥水艙內(nèi)插裝一道半隔板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在隔板后面與泥漿接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在全開(kāi)挖面上相應(yīng)的泥漿支護(hù)壓力。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，有時(shí)由于泥漿的流失，或推進(jìn)速度的變化，進(jìn)、排泥漿量將會(huì)失去平衡，氣液接觸

22、面就會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)液位傳感器，根據(jù)液位的高低變化來(lái)操縱供泥漿泵轉(zhuǎn)速，使液位恢復(fù)到設(shè)定位置，以保持開(kāi)挖面支護(hù)液壓的穩(wěn)定。也就是說(shuō)，供泥漿泵輸出量隨液位下降而增加，隨液位上升而減小，另外在液位最高和最低處設(shè)有限位器，當(dāng)液位達(dá)到最高位時(shí)，停止供泥漿泵，當(dāng)液位降低到最低位時(shí)，則停止排泥漿泵。正是由于空氣緩沖層的彈性作用，從而當(dāng)液位波動(dòng)時(shí)，對(duì)支護(hù)泥漿壓力變化無(wú)明顯影響。顯然，間接控制型泥水加壓盾構(gòu)與直接控制型相比，操作控制更為簡(jiǎn)化，對(duì)開(kāi)挖面土層支護(hù)更為穩(wěn)定，對(duì)地表變形控制也更為有利。2.1主機(jī)盾構(gòu)有些系統(tǒng)安裝在盾構(gòu)內(nèi)部，外部為盾殼，包括動(dòng)力系統(tǒng)和管片安裝等。盾構(gòu)主機(jī)由三個(gè)主要部分組成：包括刀盤(pán)

23、和主驅(qū)動(dòng)裝置在內(nèi)的切口環(huán)；包括操作控制系統(tǒng)、電氣和液壓系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)在內(nèi)的支撐環(huán)；以及包含襯砌系統(tǒng)的盾尾環(huán)。一般來(lái)講，盾構(gòu)設(shè)備包括以下幾個(gè)部分：2.1.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：刀盤(pán)或刀頭、主軸承及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)刀盤(pán)是盾構(gòu)最前端的部件，直接與掌子面接觸并安裝有各種刀具、進(jìn)排泥水噴頭等。盾構(gòu)的刀具分為滾刀、切刀、刮刀、鏟刀等。滾刀用于硬巖和較大石塊的破碎和掘進(jìn)；切刀用于軟巖和含有較小石塊的混合型地質(zhì)條件的掘進(jìn)；刮刀用于將掌子面上切下來(lái)的碴料刮送到盾構(gòu)土壓倉(cāng)中運(yùn)走。有些盾構(gòu)裝有中心凸刀，安裝在刀盤(pán)的中央位置，且呈錐形向前突出于刀盤(pán)，使盾構(gòu)開(kāi)挖更容易進(jìn)行。中心凸刀在軟土地層及復(fù)合地層中使用，配有錐型刀尖及四周凸緣設(shè)計(jì)

24、，錐形凸刀整個(gè)表面及切割刀具均經(jīng)過(guò)硬化處理。中心凸刀可以設(shè)計(jì)成各種形式。中心凸刀起超前探測(cè)地層狀況和保護(hù)刀盤(pán)的作用。盾構(gòu)刀盤(pán)上的刀具可以根據(jù)地質(zhì)條件的變化很容易的進(jìn)行更換，絕大多數(shù)盾構(gòu)采用獨(dú)特的“后裝式”刀具安裝方式，即在刀盤(pán)后面進(jìn)行安裝。這樣既提高了刀具更換速度，又充分保證了維修人員的安全。 工作人員日常更換刀具及保養(yǎng)時(shí)，無(wú)需暴露在沒(méi)有支撐的掌子面上。刀盤(pán)可以分為軟巖刀盤(pán)、硬巖刀盤(pán)、復(fù)合式刀盤(pán)等。刀盤(pán)的安裝方式也可分為中心支撐方式、周邊支撐方式。刀盤(pán)開(kāi)口形式、開(kāi)口率、刀具設(shè)置等決定了盾構(gòu)的適用范圍，不過(guò)可以根據(jù)工程的地質(zhì)情況更換為適宜的刀盤(pán)，從而擴(kuò)大盾構(gòu)的適用范圍。2.1.2進(jìn)排泥水系統(tǒng)：包

25、括進(jìn)泥噴嘴及閥門、排泥吸口及閥門、排漿泵（也有安裝在后配套拖車上）、流量計(jì)、密度計(jì)、碎石系統(tǒng)、進(jìn)排泥旁通系統(tǒng)等。碎石系統(tǒng)有碎石機(jī)和錐形破碎器兩種。碎石機(jī)安裝在刀盤(pán)后部或后配套拖車上，錐形破碎器是利用刀盤(pán)支撐臂與刀盤(pán)背后的錐形區(qū)域組成，支撐臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐臂與錐形區(qū)域上的突起臂之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)將碴石破碎。也有利用泥水箱直接將大點(diǎn)的石碴過(guò)濾出來(lái)的。進(jìn)排泥旁通系統(tǒng)用于泥水循環(huán)的建立、泥水反沖。2.1.3襯砌系統(tǒng)：拼裝管片，包括襯砌管片裝卸、輸送、拼裝，最后形成管環(huán)及盾尾注漿，完成隧道襯砌施工。2.1.4 導(dǎo)向系統(tǒng)：包括方向控制，鉸接系統(tǒng)。硬件和軟件。2.1.5電氣系統(tǒng)。 2.1.6液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)用于整

26、個(gè)設(shè)備的掘進(jìn)、襯砌管片的拼裝。盾構(gòu)的推進(jìn)由安裝在靜止環(huán)內(nèi)的液壓油缸來(lái)完成，液壓油缸作用在襯砌管片和支撐環(huán)上。2.1.7控制系統(tǒng)：多數(shù)盾構(gòu)的控制系統(tǒng)、儀器儀表系統(tǒng)集中安裝在支撐環(huán)內(nèi)的操作控制間內(nèi)。操作控制間安裝在觀察刀盤(pán)和襯砌運(yùn)行的最佳視角位置。也有安裝在拖車或地面上的。2.1.8報(bào)警系統(tǒng)：為了操作安全，并對(duì)盾構(gòu)內(nèi)部的所有燈光和供電系統(tǒng)都按照一級(jí)防爆標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。有些配備了瓦斯探測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)空氣中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定水平時(shí)，瓦斯探測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉供電系統(tǒng)電源。2.1.9防滾系統(tǒng)：為防止側(cè)滾，在盾構(gòu)加裝了側(cè)滾角度傳感器。當(dāng)側(cè)滾角度超過(guò)限定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)將盾構(gòu)的電源切斷。2.1.10密封系統(tǒng)：鋼絲刷尾

27、端密封將泥漿、水和粘土完全隔離在外面。尾端的壓力油脂噴射潤(rùn)滑更有效地幫助隔離。2.1.11氣墊及氣鎖系統(tǒng)：德國(guó)生產(chǎn)的復(fù)合式盾構(gòu)上有配備，包括隔墻、閘門、送排氣系統(tǒng)、人艙、加壓艙、應(yīng)急艙、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。氣墊系統(tǒng)用于間接控制開(kāi)挖面的土壓、水壓，從而保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。氣鎖系統(tǒng)用于設(shè)備檢查和換刀。2.2后配套盾構(gòu)輔助系統(tǒng)：包括：盾尾注漿系統(tǒng)；超前探測(cè)，地質(zhì)固結(jié)系統(tǒng)；通風(fēng)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；隧道導(dǎo)向系統(tǒng)等等。3、 泥水盾構(gòu)法施工輔助設(shè)備3.1壓縮空氣系統(tǒng)：含供氣設(shè)備、過(guò)濾系統(tǒng)（含冷干機(jī)、三級(jí)過(guò)濾器）。3.2通風(fēng)系統(tǒng)：通風(fēng)機(jī)，有些配備空調(diào)冷卻空氣之后送入洞內(nèi)。3.3冷卻水系統(tǒng)：過(guò)濾機(jī)、進(jìn)排水泵、管

28、道過(guò)濾器等。3.4變配電系統(tǒng)：高低壓配電設(shè)備、接線盒等。3.5泥水處理系統(tǒng)：一般分離設(shè)備有振動(dòng)篩、旋轉(zhuǎn)分離器、離心機(jī)、壓濾機(jī)等。l 振動(dòng)篩對(duì)于不同粒徑和級(jí)配的物質(zhì)分離，振動(dòng)篩是最基本的設(shè)備，振動(dòng)篩是由一個(gè)或多個(gè)篩板組成，每個(gè)篩板的篩孔逐級(jí)減小。振動(dòng)篩一般用于粗糙材料的篩分，其孔眼小至60m。l 旋轉(zhuǎn)分離器旋轉(zhuǎn)分離器是由一固定的錐體組成，它的進(jìn)料口緊挨其殼體，在圓錐體的頂部設(shè)有一上溢流出口，底部設(shè)一下溢流出口，開(kāi)挖料以較大速度抽入旋轉(zhuǎn)的錐體中，使之產(chǎn)生渦流作用，泥水進(jìn)入錐體中的螺旋體。尺寸大、重量重的粒狀物通過(guò)離心作用，以一定速度分離出來(lái)，集中到錐體的內(nèi)壁上，最后通過(guò)底部出口排出；細(xì)小的顆粒，保

29、留在泥水中，經(jīng)螺旋體從上溢口排出。旋轉(zhuǎn)分離器廣泛應(yīng)用于地表分離站，它可以從廢棄泥水中分離出砂和淤泥，甚至可以有效地分離出10m的顆粒。l 離心機(jī)通常使用的離心機(jī)是由兩個(gè)圍繞一靜止室旋轉(zhuǎn)的同軸部件組成。它用于凈化膨潤(rùn)土泥漿很有效，只把6m的顆粒保留在泥漿中。l 壓濾機(jī)壓濾機(jī)分為兩種類型：a)連續(xù)型，如帶狀壓濾機(jī)；b)定量調(diào)節(jié)型，如盤(pán)狀壓濾機(jī)。它們將廢棄的泥漿經(jīng)壓濾后適于運(yùn)輸處置。3.6運(yùn)輸系統(tǒng)：包含垂直運(yùn)輸系統(tǒng)和水平運(yùn)輸系統(tǒng)。3.7防排水系統(tǒng)3.8通訊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.9其它輔助設(shè)備三、 泥水盾構(gòu)的選型1、 盾構(gòu)機(jī)形式和種類的選定依據(jù)盾構(gòu)機(jī)形式大體上分為開(kāi)放式和密封式。開(kāi)放式盾構(gòu)機(jī)的使用條件是：切削面

30、不受土壓、水壓的影響即自穩(wěn)性好，或配合采用氣壓法、化學(xué)灌漿及其他輔助工法對(duì)切削面加以改良。細(xì)分為人工挖掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式。密封式盾構(gòu)機(jī)可在盡可能不采用輔助工法的前提下，對(duì)切削面進(jìn)行穩(wěn)定切削，對(duì)土倉(cāng)內(nèi)的土壓、水壓進(jìn)行有效控制。參照下表：表1 密封式盾構(gòu)機(jī)的工作原理機(jī)型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)加泥漿土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理切削面與機(jī)內(nèi)作業(yè)倉(cāng)之間裝有隔壁，工作時(shí)對(duì)切削面一側(cè)施加泥漿壓力，以克服切削面孔隙水壓，在泥漿壓力的作用下，切削面形成一層泥膜或滲透護(hù)壁，保持切削面穩(wěn)定。泥土經(jīng)刀盤(pán)切削，被加入高濃度泥漿或泡沫等材料后進(jìn)入土倉(cāng)內(nèi)，再由貫穿隔壁的螺旋輸送機(jī)排出，螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿泥土，盾構(gòu)機(jī)在保持與切削面土壓平

31、衡的狀態(tài)下掘進(jìn)。2、 機(jī)型選定在某些特定條件下的工程，如在大量含水砂礫層，無(wú)粘聚力、極不穩(wěn)定土層和覆土淺的工程，以及超大直徑盾構(gòu)和對(duì)地面變形要求特別高的地區(qū)施工，泥水加壓盾構(gòu)就能顯示其優(yōu)越性。另外對(duì)某些施工場(chǎng)地較寬敞，有豐富的水源和較好泥漿排放條件或泥漿僅需進(jìn)行沉淀處理排放的工程，可大幅度降低施工費(fèi)用。2.1選型依據(jù)l 土質(zhì)條件、巖性（抗壓、抗拉、顆粒、成層等各參數(shù)）；l 開(kāi)挖面穩(wěn)定（自立性能）；l 隧道埋深、地下水位；l 設(shè)計(jì)隧道的斷面；l 環(huán)境條件、沿線場(chǎng)地（附近管線和建構(gòu)筑物及其結(jié)構(gòu)特性）；l 襯砌類型；l 工期；l 造價(jià)；l 輔助工法；l 設(shè)計(jì)路線、線形、坡度；l 電氣等其它設(shè)備條件。

32、2.2泥水盾構(gòu)選型表2 適宜使用密封式盾構(gòu)機(jī)的地質(zhì)條件機(jī)型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)一、地質(zhì)條件能適應(yīng)粘土、砂土、砂礫，巖層等各種地質(zhì)。需向開(kāi)挖倉(cāng)中注入泥漿，適合開(kāi)挖面難以穩(wěn)定、滯水砂層、砂礫層、含水量高的地層及隧道上方有水體的場(chǎng)合。能適應(yīng)粘土、砂土、砂礫，巖石等各種地質(zhì)。需要向開(kāi)挖倉(cāng)中注添加劑，來(lái)改善土碴的性能，使其成為具有良好塑流性及止水性的土體。二、開(kāi)挖面穩(wěn)定及止水性（水、土砂的噴涌）采用管道輸送系統(tǒng)將開(kāi)挖后的土碴成泥水排出，即使盾構(gòu)機(jī)周圍水壓較高，也不會(huì)產(chǎn)生水及土砂的噴涌。只要通過(guò)對(duì)泥水壓力及流量的正確管理，完全能保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。對(duì)于透水性大的砂性土，泥漿能滲入到土層內(nèi)一定深度，并

33、在很短時(shí)間內(nèi)，在土層表面形成泥膜，有助于改善地層的自承能力，并使泥漿壓力在開(kāi)挖面上發(fā)揮有效的支護(hù)作用。采用螺旋輸送機(jī)排土，在富含水、透水性大的砂層、砂礫層中，需要向開(kāi)挖面及土倉(cāng)中添加泡沫或泥漿材料，才能使開(kāi)挖土具有良好塑流性及止水性。對(duì)于土倉(cāng)壓力大于3bar的地層，螺旋輸送機(jī)難以形成有效的土塞效應(yīng)，從而有可能在螺旋輸送機(jī)排土閘門處發(fā)生水、土砂噴涌現(xiàn)象，引起土倉(cāng)中土壓力下降，導(dǎo)致開(kāi)挖面坍塌。三、隧道埋深、地下水位使用于隧道埋深大，地下水位高的場(chǎng)合。滲透系數(shù)10-2以上。滲透系數(shù)為10-310-1，當(dāng)K>1×10-2時(shí)，開(kāi)挖倉(cāng)中添加劑被稀釋，水、砂、砂礫相互混合后，不易形成具有良好

34、塑流性及止水性的土碴，施工相對(duì)困難。四、盾構(gòu)推力由于泥漿的作用，土層對(duì)盾殼的阻力小，盾構(gòu)推進(jìn)力比土壓盾構(gòu)小。土層對(duì)盾殼的阻力大，盾構(gòu)推進(jìn)力比泥水盾構(gòu)大。五、刀盤(pán)、刀具壽命、刀盤(pán)扭矩切削面及土倉(cāng)中充滿泥水，對(duì)刀具、刀盤(pán)起到一定的潤(rùn)滑作用，摩擦阻力與土壓盾構(gòu)相比要小，泥漿攪拌阻力小，因而相對(duì)土壓盾構(gòu)而言，其刀具、刀盤(pán)的壽命要長(zhǎng)，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)扭矩小。刀盤(pán)與開(kāi)挖面的摩擦力大，土倉(cāng)中土碴與添加材料攪拌阻力也大，故其刀具、刀盤(pán)的壽命比泥水盾構(gòu)要短，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)扭矩比泥水盾構(gòu)大。六、推進(jìn)效率掘削下來(lái)的碴土轉(zhuǎn)換成泥水通過(guò)管道輸送，并且施工性能良好，輔助工作少，故效率比土壓盾構(gòu)高。開(kāi)挖土的輸送隨著掘進(jìn)距離的增加，其施工

35、效率也降低，輔助工作多。七、設(shè)計(jì)路線、線形、坡度盾構(gòu)機(jī)在泥水形成的浮力作用下工作，有利于曲線施工。八、沉降地層沉降較少。地層沉降較少。七、隧道內(nèi)環(huán)境由于采用封閉管道輸送廢土，沒(méi)有出碴礦車，無(wú)碴土散落，環(huán)境良好需礦車運(yùn)送碴土，碴土有可能散落，相對(duì)而言，環(huán)境較差。八、施工場(chǎng)地由于在施工地面需配置必要的泥水處理設(shè)備，所以占地面積較大。碴土呈泥狀，無(wú)需進(jìn)行任何處理即可運(yùn)送，所以占地面積較小。九、經(jīng)濟(jì)性整套設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用高。 整套設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用低。根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)不同的構(gòu)造及開(kāi)挖機(jī)理，土壓平衡盾構(gòu)比泥水盾構(gòu)更適合于在顆粒細(xì)小、靈敏度高的粘性土體中施工。泥水平衡盾構(gòu)更適合滲透性好的砂性土中使用（

36、見(jiàn)圖1、2），近年對(duì)于埋深較大的過(guò)江、過(guò)海隧道，由于水壓較大（3-6Bar之間），也大都采用泥水平衡盾構(gòu)施工。土壓平衡盾構(gòu)在高水壓下施工最大風(fēng)險(xiǎn)在于：泥漿從螺旋輸送機(jī)閘門縫隙噴涌；往土倉(cāng)加入人造泥漿后，被大量的水稀釋，難以保證土壓平衡。四、 泥水盾構(gòu)的始發(fā)（出洞）泥水盾構(gòu)的始發(fā)是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，也是盾構(gòu)施工難題之一，決定著盾構(gòu)施工的成敗。泥水盾構(gòu)始發(fā)難點(diǎn)在于進(jìn)排泥水系統(tǒng)在始發(fā)時(shí)的安裝連接、出洞時(shí)的防止洞口土體坍塌、流砂、涌水。泥水盾構(gòu)始發(fā)的主要內(nèi)容包含：封門、土體加固、臨時(shí)支撐、洞門密封等，也有采用輔助工法進(jìn)行始發(fā)的（凍結(jié)法）。泥水盾構(gòu)始發(fā)方法多種多樣，有利用現(xiàn)有空間組裝好后利用臨時(shí)支撐始

37、發(fā)的（如地鐵工程利用車站始發(fā)）、有利用豎井始發(fā)的、有開(kāi)挖始發(fā)隧道始發(fā)的（始發(fā)隧道有長(zhǎng)有短）。1、封門1.1現(xiàn)澆鋼筋混凝土封門工作井的施工一般采用沉井或連續(xù)墻工法，按照頓溝外徑尺寸在井壁（或連續(xù)墻鋼筋龍）上預(yù)埋環(huán)形鋼板。環(huán)形鋼板切斷了井壁受力筋，洞周需作構(gòu)造處理。環(huán)形鋼板內(nèi)的鋼筋混凝土圓板可按四周彈性固定進(jìn)行受力分析及斷面設(shè)計(jì)。盾構(gòu)出洞之前，需花費(fèi)很多人力鑿除鋼筋混凝土封門，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，進(jìn)度慢，封門外土體必須加固。1.2鋼板樁封門盾構(gòu)工作沉井制作時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求在井壁上預(yù)留圓形孔洞。沉井下沉到位后，井壁外側(cè)壓入密排鋼板樁，封閉預(yù)留孔洞。在沉井下沉后，依靠鋼板樁來(lái)抵擋住側(cè)向水土壓力。盾構(gòu)刀盤(pán)切

38、入洞口抵近鋼板樁時(shí)，用大型起重機(jī)將鋼板樁逐根拔起。鋼板樁也可與其他材料合用，成為復(fù)合式的封門。使用鋼板樁作為盾構(gòu)出洞封門有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就如同利用鋼板樁作為基坑維護(hù)一樣，在拔除鋼板樁時(shí)會(huì)引起較大的地表沉降，影響周圍管線和建筑物。洞口土體加固后，鋼板樁沉入有困難，下部易彎曲，達(dá)不到封閉洞口的目的。對(duì)于過(guò)江隧道，盾構(gòu)在江邊沉井中出洞，因?yàn)殇摪鍢洞蛉牒桶纹饡r(shí)會(huì)導(dǎo)致大量的地面水涌入工作井。1.3裝配式封門按照設(shè)計(jì)尺寸，將混凝土獲輕質(zhì)混凝土支撐圓形楔塊，沉井下沉前將該楔塊嵌入井壁預(yù)留孔洞。沉井下沉后，由楔塊承擔(dān)側(cè)向水土壓力并防止地下水滲漏。出洞時(shí)可用刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削直接出洞，甚至可以不作洞外土體加固，特別

39、是用于盾構(gòu)法越江隧道施工中盾構(gòu)在江邊沉井中出洞。1.4其他在基巖中始發(fā)時(shí)，圍巖自穩(wěn)性良好、水量不大時(shí)，可以不制作封門，直接用鋼筋混凝土制作洞門，預(yù)留出洞口，直接出洞施工。2、土體加固洞口周圍土體加固包括注漿加固、深層攪拌樁、旋噴樁等化學(xué)加固方法和井點(diǎn)降水疏干、凍結(jié)加固等物理加固方法。2.1土體加固原則具體采用哪一種加固方法，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作出選擇，在砂質(zhì)土層不宜使用注漿加固；埋深較深的進(jìn)出洞口不宜用井點(diǎn)降水疏干等。2.2土體加固厚度砂性土體中盾構(gòu)出洞加固范圍為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度加上3環(huán)管片的長(zhǎng)度；粘性土體加固厚度一般可取洞口直徑的1/2。3、臨時(shí)支撐臨時(shí)支撐始盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)法施工的根本，是重要工序。要

40、有足夠的穩(wěn)定性，確保盾構(gòu)始發(fā)時(shí)推力均勻地傳遞到各支撐上。臨時(shí)支撐包括基座、導(dǎo)軌、支撐等。還有些泥水盾構(gòu)利用鋼管片、安裝負(fù)環(huán)管片始發(fā)。4、洞門密封為了防止盾構(gòu)始發(fā)時(shí)泥水、地下水從盾殼和洞門的間隙處流失，以及盾尾通過(guò)洞門后背襯注漿漿液的流失，在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)需安裝洞門臨時(shí)密封裝置，臨時(shí)密封裝置由簾布橡膠、扇形壓板、墊片和螺栓等組成。為了保證在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)快速、牢固地安裝密封裝置，在始發(fā)隧道洞門施工時(shí)在洞門處預(yù)埋環(huán)狀鋼板。密封裝置安裝前對(duì)簾布橡膠的整體性、硬度、老化程度等進(jìn)行檢查，對(duì)圓環(huán)板的成圓螺栓孔位等進(jìn)行檢查，并提前把簾布橡膠的螺栓孔加工好。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入預(yù)留洞門前在外圍刀盤(pán)和簾布橡膠板外側(cè)涂潤(rùn)滑油以免

41、盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)掛破簾布橡膠板影響密封效果。泥水盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，為了確保洞門的密封，可采用鉸接壓板。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)入洞門前將鉸接壓板全部折向隧道方向，與盾構(gòu)機(jī)成一定角度壓在盾構(gòu)機(jī)外殼上，并用螺栓固定；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)全部通過(guò)洞門后鉸接壓板前段靠在推墊的外表面，起到防止泥水、漿液流失的作用，確保洞門密封能抵擋高水壓，保證始發(fā)順利進(jìn)行。五、 泥水盾構(gòu)正常掘進(jìn)1、泥水平衡模式下的操作泥水平衡模式是泥水盾構(gòu)的主要操作模式，該模式適應(yīng)于圍巖的自穩(wěn)性較好，地表沉降要求不高，地下水含量不大以及非砂層礫石層等。在泥水平衡模式下掘進(jìn)的原理是：位于設(shè)備最前端的刀盤(pán)來(lái)切削掌子面的圍巖，位于地面的進(jìn)漿泵將漿液泵送入開(kāi)挖艙，一系列的

42、排漿泵將刀盤(pán)切削下來(lái)并經(jīng)破碎的石碴泵送至地面的泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行石碴的分離，通過(guò)控制進(jìn)、排漿量來(lái)使開(kāi)挖艙維持一定的壓力，這個(gè)壓力即可平衡掌子面的水壓和土壓，保證掌子面的穩(wěn)定。在泥水平衡模式下掘進(jìn)時(shí)，操作人員必須時(shí)刻注意各種掘進(jìn)參數(shù)的變化并迅速分析、判斷并對(duì)變化的參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，掘進(jìn)時(shí)應(yīng)對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行控制和測(cè)量：l 盾構(gòu)機(jī)切削刀盤(pán)與掌子面壓力的控制和測(cè)量l 切削刀盤(pán)的扭矩（驅(qū)動(dòng)壓力）的控制和測(cè)量l 盾構(gòu)機(jī)開(kāi)控艙泥水壓力的控制和測(cè)量l 盾構(gòu)機(jī)頂部泥水壓力的測(cè)量l 同步注漿及注脂的額控制l 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)壓力的控制的測(cè)量l 進(jìn)排漿系統(tǒng)壓力及流量的控制和測(cè)量l 掘進(jìn)方向的控制和測(cè)量2、復(fù)合模式

43、下的操作復(fù)合式盾構(gòu)的設(shè)計(jì)原理基于泥水盾構(gòu)這一傳統(tǒng)概念。切削刀盤(pán)在膨潤(rùn)土懸浮液中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，使土壤充分脫離，并與懸浮液混合在一起。壓力墻把抽取室和處于大氣壓力下的工作室隔離開(kāi)來(lái)。膨潤(rùn)土懸浮液通過(guò)壓縮空氣以一定壓力注入抽取室內(nèi)，這個(gè)壓力應(yīng)與土壓和水壓相對(duì)應(yīng)，使得刀盤(pán)前物料穩(wěn)定，并按一定速率進(jìn)入掘進(jìn)室內(nèi)。抽取室被隔板墻分開(kāi)，保證掘進(jìn)室內(nèi)有足夠的支撐壓力，以使隔板墻后的物料略高于設(shè)備軸心線。2.1復(fù)合式模式與泥水平衡模式的區(qū)別2.1.1使用的泥水不同l 復(fù)合式模式使用的泥水為膨潤(rùn)土懸浮液；l 泥水平衡模式使用的泥水可以為清水，也可以是膨潤(rùn)土懸浮液；2.1.2控制方式不同l 復(fù)合式模式為間接控制式，通過(guò)

44、壓縮空氣墊平衡掌子面的水壓和土壓；空氣墊具有緩沖作用，掌子面的泥水壓力變化不會(huì)很大、很快；掌子面的泥水壓力靠壓縮空氣墊自動(dòng)控制；壓力平衡室的液面靠進(jìn)、排壓縮空氣量控制；l 泥水平衡模式為直接控制式，通過(guò)泥水壓力平衡掌子面的水壓和土壓，泥水壓力靠進(jìn)排漿量來(lái)控制；2.1.3適用地質(zhì)不同l 符合式模式基本適用于盾構(gòu)機(jī)所能適用的所有地質(zhì)；l 泥水平衡模式適用于掌子面自穩(wěn)性較好，涌水量不大的地質(zhì)條件；2.2復(fù)合式模式的操作與泥水平衡模式基本相同，不同點(diǎn)在于：壓縮空氣墊的建立和控制、壓力平衡室的液位控制、進(jìn)排漿量控制。2.3復(fù)合式模式的操作在盾構(gòu)機(jī)開(kāi)機(jī)前，除泥水平衡模式下檢查項(xiàng)目外，增加對(duì)壓力平衡室艙門是

45、否關(guān)閉、壓縮空氣供應(yīng)情況（壓力）。掘進(jìn)前首先建立復(fù)合式模式：打開(kāi)壓力平衡室進(jìn)漿噴嘴，向壓力平衡室注入6075%膨潤(rùn)土懸浮液，關(guān)閉壓力平衡室進(jìn)漿噴嘴；向壓力平衡室加入壓縮空氣，確?？諝鈮|達(dá)到與刀盤(pán)前部壓力相同；然后打開(kāi)連通管，觀察空氣壓力和膨潤(rùn)土液位。其他步驟與泥水平衡模式相同。3、泥水模式（欠壓）泥水盾構(gòu)還可以使用非平衡的泥水模式：位于設(shè)備最前端的刀盤(pán)來(lái)切削掌子面的圍巖，位于地面的進(jìn)漿泵將清水泵送入開(kāi)挖艙，一系列的排漿泵將刀盤(pán)切削下來(lái)并經(jīng)破碎的石碴泵送至地面的泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行石碴的分離，通過(guò)控制進(jìn)、排漿量來(lái)使開(kāi)挖艙維持一定的壓力，這個(gè)壓力不需要平衡掌子面的水壓和土壓，只要掌子面的自穩(wěn)，泥水充滿

46、刀盤(pán)，保證進(jìn)排泥水的順利進(jìn)行即可。此種模式的操作方式與泥水平衡模式基本相同。4、 掘進(jìn)參數(shù)的控制4.1泥水壓力的設(shè)定根據(jù)地質(zhì)情況和開(kāi)挖面涌水量的大小確定泥水壓力，一般保持在松弛土壓+孔隙水壓+備用壓力。圍巖穩(wěn)定性較好，可以保持在孔隙水壓+備用壓力。圍巖穩(wěn)定性很好，可以保持在泥水剛剛充滿盾構(gòu)開(kāi)挖艙即可。泥水壓力設(shè)定是通過(guò)泥水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)調(diào)整進(jìn)、排泥水流量，可以實(shí)現(xiàn)泥水壓力的增高、降低。4.2推進(jìn)速度推進(jìn)速度受到各種條件（盾構(gòu)推力、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、刀盤(pán)扭矩等）的制約，由于盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)是依據(jù)刀盤(pán)切削泥土或破巖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此掘進(jìn)中確保刀具受力不超過(guò)額定載荷是至關(guān)重要的，這些又與地質(zhì)密切相關(guān)。推進(jìn)速度

47、還應(yīng)該控制在盾構(gòu)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，一方面防止動(dòng)力部分過(guò)載，另一方面還應(yīng)該保證碴土順利排出。掘進(jìn)中應(yīng)密切注意刀盤(pán)扭矩的變化，一旦刀盤(pán)扭矩過(guò)大，應(yīng)立即調(diào)整推力，從而調(diào)整推進(jìn)速度。4.3排碴量嚴(yán)格控制排碴量，防止超挖和欠挖。泥水盾構(gòu)的排碴是通過(guò)泥水?dāng)y帶排出的，通過(guò)泥水分離系統(tǒng)分離的碴土和監(jiān)測(cè)泥水密度的變化，可以計(jì)算出碴土排量，此排量應(yīng)等于碴土量乘以松散系數(shù)。實(shí)際上，嚴(yán)格控制開(kāi)挖面泥水壓力和泥水質(zhì)量，確保開(kāi)挖面泥水壓力足以抵抗開(kāi)挖面土壓、水壓，確保泥水造墻性，從而維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，就達(dá)到了控制排碴量的目的。4.4同步注漿和補(bǔ)強(qiáng)注漿同步注漿是盾構(gòu)施工的一重要環(huán)節(jié)隨著盾構(gòu)的推進(jìn)、已拼管片與無(wú)挖隧道內(nèi)壁將會(huì)形成一

48、環(huán)環(huán)空隙這一空隙若不及時(shí)填充則會(huì)影響管片的形變及地表的沉降等不良后果。另外同步注漿還可以提高隧道的止水性能保證管片的穩(wěn)定性。同步注漿一般采用惰性漿液，特殊地段采用速凝漿液。同步注漿量的確定是以圍巖與管片外壁的環(huán)形空隙（一般稍大于此環(huán)形空隙）為基礎(chǔ)的，同時(shí)應(yīng)考慮開(kāi)挖地層及掌子面水壓等綜合因素。注漿壓力的控制要綜合考慮地質(zhì)情況、漿液性質(zhì)及開(kāi)挖艙壓力等因素。通常情況下注漿壓力都控制在等于或略低于開(kāi)挖艙壓力以保證漿液不流向掌子面而與碴土一起被排出。為控制隧道后期沉降和加強(qiáng)隧道防水，須及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)注漿，補(bǔ)強(qiáng)注漿位置和注漿量根據(jù)具體情況而定。4.5盾構(gòu)姿態(tài)控制及方向調(diào)整盾構(gòu)施工過(guò)程姿態(tài)變化不宜過(guò)大、過(guò)頻，

49、并且嚴(yán)格控制隧道平面和高程偏差引起的隧道折角不超過(guò)盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎能力。方向調(diào)整是通過(guò)推進(jìn)油缸或?qū)蛴透走M(jìn)行的，控制各組油缸行程差，使其不超過(guò)根據(jù)盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎角所計(jì)算出來(lái)的數(shù)值。4.6泥水處理及質(zhì)量調(diào)整除了利用泥水處理系統(tǒng)分離碴土，還要調(diào)整好泥水配比、粘性等參數(shù)。5、 泥水處理泥水處理設(shè)備由泥漿制備設(shè)備和泥水分離設(shè)備兩部分組成。泥水處理系統(tǒng)設(shè)于地面，主要由旋流器、壓力篩、調(diào)整槽、剩余泥水槽、清水槽、粘土（膨潤(rùn)土）溶解槽及取水口、排泥口等組成。如果施工環(huán)境（施工用地）條件允許，將采用沉淀池代替部分設(shè)備。泥水處理設(shè)備的常規(guī)工藝流程見(jiàn)附圖。5.1 泥漿制備5.1.1 作泥量作泥量在考慮了以下因素的基礎(chǔ)上，從物資

50、平衡的角度進(jìn)行推斷：l 混入泥水中的粉砂、粘土使泥水成分增加（砂質(zhì)土幾乎全部，硬質(zhì)粘土有1015%左右的細(xì)?；烊耄?；l 在作業(yè)面的損失量；l 泥水處理時(shí)的損失量；l 在加長(zhǎng)配管等時(shí)的損失量；l 從配管、泵向洞內(nèi)泄漏的損失量等。5.1.2 作泥設(shè)備泥水的比重和粘度是泥水主要控制指標(biāo)。在充分把握開(kāi)挖前后泥水成分的增減和查明對(duì)于不同地質(zhì)的泥水損失量及泵的規(guī)格的基礎(chǔ)上，設(shè)置能應(yīng)付預(yù)想的泥水性能變化的設(shè)備容量為。作泥設(shè)備主要包含剩余泥水槽、粘土溶解槽、清水槽、調(diào)整槽、CMC（增粘劑）貯備槽、攪拌裝置等。5.1.3 泥水制作流程調(diào)整槽內(nèi)泥水不足時(shí)，粘土或膨潤(rùn)土被送入粘土溶解槽，經(jīng)過(guò)攪拌裝置充分?jǐn)嚢韬?，送?/p>

51、調(diào)整槽；剩余泥水槽內(nèi)的粘稠泥漿與來(lái)自清水槽的水混合，經(jīng)過(guò)攪拌后，送入調(diào)整槽。泥水粘度不足時(shí)，向泥水中添加CMC增加泥水粘度。調(diào)整槽內(nèi)的泥水經(jīng)攪拌后由送泥泵送入送泥管道。5.1.4 泥漿制作要求l 泥水密度：送泥時(shí)的泥水比重控制在泵能力內(nèi)；使用粘土、膨潤(rùn)土（粉末粘土）提高比重；添加CMC來(lái)增大粘度。l 粘性：粘性大泥漿在砂礫層可以防止泥漿損失、砂層剝落，使作業(yè)面保持穩(wěn)定。一般情況下，由以下條件確定泥漿的粘性：在坍塌性圍巖中，使用高粘度泥水，但是泥水粘度過(guò)高，處理時(shí)容易堵塞篩眼，造成作業(yè)性下降；另外，在粘土層中，粘度過(guò)低也會(huì)造成事故；根據(jù)圍巖的條件不同而不同，但一般情況下漏斗粘度控制在2535se

52、c。l 造墻性：泥墻可以將泥水壓有效地傳遞到開(kāi)挖墻面（作業(yè)面：外周面），并且泥水的有效成份可以侵入圍巖縫隙中，使粘著力增大，從而保持作業(yè)面穩(wěn)定；為了形成良好的泥墻，泥水中必須含有必要濃度的泥水的有效成份，并且使這些成份穩(wěn)定（分散）；在砂質(zhì)土中，造墻性的管理顯得特別重要。l 穩(wěn)定性：為了使泥水有優(yōu)良的造墻性和適當(dāng)?shù)恼承?，必須使泥水處于分散狀態(tài)，即使長(zhǎng)時(shí)間的放置也不會(huì)產(chǎn)生上澄液；穩(wěn)定性受泥水中有效成份濃度與鹽類濃度的支配，在含有10.00ppm以上鹽分的地下水的情況下，采用添加分散劑或其他方法；盾構(gòu)停止掘進(jìn)時(shí)，泥水基本得不到攪拌，這時(shí)穩(wěn)定性不好的泥水，其泥水成份可能會(huì)出現(xiàn)沉淀，所以在盾構(gòu)施工過(guò)程中

53、加強(qiáng)泥水試驗(yàn)工作。l 濃度：泥水濃度根據(jù)不同的地質(zhì)而各不相同，透水性高的圍巖中使用的泥水濃度一般為1025%左右；泥水處理設(shè)備限制著用于提高粘度、護(hù)壁性等添加劑的量，所以在泥水盾構(gòu)施工中可用增大微粒子濃度的方法來(lái)提高泥水機(jī)能。通常情況下，按以下指標(biāo)范圍控制泥水質(zhì)量：密度：10.512.5（kN/m3）；粘度：1040（S），漏斗粘度500/700ml；失水量：Q20mL（100kPa，30min）；添加材料：粘土、膨潤(rùn)土、陶土+CMC（1%）+Na2CO3(4%)。5.2泥水處理過(guò)程隨著盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)、切削土隨著泥漿被運(yùn)送，用處理設(shè)備將固體和液體分開(kāi)后再排出。處理后的泥水，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，再作為送泥

54、水循環(huán)使用。處理設(shè)備可大致分為一次處理、二次處理、三次處理，泥水處理系統(tǒng)工作原理見(jiàn)附圖所示。一般情況下，砂質(zhì)土做一次處理，粘性土做二次處理。處理設(shè)備分級(jí)方式預(yù)定含水率1次處理從泥土中分離出大于74m的礫石（固結(jié)物）、砂、粉沙、粘土等，回收泥水。l 利用振動(dòng)篩，分離出顆粒直徑大于5mm的固結(jié)物。l 利用液體離心機(jī)分離出直徑大于74m的土顆粒。約2530%2次處理從經(jīng)過(guò)1次處理的泥水中分離出直徑小于74m的粉沙、粘土等，回收泥水。l 利用壓濾機(jī)對(duì)固結(jié)塊進(jìn)行壓濾約4065%3次處理對(duì)隧道內(nèi)以及處理設(shè)備排出的剩余泥水進(jìn)行處理后排放。l PH處理l 污水處理5.2.1一級(jí)處理一級(jí)處理的過(guò)程為：由排泥管排

55、出的泥漿經(jīng)過(guò)脫水篩過(guò)濾后被送到泥漿沉淀槽內(nèi)，將泥塊、碎石進(jìn)行首次分離，分離出來(lái)的泥塊、碎石進(jìn)入振動(dòng)篩，再次分離后，進(jìn)入輸送帶并運(yùn)到集料槽排出，而由沉淀槽與振動(dòng)篩分離出來(lái)的泥漿，進(jìn)入泥水分離旋流器內(nèi)，進(jìn)行循環(huán)分離，分離出來(lái)的砂土，再進(jìn)入脫水篩脫水后，進(jìn)入輸送帶運(yùn)至集料箱排出，分離器分離出來(lái)的泥漿，進(jìn)入調(diào)整槽重新使用，在調(diào)整槽內(nèi)，并按比例加入一定量的粘土、CMC、清水進(jìn)行混合，制成適合地層特征的新泥漿，由送泥泵泵入盾構(gòu)泥水室內(nèi)，調(diào)整槽內(nèi)多余的泥漿被送到剩余泥漿槽內(nèi)。一級(jí)泥水處理的對(duì)象是從作業(yè)面返回的排出泥水中粒徑在74m以上的砂、礫、粉砂、粘土塊，使用振動(dòng)篩和離心分離器等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行篩分，即可達(dá)到

56、目的，分離出的土顆粒由土車運(yùn)走。5.2.2二級(jí)處理二級(jí)處理的過(guò)程為：進(jìn)入溶解槽內(nèi)的泥漿與PAC槽內(nèi)的聚集劑相混合，被泵送入壓力過(guò)濾篩中，進(jìn)行第二次分離，其中被分離出來(lái)的土砂、泥土，進(jìn)入料槽中排出，液體則進(jìn)入濾液槽中，一部分進(jìn)入清水槽中，進(jìn)行循環(huán)使用，另一部分則進(jìn)入PH槽中。二級(jí)泥水處理的主要對(duì)象是泥水一次處理時(shí)不能分離的74m以下的粉砂、粘土等細(xì)小顆粒。處理過(guò)程中一般先用絮凝劑PAC（聚合氯化鋁）使其絮凝成團(tuán)，然后用壓力過(guò)濾篩將其壓濾成含水量較低的泥塊后與泥水分離。5.2.3三級(jí)處理三級(jí)處理的過(guò)程為：將進(jìn)入PH槽中的液體，進(jìn)行酸堿處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，方可排放。泥水處理中，三次處理就是放流和調(diào)

57、整再使用水，對(duì)需排放的剩余水作PH值調(diào)整。采用的材料主要是稀硫酸或適量的二氧化碳?xì)怏w。六、 泥水盾構(gòu)到達(dá)（進(jìn)洞）管理盾構(gòu)到達(dá)是盾構(gòu)推進(jìn)施工的最后一道工序，也是關(guān)系工程成敗的關(guān)鍵工序之一。盾構(gòu)到達(dá)施工要保證隧道貫通、防止靠近洞口若干環(huán)管片縱向移位、防止基座出現(xiàn)姿態(tài)突變而影響成環(huán)管片變位等，還需要在洞門封門拆除、洞門縫隙處理等方面采取相依的技術(shù)措施、施工工藝和方法，確保盾構(gòu)順利到達(dá)。1、 到達(dá)前姿態(tài)控制在盾構(gòu)離洞口50-100米處，作最后一次傳遞測(cè)量，從而復(fù)核盾構(gòu)的位置是否在到達(dá)要求的范圍之內(nèi)。從三個(gè)方面控制頓溝姿態(tài)：盾構(gòu)軸線與隧道軸線夾角控制；盾構(gòu)切口中心高程偏離值寧正勿負(fù)；盾構(gòu)切口中心平面偏離值控制在允許范圍內(nèi)。2、 管片拉緊每環(huán)管片拼裝后及時(shí)擰緊、復(fù)緊。