隧道工程泥水盾構(gòu)講義

隧道工程師泥水盾構(gòu)1提綱1泥水盾構(gòu)的概念2泥水盾構(gòu)工作原理3泥水盾構(gòu)的類型4泥水系統(tǒng)的作用和組成2１泥水盾構(gòu)的概念泥水盾構(gòu)是在機械式盾構(gòu)的刀盤后面設(shè)置隔板，隔板與刀盤之間形成泥水艙，將加壓的泥水送入泥水艙，當(dāng)泥水艙充滿加壓的泥水后，通過加壓作用和壓力保持機構(gòu)，來維持開挖面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進時由刀盤旋轉(zhuǎn)切削土砂，經(jīng)攪拌后形成高濃度泥漿，然后用泥漿泵以流體輸送方式送到地面，在地面通過泥水處理設(shè)備進行分離，分離后的泥水進行質(zhì)量調(diào)整后，再輸送到開挖面。3２泥水盾構(gòu)工作原理泥水盾構(gòu)通過向密封的泥水艙內(nèi)輸送加壓的泥水來獲得開挖面的穩(wěn)定，對于不透水性的粘土，泥漿壓力適當(dāng)大于圍巖主動土壓力，就可以保證隧道開挖面的穩(wěn)定；對于透水性大的砂性土，泥漿會滲入到土層內(nèi)一定深度，并在很短時間內(nèi)，在土層表面形成不透水的泥膜，使泥漿壓力在開挖面上產(chǎn)生與作業(yè)面上的土壓、水壓相抗衡的泥水壓，以保持作業(yè)面的穩(wěn)定。4當(dāng)泥水艙內(nèi)的泥水壓力大于地層壓力和水壓力時，地表將會隆起；當(dāng)泥水艙內(nèi)的泥水壓力小于地層壓力和水壓力時，地表將會下沉。因此泥水艙內(nèi)的泥水壓力應(yīng)與地層土壓力和水壓力平衡。5泥水壓力與水壓力及土壓力平衡

6泥水壓力小于水壓力及土壓力之和

7泥水壓力大于水壓力及土壓力之和83泥水盾構(gòu)的類型◆泥水盾構(gòu)有兩種體系。即日本體系和德國體系日本體系為直接控制型，德國體系為間接控制型9直接控制型泥水盾構(gòu)日本和英國一般采用直接控制型泥水盾構(gòu)●直接控制型泥水系統(tǒng)流程如下：送泥泵從地面泥漿池將新鮮泥漿送入盾構(gòu)的泥水艙，與開挖泥土進行混合，形成泥漿，然后由排泥泵輸送到地面泥水分離站，經(jīng)分離后排除土碴，而稀泥漿流向泥漿池，再對泥漿密度和濃度進行調(diào)整后，重新送入盾構(gòu)的泥水艙循環(huán)使用?！衲嗨撝心酀{壓力，可通過調(diào)節(jié)送泥泵轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)控制閥的開度來進行。由于送泥泵安在地面，控制距離長而產(chǎn)生延遲效應(yīng)不便于控制泥漿壓力，因此常用調(diào)節(jié)控制閥的開度來進行泥漿壓力調(diào)節(jié)。10日本泥水盾盾構(gòu)機東京灣海底底隧道工程程Φ14.14m泥水盾構(gòu)在20世紀90年代，日本本東京灣海海底隧道，，長10km是世界最長長公路專用用海底隧道道，用八臺臺直徑14.14m泥水加壓式式盾構(gòu)施工工。最初推進的的兩臺盾構(gòu)構(gòu)分別位于于浮島的北北線和南線線開始推進進，到1996年10月底各工區(qū)區(qū)的盾構(gòu)已已在海底進進行地中對對接。1997年12月18日東京灣橫橫斷道路貫貫通，三圓泥水盾盾構(gòu)掘進大大阪地鐵車車站90年代中，日日本又研制制成世界上上第一個三三圓泥水盾盾構(gòu)，并成成功地作大大阪市地鐵鐵7號線“商街公園”車站工程施施工。商街公園地地鐵車站(BsakaBusinessPark)是大阪地鐵鐵7號線工程中中施工難度度最大的一一個車站，，深約32m，長155m。位于IMP摩天大樓及及盾構(gòu)施工工大斷面下下水道隧道道的正下下方，處在在深度大、、水壓高易易塌方地層層中。全全用球墨鑄鑄鐵管片，，共計105環(huán)(105m),日掘進2~3環(huán)，于1994年1月~4月就完成了了約107m在完成一次次襯砌，立立柱的托換換亦于同年年10~11月順利完工工。TBMNFM工藝公司Framatome泥水盾構(gòu)，，帶有泡沫沫空氣有關(guān)TBM數(shù)據(jù)盾構(gòu)1900tons直徑=14,87m后掛系統(tǒng)1420tons,總計3320tons,長度120m盾構(gòu)功率3,500kW,扭矩=136000KNm總頂進壓力力184,000ton泥水流率2,500m3/hr盾構(gòu)龍門架1連接梁龍門架2成品盾構(gòu)泥水土壓復(fù)復(fù)合盾構(gòu)平衡盾構(gòu)間接控制型型泥水盾構(gòu)構(gòu)◆德國采用間接控制型型泥水盾構(gòu)，，其泥水系系統(tǒng)由泥漿漿和空氣雙雙重回路組組成。在盾盾構(gòu)的泥水水倉內(nèi)插裝裝一道半隔隔板，在半半隔板前充充以壓力泥泥漿，在半半隔板后面面盾構(gòu)軸心心線以上部部分充以壓壓縮空氣，，形成空氣氣緩沖層，，氣壓作用用在半隔板板后面與泥泥漿的接觸觸面上，由由于接觸面面上氣、液液具有相同同壓力，因因此只要調(diào)調(diào)節(jié)空氣壓壓力，就可可以確定和和保持在開開挖面上相相應(yīng)的泥漿漿支護壓力力。地層刀盤送泥管排漿管泥水壓縮空氣氣墊室泥膜28兩種體系的的比較間接控制型型泥水盾構(gòu)構(gòu)（+/-0.05bar）與直接控控制型泥水水盾構(gòu)(+/-1.0bar)相比，因間間接控制型型泥水盾構(gòu)構(gòu)采用氣壓壓控制泥漿漿壓力，氣氣壓具有緩緩沖作用，，所以泥水水壓力的波波動小,對開挖面土土層支護更更為穩(wěn)定，，對地表變變形控制也也更為有利利。294泥水系統(tǒng)的的作用和組組成泥水系統(tǒng)的的作用一是及時向向開挖面的的泥水艙提提供盾構(gòu)掘掘進需求的的泥漿，用用優(yōu)質(zhì)膨潤潤土配制的的泥漿的比比重、粘度度等技術(shù)指指標必須滿滿足在開挖挖面形成泥泥膜和穩(wěn)定定開挖面的的要求；二是及時把把切削下來來的土砂形形成的泥漿漿輸送到地地面進行分分離和處理理，再將回回收的泥漿漿調(diào)整利用用。30支護泥水作作用支護泥水在在泥水盾構(gòu)構(gòu)掘進中起起著重要作作用：在開挖面土土體表面形形成泥膜，，泥膜厚度度隨滲透時時間增加而而增加，從從而有效提提高滲透抵抵抗力。支承、穩(wěn)定定開挖面土土體。盾構(gòu)借助泥泥水壓力與與正面土壓壓產(chǎn)生泥水水平衡效果果，有效支支承正面土土體。對刀盤和刀刀具等切削削設(shè)備有冷冷卻和潤滑滑作用。31泥水配比設(shè)設(shè)計主要由膨潤潤土、CMS、純堿和水水組成膨潤土的作作用提高泥泥水粘度、、比重、懸懸浮性、觸觸變性CMS（縮甲基淀淀粉）的作作用降低失失水率、增增加粘度純堿（碳酸酸鈉）調(diào)節(jié)節(jié)PH值、分散泥泥水顆粒32泥水的技術(shù)術(shù)指標泥水比重為使開挖面面穩(wěn)定，須須將開挖面面的變形控控制在最低低限度以內(nèi)內(nèi)，希望泥泥水比重要要相當(dāng)高。。但比重高高的泥水使使得送泥泵泵處于超負負荷狀態(tài)，，并將導(dǎo)致致泥水處理理的困難；；而比重低低的泥水雖雖具有減低低泵的負荷荷等優(yōu)點，，但卻產(chǎn)生生了逸泥量量的增加、、推遲泥膜膜的形成。。一般的的泥水比重重在1.05~1.3范圍內(nèi)較適宜。。泥水的粘度可通過將泥水從從漏斗容器流出出的時間來判定定泥水的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是采用25~40秒/500cc左右值的泥水。。33泥膜形成機理類型1：幾乎不讓泥水水滲透，僅形成成泥膜。類型2：地層土的間隙隙較大，僅讓泥泥水滲透過去，，沒有形成泥膜膜。類型3：是上述兩種類類型的中間狀態(tài)態(tài)，邊讓泥水滲滲透，邊形成泥泥膜。34泥水系統(tǒng)的組成成泥水盾構(gòu)的泥水水系統(tǒng)由四大部部分組成⑴造漿分系統(tǒng)⑵泥水輸送分系統(tǒng)⑶泥水處理分系統(tǒng)⑷泥水監(jiān)控分系統(tǒng)統(tǒng)35造漿分系統(tǒng)造漿分系統(tǒng)包括括泥水拌制分系系統(tǒng)和漿液調(diào)整整分系統(tǒng)盾構(gòu)在掘進過程程中，需要進行行新舊泥漿交替替補充到盾構(gòu)開開挖面，形成一一定厚度的泥膜膜便于刀盤切削削。當(dāng)舊漿液漿量不不足，需要及時時補充新鮮漿液液，造漿系統(tǒng)根根據(jù)漿液的粘度度、比重等技術(shù)術(shù)指標進行調(diào)整整。以便及時向向盾構(gòu)泥水艙補補充漿液，使開開挖面快速形成成泥膜，便于開開挖面穩(wěn)定和盾盾構(gòu)順利掘進。。拌制泥漿的主要要材料是膨潤土土、CMS等。36泥水拌制系統(tǒng)泥水拌制系統(tǒng)由由新漿槽、新漿漿泵、新漿攪拌拌器、新漿貯備備槽、CMS攪拌槽、CMS攪拌器、CMS泵、分配閥和加加水設(shè)備組成。。CMS攪拌槽貯存化學(xué)學(xué)漿糊、新漿槽槽貯存膨潤土等等材料，將攪拌拌后的CMS化學(xué)漿糊送入新新漿槽進行混合合攪拌制成新鮮鮮漿液。37漿液調(diào)整分系統(tǒng)統(tǒng)漿液調(diào)整分系統(tǒng)統(tǒng)具有新舊漿液液攪拌調(diào)整功能能，同時也起到到貯存漿液作用用?；厥盏臐{液經(jīng)過過盾構(gòu)反復(fù)應(yīng)用用后，漿液的比比重、粘度指標標會不斷發(fā)生變變化，需要再次次把切削土砂形形成的混合泥漿漿通過新漿分系系統(tǒng)分配的新漿漿重新進行漿液液技術(shù)指標的調(diào)調(diào)整。38漿液調(diào)整系統(tǒng)漿液調(diào)整系統(tǒng)由由調(diào)整槽、剩余余槽、調(diào)整槽攪攪拌器、剩余槽槽攪拌器、調(diào)整整泵、剩余泵、、密度泵、送漿漿泵和加水設(shè)備備等組成，調(diào)整槽對新舊漿漿液進行調(diào)整、、剩余槽貯存新新舊漿液，分別別由攪拌器進行行攪拌，由密度度泵進行密度檢檢測，而后由送送漿泵將調(diào)整好好的漿液送往盾盾構(gòu)泥水倉。。39泥水輸送分系統(tǒng)統(tǒng)泥水輸送分系統(tǒng)統(tǒng)將調(diào)整漿通過過送泥泵與送泥泥管道輸送至盾盾構(gòu)泥水艙。刀盤切削下來的的土砂和泥水艙艙中的泥水合成成的泥漿，通過過排泥泵與排泥泥管道送往地面面的泥水處理分分系統(tǒng)進行分離離。泥水輸送分系統(tǒng)統(tǒng)主要由送排泥泥泵、閥、送排排泥管道及配套套部件等組成，，通過泥水監(jiān)控控分系統(tǒng)進行自自動化操作。40泥水處理分系統(tǒng)統(tǒng)泥水處理分系統(tǒng)統(tǒng)的作用是將刀刀盤切削土砂形形成的泥水進行行顆粒分離。選擇泥水處理設(shè)設(shè)備時，必須考考慮兩個方面：：①必須能有效地地分離排泥漿中中的泥土和水分分；②必須具有與推推進速度相適應(yīng)應(yīng)的處理能力。。采用振動篩作為為首道初級分離離，振動篩的作作用是對泥水作作預(yù)處理，去除除團狀和塊狀等等粗大顆粒。粗粗顆粒的分離一一般采用雙層或或三層振動篩。。41旋流器采用旋流器進行行第二道分離．．旋流器的主要要功能是將經(jīng)過過振動篩分離以以后的中細顆粒粒漿液再次進行行細化處理，逐逐次降低漿液粒粒徑，一般采用用多級旋流器進進行處理。旋流器的工作原原理是依據(jù)水動動力高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)產(chǎn)生的離心力達達到處理目的，，利用旋流泵在在旋轉(zhuǎn)過程使旋旋流器產(chǎn)生負壓壓力，迫使旋流流器內(nèi)部懸浮的的細微顆粒，通通過離心作用產(chǎn)產(chǎn)生螺旋式上升升，通過上溢口口被負壓力擠出出，漿液中粗重重顆粒在自重的的重力作用下落落入下溢口棄漿漿槽內(nèi)。旋流器不同的內(nèi)內(nèi)徑和頸長比以以及不同的工作作壓力，會起到到不同的處理效效果。42旋流器43泥水監(jiān)控分系統(tǒng)統(tǒng)泥水系統(tǒng)的運行行和操縱由泥水水監(jiān)控分系統(tǒng)來來實現(xiàn)。泥水監(jiān)控分系統(tǒng)統(tǒng)由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過過泥水監(jiān)控分系系統(tǒng)的運用，隨隨時為盾構(gòu)施工工提供可靠的信信息和采集泥水水系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)數(shù)據(jù)。泥水監(jiān)控分系統(tǒng)統(tǒng)以旁通模式、、掘進模式、反反循環(huán)模式、隔隔離模式和長時時間停機模式控控制等五種不同同的狀態(tài)進行監(jiān)監(jiān)控。44旁通模式待機模式，用于于盾構(gòu)不進行開開挖時執(zhí)行其它它功能。這個模模式也用于當(dāng)盾盾構(gòu)從一種功能能切換到另一種種功能時。特別別是，旁通功能能是用于安裝管管片的情況。45掘進模式開挖時使用此模模式。根據(jù)氣墊墊室里泥漿的液液位以及所要求求的排渣流量，，對P1.1和P2.1的轉(zhuǎn)速分別進行行調(diào)整。調(diào)整P1.1泵的轉(zhuǎn)速用以校校正泥漿\氣墊界面液位達達到所要求的值值，同時確保它它沿程的下一個個泵的超載壓力力要大于所要求求的凈吸壓頭。。46反循環(huán)模式這個模式使開挖挖室里的泥