[PPT]泥水平衡盾構(gòu)中泥水系統(tǒng)技術(shù)_ppt

1、泥水盾構(gòu)泥水系統(tǒng)技術(shù) 1 泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)介1818年，英國(guó)的布魯諾從蛀蟲鉆孔得到啟示，提出盾構(gòu)掘進(jìn)隧道設(shè)想。 1825-1843年，布魯諾在倫敦泰吾士河下用盾構(gòu)法修建458m長(zhǎng)的矩形隧（11.4m6.8m）。 1830年，英國(guó)的羅德發(fā)明“氣壓法”輔助解決隧道涌水。1874年Greathead提出泥漿盾構(gòu)專利1896年，開始應(yīng)用刀盤式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)20世紀(jì)60年代初，穿越不穩(wěn)定和含水地層的隧道工程輔助技術(shù)有：降水法、氣壓法、地層加固法和凍結(jié)法。氣壓法最經(jīng)濟(jì)有效，由于安全和健康等原因，希望有一種能不干擾地面和使工人不在氣壓下施工的隧道掘進(jìn)機(jī)，歐洲國(guó)家提出 “局部氣壓方法”，但這種對(duì)工作面不能提供不變的和有

2、規(guī)則的支護(hù) 。英國(guó)隧道專家建議在隔艙板前用噴水“水力盾構(gòu)”，但水不能支護(hù)開挖面，無(wú)法阻止開挖面不停地流動(dòng)。這種情況與充滿水的挖槽相類擬，從而提出在開挖面用類同槽壁法的支護(hù)，這樣就誕生了泥水加壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。1967年，英國(guó)開發(fā)成功首臺(tái)泥水加壓平衡盾構(gòu)。1974年，日本開發(fā)成功首臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)。1987-1991年，英國(guó)、法國(guó)采用11臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)深50km長(zhǎng)的英法海峽隧道，創(chuàng)造單臺(tái)盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)21km的記錄。1989-1996年，日本采用8臺(tái)世界最大直徑14.14m泥水加壓盾構(gòu)，掘進(jìn)東京灣海峽隧道，2條隧道各長(zhǎng)9.4km。2 泥水系統(tǒng)的作用和組成2.1泥水系統(tǒng)的作用 一是及時(shí)向開挖面密閉艙提供掘進(jìn)施

3、工需求的泥漿，用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配制的泥漿的比重、粘度等技術(shù)指標(biāo)必須滿足在高透水砂層中形成泥膜和穩(wěn)定開挖面的要求；二是及時(shí)把切削土砂形成的混合泥漿輸送到地面進(jìn)行分離和處理，再將回收的泥漿調(diào)整利用。泥水系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)的選型、掘進(jìn)速度、地質(zhì)條件等緊密聯(lián)系在一起的，不同的地質(zhì)工況條件取決了不同的泥水系統(tǒng)模式。支護(hù)泥水作用支護(hù)泥水在泥水盾構(gòu)掘進(jìn)中起著重要作用： 在開挖面土體表面形成泥膜，泥膜厚度隨滲透時(shí)間增加而增加，從而有效提高滲透抵抗力。 支承、穩(wěn)定正面開挖面土體。 盾構(gòu)借助泥水壓力與正面土壓產(chǎn)生泥水平衡效果，有效支承正面土體。 對(duì)刀盤和刀頭等切削設(shè)備有冷卻和潤(rùn)滑作用。泥膜形成基本要素 :支護(hù)作用的好壞，泥

4、水形成的泥膜質(zhì)量至關(guān)重要泥水最大粒徑對(duì)泥膜形成效果有很大影響，根據(jù)土層滲透系數(shù)K的不同要求，泥水最大顆粒粒徑也不同，其間需互相匹配顆粒級(jí)配 泥水濃度提高能使泥水屈服值升高，穩(wěn)定性增強(qiáng) 增加泥水壓力可提高開挖面的穩(wěn)定性 泥水配比設(shè)計(jì):主要由膨潤(rùn)土、CMS、純堿和水組成， 膨潤(rùn)土的作用提高泥水粘度、比重、懸浮性、觸變性CMS（縮甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度純堿（碳酸鈉）調(diào)節(jié)PH值、分散泥水顆粒 泥水的技術(shù)指標(biāo)泥水比重 為達(dá)開挖面上的穩(wěn)定，須將開挖面的變形，要控制在最低限度以內(nèi)，希望泥水比重要相當(dāng)高。但比重高的泥水使得送泥泵處于超負(fù)荷狀態(tài)，將招致泥水處理上的困難；而比重低的泥水雖具有減低泵的

5、負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但卻產(chǎn)生了逸泥量的增加、推遲泥膜的形成。 一般的泥水比重d在1.051.3范圍內(nèi)較適宜。泥水的粘度 可通過(guò)將泥水從漏斗形容器流出的時(shí)間來(lái)判定泥水的粘性，表示出外觀的粘性(在清水中500cc漏斗形粘性是19秒)。通常是采用2540秒/500cc左右值的泥水。泥膜形成機(jī)理類型1：幾乎不讓泥水滲透過(guò)，僅形成泥膜。類型2：地層土的間隙較大，僅讓泥水滲透過(guò)去，沒(méi)有形成泥膜。類型3：是上述兩種類型的中間狀態(tài)，邊讓泥水滲透過(guò)，邊形成泥膜。泥膜試驗(yàn)裝置2泥水系統(tǒng)的組成泥水盾構(gòu)的泥水系統(tǒng)由四大部分組成 造漿分系統(tǒng) 輸送分系統(tǒng) 處理分系統(tǒng) 泥水監(jiān)控分系統(tǒng) 泥漿拌制和漿液調(diào)整分系統(tǒng)2. 3.1 泥水拌制

6、分系統(tǒng)當(dāng)盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，需要進(jìn)行新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)刀盤面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。當(dāng)舊漿液漿量不足使需要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液，造漿系統(tǒng)根據(jù)漿液的粘度、比重等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。及時(shí)向盾構(gòu)正面刀盤面補(bǔ)充漿液，使刀盤正面快速形成泥膜，便于盾構(gòu)順利進(jìn)行掘進(jìn)施工。伴制泥漿的主要材料是膨潤(rùn)土、CMS等。泥水拌制系統(tǒng)由新漿槽、新漿泵、新漿攪拌器、新漿貯備槽、CMS攪拌槽、CMS攪拌器、CMS泵、分配閥和加水設(shè)備組成，CMS攪拌槽貯存化學(xué)漿糊、新漿槽貯存膨閏土等材料，分別由攪拌器進(jìn)行攪拌，將攪拌后的CMS化學(xué)漿糊送入新漿槽進(jìn)行混合攪拌制成新鮮漿液 2.3.2漿液調(diào)整分系統(tǒng)調(diào)整槽分系統(tǒng)具有新舊漿液攪拌

7、調(diào)整功能，同時(shí)也起到貯存漿液作用.回收的漿液經(jīng)過(guò)盾構(gòu)機(jī)反復(fù)應(yīng)用后，漿液的比重、粘度指標(biāo)會(huì)不斷發(fā)生變化，需要再次把切削土砂形成的混合泥漿通過(guò)新漿分系統(tǒng)分配的新漿重新進(jìn)行漿液技術(shù)指標(biāo)的調(diào)整。漿液調(diào)整系統(tǒng)由調(diào)整槽、剩余槽、調(diào)整槽拌器、剩余槽攪拌器、調(diào)整泵、剩余泵、密度泵、送漿泵、補(bǔ)液泵、分配閥和加水設(shè)備組成，調(diào)整槽對(duì)新舊漿液進(jìn)行調(diào)整、剩余槽貯存新舊漿液，分別由攪拌器進(jìn)行攪拌，由密度泵進(jìn)行密度檢測(cè)，而后由送漿泵將調(diào)整好的漿液送往盾構(gòu)機(jī)，當(dāng)盾構(gòu)處于停止掘進(jìn)模式進(jìn)行管片拼裝時(shí)，為了確保刀盤面正面土壓力平衡，由補(bǔ)液泵進(jìn)行循環(huán)補(bǔ)液。 漿液調(diào)整分系統(tǒng)組成圖 2.4 泥水輸送分系統(tǒng)泥水輸送系統(tǒng)是將新漿和調(diào)整漿通過(guò)

8、泵與管道輸送至盾構(gòu)開挖面；刀盤切削下來(lái)的干土和水合成的泥漿，通過(guò)泵與管道將泥水送往地面的處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。 泥水輸送系統(tǒng)主要由泵、閥、管道及配套部件等組成，通過(guò)泥水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化操作。 2.5 泥漿分離和處理分系統(tǒng)泥漿分離和處理分系統(tǒng)的作用是將盾構(gòu)切削土砂形成的泥水進(jìn)行顆粒分離和處理后，再將回收泥漿泵入調(diào)整槽。 采用振動(dòng)篩作為首道初級(jí)分離比較合適，振動(dòng)篩的作用始對(duì)泥水作預(yù)處理，去除團(tuán)狀和塊狀等粗大顆粒。粗顆粒的分離采用三層振動(dòng)篩， 10mm粒徑顆粒通過(guò)第一層振動(dòng)篩進(jìn)入第二層，6mm粒徑顆粒經(jīng)振動(dòng)后進(jìn)入第三層振動(dòng)篩，3mm泥漿顆粒物下料振入沉淀池，振動(dòng)篩所有的物上料排至堆土場(chǎng)地。 泥漿分離分

9、系統(tǒng)（振動(dòng)篩）示意圖沉淀池平面圖 將掘削下來(lái)的土砂形成泥水，通過(guò)流體進(jìn)行輸出。經(jīng)分離成土砂和水，最后將土砂排棄的處理系統(tǒng)。在這個(gè)處理系統(tǒng)中，將大直徑礫石和砂作機(jī)械篩分， 小顆粒粉砂土、粘土膠體用凝集劑使其形成團(tuán)粒后，采取強(qiáng)制脫水。通過(guò)一次處理分離大顆粒，二次處理分離小顆粒和泥水處理后，部分泥水再次與開挖面循環(huán)，其 中泥水濃度的控制、開挖面穩(wěn)定、泥水處理設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)以及棄土等所有各個(gè)環(huán)節(jié)，是作為泥水加壓式盾構(gòu)工法系統(tǒng)的一部分，對(duì)此一定要從整體的相互關(guān)系上來(lái)考 察。處理中使用的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)諸多實(shí)績(jī)，正在搜索其最大公約數(shù)，以便設(shè)備的改造和大型化。對(duì)凝集劑的使用也一樣，即要適合泥水加壓式盾構(gòu)要求，還要

10、滿足 環(huán)境衛(wèi)生等問(wèn)題。對(duì)于高分子系有機(jī)凝集劑采取避而不用，而僅使用無(wú)機(jī)凝集劑的施工實(shí)例正在日趨增多。1一次處理設(shè)備原則上，作為分級(jí)74以上大顆粒設(shè)備，由以下部件組成，其性能是根據(jù)掘進(jìn)速度(掘進(jìn)處理量)、能力、設(shè)備基地規(guī)模及脫水機(jī)能力進(jìn)行選擇，見(jiàn)照片9。滾網(wǎng)篩用于大直徑礫石或礫石量多的場(chǎng)合；螺旋分級(jí)能力大，適合于砂土，但脫水困難；低水頭過(guò)濾網(wǎng)用于粗濾，也包括振動(dòng)式都受到廣泛使用；旋流器利用粒子重力，作旋流旋轉(zhuǎn)分級(jí)。粗濾時(shí)使用率極高；砂料集流(砂料分選機(jī))多數(shù)是同振動(dòng)式過(guò)濾網(wǎng)、攔門沙之類的連用形式。能分級(jí)成相當(dāng)小的粒子，脫水效率高，使用率極高，見(jiàn)圖70；旋轉(zhuǎn)式采用再次和旋流器同時(shí)并用；沉淀槽是增大

11、沉淀面積，加快沉淀速度的箱形槽，較多采用同時(shí)并用形式.一次處理設(shè)備 砂料分選機(jī) 沉淀槽 2二次處理設(shè)備原則上74以下的小顆粒土砂(粉砂土、粘土、膠體)，呈電化學(xué)結(jié)合。由于作機(jī)械性分離困難，并且粒子小，沉降速度慢，所以自然沉淀需要很 長(zhǎng)時(shí)間，而且要有規(guī)模大的沉淀池。目前多數(shù)采用添加凝集劑，使其形成團(tuán)粒(絮凝)，成為便于處理的大顆粒后再?gòu)?qiáng)制脫水。二次處理設(shè)備也使用諸多機(jī)械，但能 量消耗較大而脫水分離效果并不理想。在城市建設(shè)工程中，迫于運(yùn)輸棄土的需要，多少還是要做出些能量犧牲，機(jī)械也相應(yīng)受到壓縮。其裝置有： 圓筒型造粒脫水裝置滾動(dòng)團(tuán)粒使其造粒的裝置，如液壓滾筒機(jī)等，作為輔助設(shè)備使用；脫水傳送帶在向上

12、撈取的同時(shí)進(jìn)行脫水的裝置，如篩濾機(jī)等，是脫水輔助裝置；帶式加壓脫水機(jī)是用滾輪，履帶加壓濾布皮帶的脫水機(jī)，如加壓機(jī)等，脫水效率不高，但能連續(xù)處理， 帶式加壓脫水機(jī) 滾動(dòng)加壓 真空加壓脫水機(jī)旋流處理分系統(tǒng)的主要功能是將經(jīng)過(guò)分離以后的中細(xì)顆粒漿液再次進(jìn)行細(xì)化處理，逐次降低漿液粒徑，處理系統(tǒng)一般采用多級(jí)旋流器進(jìn)行處理。 旋流器的工作原理是依據(jù)水動(dòng)力高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力達(dá)到處理目的，利用旋流泵在旋轉(zhuǎn)過(guò)程使旋流器產(chǎn)生負(fù)壓力，迫使旋流器內(nèi)部懸浮的細(xì)微顆粒，通過(guò)離心作用產(chǎn)生螺旋式上升，通過(guò)上溢口被負(fù)壓力擠出，漿液中粗重顆粒在自重的重力作用下落入下溢口棄漿槽內(nèi)。旋流器不同的內(nèi)徑和頸長(zhǎng)比以及不同的工作壓力，會(huì)起到

13、不同的處理效果。 旋流器工作原理簡(jiǎn)易圖調(diào)整槽和剩余槽均有減速攪拌器、液位計(jì)、攪拌葉、差壓式密度計(jì)、密度泵、循環(huán)泵以及相應(yīng)的泵（調(diào)整泵、剩余泵）組成 .槽內(nèi)的漿液由攪拌器攪拌，調(diào)整的漿液技術(shù)指標(biāo)由密度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)， 。為了防止槽內(nèi)漿液的滿溢及漿液虛空 ，安置高低液位計(jì)來(lái)控制漿液液位，調(diào)整槽與剩余槽之間采用溢流管連通，以確保泥水系統(tǒng)由足夠的送漿量，當(dāng)兩個(gè)槽體內(nèi)的漿液指標(biāo)不能滿足技術(shù)要求時(shí)，利用調(diào)整泵和剩余泵互相進(jìn)行補(bǔ)充再次進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整槽結(jié)構(gòu)與剩余槽結(jié)構(gòu)一致， 泥水分離和處理分系統(tǒng)圖 2.6 泥水監(jiān)控分系統(tǒng)泥水處理監(jiān)控系統(tǒng)在泥水平衡盾構(gòu)施工時(shí)一個(gè)十分主要組成部分，所有的泥水系統(tǒng)的運(yùn)行和操縱由泥水監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)和完成。它具有系統(tǒng)各運(yùn)行數(shù)據(jù)與盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊功能盾構(gòu)施工管理信息系統(tǒng)的泥水處理系統(tǒng)軟件界面的分成。所有泥水處理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)都由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過(guò)泥水監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，隨時(shí)為盾構(gòu)施工中央控制室提供可靠的信息和采集泥水系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)。同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)中的顯示屏和觸摸屏及時(shí)了解和掌握相關(guān)的泥漿處理技術(shù)指標(biāo)。采用中央集中控制和就地控制兩級(jí)控制的模式，即自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)泥水處理系統(tǒng)工藝流程及各分系統(tǒng)、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的合理布置及簡(jiǎn)便操作。根據(jù)泥水分離和處理系統(tǒng)模式，對(duì)主循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備控