《軌道交通工程盾構(gòu)施工技術(shù)》 課件 項(xiàng)目2 盾構(gòu)構(gòu)造認(rèn)知

軌道交通工程盾構(gòu)施工技術(shù)項(xiàng)目2盾構(gòu)構(gòu)造認(rèn)知目錄

CONTENTS

盾構(gòu)的分類認(rèn)知

土壓平衡盾構(gòu)認(rèn)知

泥水平衡盾構(gòu)認(rèn)知

多模盾構(gòu)認(rèn)知5任務(wù)2.1盾構(gòu)的分類認(rèn)知2.1.1 按挖掘土體的方式分類（1）手掘式盾構(gòu)（2）半機(jī)械盾構(gòu)（3）機(jī)械式盾構(gòu)即掘削和出土均靠人工操作進(jìn)行的方式，手掘式盾構(gòu)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、配套設(shè)備少，因而造價(jià)也最低，制造工期短。機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)的切口部分裝上一個(gè)與盾構(gòu)直徑一般大小的大刀盤(pán)，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工的全斷面切削開(kāi)挖。是在手掘式盾構(gòu)正面裝上機(jī)械來(lái)代替人工開(kāi)挖，根據(jù)地層條件，可以安裝反鏟挖土機(jī)或螺旋切削機(jī)，土體較硬可安裝軟巖掘進(jìn)機(jī)。2.1.2 按開(kāi)挖直徑分類盾構(gòu)根據(jù)其直徑的大小分為以下幾類：0.2～2

m直徑稱為微型盾構(gòu)。2～4.2

m直徑稱為小型盾構(gòu)。4.2～7

m直徑稱為中型盾構(gòu)。7～12

m稱為大型盾構(gòu)。12

m以上為超大型盾構(gòu)。2.1.3 按支護(hù)地層形式分類盾構(gòu)按照支護(hù)地層的形式主要分為：自然支護(hù)式、機(jī)械支護(hù)式、壓縮空氣支護(hù)式、泥漿支護(hù)式，土壓平衡支護(hù)式5種類型。（1）自然支護(hù)式盾構(gòu)：利用推土斜面的壓力來(lái)抵抗外部土壓，適用于地質(zhì)情況穩(wěn)定，且無(wú)地下水的地層。（2）機(jī)械支護(hù)式盾構(gòu)：利用機(jī)械壓力來(lái)抵抗開(kāi)挖面的土壓，適用于地質(zhì)情況穩(wěn)定，且無(wú)地下水的地層。2.1.3 按支護(hù)地層形式分類（3）壓縮空氣支護(hù)式盾構(gòu)：通過(guò)設(shè)備制造壓縮空氣來(lái)平衡開(kāi)挖面的水土壓力，適用于含有地下水的軟土地層。（4）泥水平衡盾構(gòu)：利用泥漿壓力來(lái)抵抗開(kāi)挖面水土壓力的盾構(gòu)，適用于地下水豐富的土層中，對(duì)地表的沉降控制較為有利。（5）土壓平衡盾構(gòu)：利用土艙內(nèi)的土壓來(lái)平衡開(kāi)挖面水土壓力的盾構(gòu)，可適用于各種地層。2.1.4 按掘削面的擋土形式分類按掘削面的擋土形式，盾構(gòu)可分為開(kāi)放式、部分開(kāi)放式、封閉式3種。開(kāi)放式即掘削面敞開(kāi)，并可直接看到掘削面的掘削方式。部分開(kāi)放式即掘削面不完全敞開(kāi)，而是部分敞開(kāi)的掘削方式。封閉式即掘削面封閉不能直接看到掘削面，而是靠各種裝置間接地掌握掘削面的方式。2.1.5 按截面形狀分類盾構(gòu)按照截面類型可分為：圓形盾構(gòu)、橢圓形盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)、矩形盾構(gòu)、雙圓搭接形盾構(gòu)、三圓搭接形盾構(gòu)等類型。圓形盾構(gòu)圓形盾構(gòu)如圖所示，為目前隧道施工中使用最為廣泛的類型。圓形盾構(gòu)具有結(jié)構(gòu)受力合理，承載能力較強(qiáng)，荷載分布均勻；施工過(guò)程中不易發(fā)生側(cè)傾，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。圓形盾構(gòu)2.1.5 按截面形狀分類馬蹄形盾構(gòu)馬蹄形盾構(gòu)如圖所示。該盾構(gòu)有大小9個(gè)刀盤(pán)，錯(cuò)落設(shè)置，最大的直徑4.9m，最小的1.1m，每個(gè)刀盤(pán)都是獨(dú)立的操控系統(tǒng)，可隨意組合，能同時(shí)、單個(gè)和不同方向地旋轉(zhuǎn)。相對(duì)圓形盾構(gòu)的一個(gè)大刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)、一套控制系統(tǒng)的“粗放”施工，馬蹄形盾構(gòu)可以針對(duì)不同土質(zhì)層進(jìn)行最大面積、最大角度的精細(xì)開(kāi)挖。馬蹄形盾構(gòu)2.1.5 按截面形狀分類矩形盾構(gòu)矩形盾構(gòu)如圖所示。相比于圓形盾構(gòu)，矩形盾構(gòu)空間利用率較高，且開(kāi)挖斷面尺寸一般較大；缺點(diǎn)是技術(shù)難度大，造價(jià)相對(duì)較高。目前我國(guó)已生產(chǎn)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的矩形盾構(gòu)，可用于單洞雙線等大斷面隧道的施工。矩形盾構(gòu)2.1.5 按截面形狀分類多圓搭接形盾構(gòu)多圓盾構(gòu)一般為多個(gè)圓斷面疊加、搭接組成，主要有雙圓搭接形盾構(gòu)、三圓搭接形盾構(gòu)兩種形式。雙圓盾構(gòu)三圓盾構(gòu)2.1.5 按截面形狀分類以雙圓搭接形盾構(gòu)為例，說(shuō)明雙圓搭接形盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：雙圓隧道優(yōu)化了斷面形式，有效減少了開(kāi)挖斷面積。雙圓區(qū)間隧道寬度較窄，避免對(duì)地面構(gòu)筑物的影響。為線路選線提供了多種可行方案。兩條區(qū)間隧道合二為一，有利于提高抗震、救災(zāi)能力。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可縮小區(qū)間隧道和相鄰車站的工程量。2.1.6 按適用土質(zhì)分類按適用土質(zhì)，盾構(gòu)可分為軟土盾構(gòu)、硬巖盾構(gòu)及復(fù)合盾構(gòu)3種。軟土盾構(gòu)即切削軟土的盾構(gòu)。硬巖盾構(gòu)即掘削硬巖的盾構(gòu)。復(fù)合盾構(gòu)既可切削軟土，又能掘削硬巖的盾構(gòu)。任務(wù)2.2土壓平衡盾構(gòu)認(rèn)知2.2.1 工作原理土壓平衡盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，使土艙和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切削下來(lái)的泥土，依靠推進(jìn)油缸的推力給土艙內(nèi)的開(kāi)挖土渣加壓，使土壓作用于開(kāi)挖面以使其穩(wěn)定。土壓平衡盾構(gòu)的工作原理：刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削開(kāi)挖面的泥土，破碎的泥土通過(guò)刀盤(pán)開(kāi)口進(jìn)入土艙，泥土落到土艙底部后，通過(guò)螺旋輸送機(jī)運(yùn)到皮帶輸送機(jī)上，然后輸送到停在軌道上的運(yùn)渣車上。盾構(gòu)在推進(jìn)油缸的推力作用下向前推進(jìn)。盾殼對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時(shí)支護(hù)作用，承受周圍土層的土壓、承受地下水的水壓并將地下水擋在盾殼外面。掘進(jìn)、排土、襯砌等作業(yè)圴在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行。所有盾構(gòu)的形式：本體從工作面開(kāi)始均可分為前盾、中盾、盾尾三部分，借以盾殼鋼板連成整體。盾殼擁有可充分承受土壓、水壓、盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)反作用力、挖掘反作用力。中盾前部收納有刀盤(pán)裝置的驅(qū)動(dòng)部分、通過(guò)艙墻與前盾區(qū)分開(kāi)來(lái)。艙墻下方設(shè)置有螺旋輸送機(jī)；上方裝有人行孔，中央裝有人行閘、回轉(zhuǎn)節(jié)。中盾外周呈圓周方向，均等配置有為推進(jìn)盾構(gòu)運(yùn)行的盾構(gòu)千斤頂。2.2.2 主機(jī)構(gòu)造土壓平衡盾構(gòu)盾體結(jié)構(gòu)示意2.2.2 主機(jī)構(gòu)造前盾構(gòu)造前盾部分是開(kāi)挖和擋土部分，它位于盾構(gòu)的最前端，施工時(shí)最先切入土層并掩護(hù)開(kāi)挖作業(yè)。前盾保持著工作面的穩(wěn)定，并作為開(kāi)挖下來(lái)的土砂向后方運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，采用機(jī)械化開(kāi)挖式盾構(gòu)時(shí)，可根據(jù)開(kāi)挖下來(lái)土砂的狀態(tài)，確定前盾的形狀、尺寸。前盾2.2.2 主機(jī)構(gòu)造主驅(qū)動(dòng)裝置由主軸承、八個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、八個(gè)減速器及主軸承密封組成。軸承外圈通過(guò)連接法蘭用螺絲與前體固定，軸承內(nèi)圈用螺絲和刀盤(pán)連接，借助液壓動(dòng)力帶動(dòng)液壓馬達(dá)、減速器、軸承內(nèi)齒圈直接驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)。主軸承設(shè)置有三道唇形外密封和兩道唇形內(nèi)密封，外密封前兩道采用永久性失脂潤(rùn)滑來(lái)阻止土艙內(nèi)的渣土和泥漿滲入，后一道密封是防止主軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油滲漏。主驅(qū)動(dòng)2.2.2 主機(jī)構(gòu)造中盾構(gòu)造中盾是盾構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，是承受作用于盾構(gòu)上全部荷載的骨架。它緊接于前盾，位于盾構(gòu)中部，通常是一個(gè)剛性很好的圓形結(jié)構(gòu)。地層壓力、所有千斤頂?shù)姆醋饔昧扒岸苋胪琳孀枇?、襯砌拼裝時(shí)的施工荷載均由中盾來(lái)承受。中盾2.2.2 主機(jī)構(gòu)造中盾盾尾構(gòu)造盾尾鋼結(jié)構(gòu)鋼板一般厚

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mm，以適應(yīng)預(yù)計(jì)的工作壓力，與中盾通過(guò)鉸接油缸進(jìn)行連接，盾尾主要包括：（1）盾尾密封：盾尾密封一般采用鋼絲刷密封裝置，鋼絲刷是集彈簧鋼板、鋼絲刷及不銹鋼金屬網(wǎng)于一體的結(jié)構(gòu)。（2）雙鉸接密封：由重載型橡膠密封和緊急密封組成。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造刀盤(pán)構(gòu)造簡(jiǎn)介刀盤(pán)位于盾構(gòu)的最前部，是一個(gè)帶有多個(gè)進(jìn)料槽的切削盤(pán)體，主要用于切削土體。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，刀盤(pán)主要可分為面板式和輻條式兩種，此外還有一種介于兩者之間的幅板式刀盤(pán)（由輻條和幅板組成）。盾構(gòu)刀盤(pán)的選用應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況及工作環(huán)境綜合分析確定。面板式刀盤(pán)輻條式刀盤(pán)2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（1）刀盤(pán)的主要功能。①

開(kāi)挖功能：刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具切削隧道掌子面的土體，對(duì)掌子面的地層進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后的渣土通過(guò)刀盤(pán)的開(kāi)口進(jìn)入土艙。②

穩(wěn)定功能：支撐掌子面，具有穩(wěn)定掌子面的功能。③

攪拌功能：對(duì)于土壓平衡盾構(gòu)，刀盤(pán)對(duì)土艙內(nèi)的渣土具有一定的塑性，然后通過(guò)螺旋輸送機(jī)將渣土排出。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（2）刀盤(pán)的要求。①

刀盤(pán)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。②

刀盤(pán)應(yīng)有較大的開(kāi)口率。③

針對(duì)地層的變化，能夠方便地更換硬巖滾刀和軟巖齒刀。④

刀盤(pán)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的耐磨強(qiáng)度。⑤刀盤(pán)上應(yīng)配置足夠的渣土攪拌裝置。⑥

刀盤(pán)上應(yīng)配置足夠的注入口，各口并裝有單向閥，以滿足刀具的冷卻、潤(rùn)滑和渣土改良。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（3）刀盤(pán)的支撐方式。①

中心支撐式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于中小型盾構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是黏附黏性土的危險(xiǎn)性小。②中間支撐式：結(jié)構(gòu)均衡，多用于大中型盾構(gòu)。③

外周支撐式：由于該型支撐的盾構(gòu)內(nèi)空間廣闊，故便于大直徑盾構(gòu)中處理孤石、漂石。中心支撐式中間支撐式外周支撐式2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（4）刀盤(pán)評(píng)價(jià)指標(biāo)。①

開(kāi)口率：指開(kāi)口面積占整個(gè)刀盤(pán)面積的百分比。一般在

20%～65%不等，開(kāi)口率對(duì)土壓平衡盾構(gòu)有著重要意義，開(kāi)口是否合適直接影響到壓力控制。②

刀間距：指在直徑方向上，相鄰兩條軌跡上的刀具之間的距離。刀間距過(guò)大，影響切削效果；刀間距過(guò)小，浪費(fèi)能源，經(jīng)濟(jì)性變差。③

刀高：指刀具伸出面板的距離。④

刀具高差：指不同刀具之間的高度差。很多時(shí)候?yàn)榱烁纳魄邢餍Ч?，采用不同的刀具和高度，例如先行刀、主切刀、魚(yú)尾刀就有不同的高度。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造刀具簡(jiǎn)介盾構(gòu)刀具的配置是盾構(gòu)刀具設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容，其配置是否適合工程地質(zhì)條件，直接影響盾構(gòu)的刀盤(pán)使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效率。目前使用的刀具一般有兩類：一是滾動(dòng)類刀具。二是切削類刀具。（1）滾刀。滾刀分齒形滾刀和盤(pán)形滾刀。齒形滾刀主要有球齒滾刀和楔齒滾刀兩種，常用于軟巖。盾構(gòu)上應(yīng)用較廣的是盤(pán)形滾刀。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造盤(pán)形滾刀按刀圈的數(shù)量分為單刃、雙刃、多刃等三種形式。單刃、雙刃、多刃滾刀在風(fēng)化的砂巖及泥巖等較軟巖地層時(shí)，一般采用雙刃滾刀，較硬巖采用單刃滾刀。盤(pán)形滾刀按刀圈材質(zhì)分為耐磨層表面刀圈、標(biāo)準(zhǔn)鋼刀圈、重型鋼刀圈、鑲齒硬質(zhì)合金刀圈滾刀等，并分別適應(yīng)于不同的地層。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（2）切刀。切刀安裝在刀盤(pán)開(kāi)口槽的兩側(cè)，也稱刮刀。目前最有效的切刀為雙層耐磨設(shè)計(jì)，配有雙層碳鎢合金刀齒以提高刀具的耐磨性，在第一排刀齒磨損后，第二排刀齒可以代替第一排刀齒繼續(xù)發(fā)揮作用。切刀在刀盤(pán)上的安裝采用背裝式，可以從開(kāi)挖艙內(nèi)拆卸和更換。切刀2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（3）先行刀。先行刀一般安裝在輻條中間的刀箱中。采用背裝式，可從土艙進(jìn)行更換。先行刀主要有3種形式：貝殼刀、齒刀、撕裂刀。貝殼刀撕裂刀齒刀2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造（4）周邊刮刀。周邊刮刀也稱鏟刀，安裝在刀盤(pán)的外圈，用于清除邊緣部分的開(kāi)挖渣土防止沉積、確保刀盤(pán)的開(kāi)挖直徑以及防止刀盤(pán)外緣的間接磨損。（5）仿形刀。仿形刀安裝在刀盤(pán)的外緣上，通過(guò)液壓油缸啟動(dòng)，采用可編程控制，通過(guò)刀盤(pán)回轉(zhuǎn)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。駕駛員可以控制仿形刀開(kāi)挖的深度（即超挖的深度），以及超挖的位置。2.2.3 刀盤(pán)構(gòu)造刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式有3種：一是變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)；二是液壓驅(qū)動(dòng)；三是定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。鑒于定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致刀盤(pán)轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，一般不采用。液壓驅(qū)動(dòng)具有調(diào)速靈活，控制簡(jiǎn)單、液壓馬達(dá)體積小、安裝方便等特點(diǎn)，但液壓驅(qū)動(dòng)效率低、發(fā)熱量大。變頻驅(qū)動(dòng)具有發(fā)熱量小、效率高、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。2.2.4 管片拼裝機(jī)管片拼裝機(jī)由拼裝機(jī)大梁、支撐架、旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭組成2個(gè)拼裝機(jī)行走液壓油缸，可以使支撐架、旋轉(zhuǎn)架、拼裝頭在拼裝機(jī)大梁上沿隧道軸線方向移動(dòng)。某盾構(gòu)管片拼裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意2.2.5 排土設(shè)備螺旋輸送機(jī)螺旋輸送機(jī)由筒體、驅(qū)動(dòng)裝置、螺旋軸、出渣閘門組成，是土壓平衡盾構(gòu)的排土裝置，主要有以下3個(gè)功能。渣土在螺旋機(jī)內(nèi)向外排出的過(guò)程中形成密封土塞，渣土壓力從前至后（1） 依次遞減。（2）在保持土艙土壓的同時(shí)，將盾構(gòu)土艙內(nèi)的土體向外連續(xù)排出。（3）隨時(shí)調(diào)整向外排土的速度，確保盾構(gòu)連續(xù)正常向前掘進(jìn)。2.2.5 排土設(shè)備皮帶輸送機(jī)皮帶輸送機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于將螺旋輸送機(jī)輸出的渣土傳送到盾構(gòu)后配套的渣車?yán)?。皮帶輸送機(jī)由皮帶機(jī)支架、前隨動(dòng)輪、后主動(dòng)輪、上下托輪、皮帶、皮帶張緊裝置、皮帶刮泥裝置、和帶減速器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。皮帶輸送機(jī)安裝布置在后配套連接橋和拖車的上面。2.2.6 后配套設(shè)備盾構(gòu)后配套設(shè)備主要由4～6節(jié)后配套臺(tái)車組成，設(shè)備組成基本相同，主要為盾構(gòu)操作所需的操作室、電氣部件、液壓部件、注漿設(shè)備、泡沫設(shè)備、膨潤(rùn)土設(shè)備、循環(huán)水設(shè)備及通風(fēng)設(shè)備等。盾構(gòu)后配套臺(tái)車2.2.6 后配套設(shè)備1號(hào)臺(tái)車及其上的設(shè)備1號(hào)臺(tái)車上裝有盾構(gòu)的操作室及注漿設(shè)備。盾構(gòu)操作室中有盾構(gòu)操作控制臺(tái)、控制電腦、盾構(gòu)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)、VMT隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦及螺旋輸送機(jī)后部出土口監(jiān)視器。2號(hào)臺(tái)車及其上的設(shè)備2號(hào)臺(tái)車上有包含液壓油箱在內(nèi)的液壓泵站、膨潤(rùn)土泵、盾尾密封油脂泵及潤(rùn)滑油脂泵。液壓油箱及液壓泵站為刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、管片拼裝機(jī)、管片運(yùn)輸小車、螺旋輸送機(jī)、注漿泵等液壓設(shè)備提供壓力油。2.2.6 后配套設(shè)備3號(hào)臺(tái)車及其上的設(shè)備3號(hào)臺(tái)車上裝有空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、1組配電柜及1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)。二次風(fēng)機(jī)由11

kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將由中間井輸送至第4節(jié)臺(tái)車位置處的新鮮空氣，繼續(xù)向前泵送至盾體附近，以給盾構(gòu)提供良好的通風(fēng)。4號(hào)臺(tái)車及其上的設(shè)備4號(hào)臺(tái)車上裝有變壓器、電纜卷筒、水管卷筒、風(fēng)管盒。鋪設(shè)在隧道中的2條內(nèi)徑為100mm的水管作為盾構(gòu)的進(jìn)、回水管，將蓄水池與水管連接起來(lái)，與一臺(tái)高壓水泵驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)用水在蓄水池和盾構(gòu)之間循環(huán)。任務(wù)2.3泥水平衡盾構(gòu)認(rèn)知泥水平衡盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)前部設(shè)置一道封閉隔板，裝備刀盤(pán)及輸送泥漿的送排泥管和推進(jìn)盾構(gòu)的推進(jìn)油缸。工作原理：把水、黏土及其添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水艙，待泥水充滿整個(gè)泥水艙，并具有一定壓力，形成泥水壓力室。通過(guò)泥水的加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)，能夠維持開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定。相關(guān)知識(shí)泥水平衡盾構(gòu)2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)泥水平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)泥水平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括刀盤(pán)、前體、中體、盾尾、主軸承等。泥水平衡盾構(gòu)由以下5大系統(tǒng)構(gòu)成：（1）一邊利用刀盤(pán)挖掘整個(gè)開(kāi)挖面、一邊推進(jìn)的盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)；（2）可調(diào)整泥漿物性，保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的泥水循環(huán)系統(tǒng)；（3）綜合管理排泥狀態(tài)及泥水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的綜合管理系統(tǒng)；（4）泥水分離處理系統(tǒng)；（5）壁后同步注漿系統(tǒng)。2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.泥水平衡盾構(gòu)施工的特點(diǎn)（1）在易發(fā)生流砂的地層中能穩(wěn)定開(kāi)挖面，可在正常大氣壓下作業(yè)。（2）泥水傳遞速度快而且均勻，開(kāi)挖面平衡土壓力的控制精度高，對(duì)開(kāi)挖面周邊土體的干擾少，地面沉降量控制精度高。（3）盾構(gòu)出土，減少運(yùn)輸車輛；刀盤(pán)、刀具磨損小。（4）刀盤(pán)所受扭矩小，更適合大直徑隧道施工。（5）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。2.3.2 開(kāi)挖面穩(wěn)定機(jī)理1.泥膜形成機(jī)理泥水平衡盾構(gòu)是通過(guò)在泥水艙中適當(dāng)壓力的泥漿，使其在開(kāi)挖面形成泥膜，支撐隧道開(kāi)挖面的土體，并由刀盤(pán)切削土體表層的泥膜，與泥水混合后，形成高密度的泥漿，然后由排泥泵及管道將泥漿輸送到地面，進(jìn)行分離處理。2.泥膜形成的基本要素從泥水平衡理論中可以看出，在泥水平衡盾構(gòu)法施工中，盡快形成不透水的泥膜是一個(gè)相當(dāng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在泥水平衡盾構(gòu)施工中控制泥水壓力和控制泥水質(zhì)量是兩個(gè)重要的要素。2.3.2 開(kāi)挖面穩(wěn)定機(jī)理為了保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，必須可靠而迅速地形成泥膜，以使壓力有效作用于開(kāi)挖面。因此，泥水應(yīng)具有以下特性：泥水的密度 含砂量 泥水的黏性 泥水壓力3.掘進(jìn)速度與泥膜的關(guān)系泥水平衡盾構(gòu)處于正常掘進(jìn)狀態(tài)時(shí)，刀具并不直接切削土體，而是對(duì)刀盤(pán)正面已形成的泥膜進(jìn)行切削。高質(zhì)量泥水形成泥膜的時(shí)間為1～2s。2.3.3 地質(zhì)適應(yīng)范圍泥水平衡盾構(gòu)最初是在沖積黏土和洪積砂土交錯(cuò)出現(xiàn)的特殊地層中使用，由于泥水對(duì)開(kāi)挖面的作用明顯，在軟弱的淤泥質(zhì)土層、松動(dòng)的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等地層中均適用。目前，泥水平衡盾構(gòu)工法對(duì)地層的適用范圍不斷擴(kuò)大，即使處于惡化的施工環(huán)境和存在地下水等的不良條件下，由于有相應(yīng)的處理方法，幾乎能適應(yīng)所有的地層。貝殼層礫石層砂層黏性土層任務(wù)2.4多模盾構(gòu)認(rèn)知2.4.1 土壓泥水雙模盾構(gòu)土壓泥水雙模盾構(gòu)集成了土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)的設(shè)計(jì)理念及功能，融合了泥水、土壓兩種模式。土壓泥水雙模盾構(gòu)同時(shí)具備兩套排渣系統(tǒng)和兩種壓力平衡方式。雙模式掘進(jìn)機(jī)用于土壓平衡模式時(shí)，基本配置與常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)完全相同?？筛鶕?jù)地層變化在兩種模式之間實(shí)現(xiàn)相互切換，能最大限度地控制工程風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效掘進(jìn)。采用土壓平衡模式可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地層的高效掘進(jìn)施工；采用泥水平衡模式可以更好地應(yīng)對(duì)高水壓滲透地層中的隧道掘進(jìn)施工。2.4.1 土壓泥水雙模盾構(gòu)土壓泥水雙模式盾構(gòu)的模式轉(zhuǎn)換如圖所示，連續(xù)切換的施工方法如下：（1）在土壓平衡模式下，停止盾構(gòu)掘進(jìn)；關(guān)閉螺旋輸送機(jī)出土閘門，正轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī)使其內(nèi)部形成有效土塞后關(guān)閉螺旋輸送機(jī)；啟動(dòng)泥水處理系統(tǒng)。（2）在泥水平衡模式下，停止盾構(gòu)掘進(jìn)。土壓平衡模式泥水平衡模式2.4.2 土壓TBM雙模盾構(gòu)土壓TBM雙模盾構(gòu)是指一臺(tái)盾構(gòu)既具備土壓平衡盾構(gòu)功能，又具備TBM的功能，可根據(jù)施工地質(zhì)條件和要求，進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換，從而滿足安全、快速施工的需求。TBM模式土壓平衡模式2.4.2 土壓TBM雙模盾構(gòu)土壓TBM雙模式盾構(gòu)的模式轉(zhuǎn)換分兩種：土壓模式轉(zhuǎn)換為TBM模式TBM模式轉(zhuǎn)換土壓模式兩種轉(zhuǎn)換是相互可逆的過(guò)程，但TBM模式轉(zhuǎn)換土壓模式流程較復(fù)雜。大直徑土壓TBM雙模盾構(gòu)主機(jī)皮帶機(jī)和螺旋機(jī)同時(shí)布置在同一臺(tái)設(shè)備上，在洞內(nèi)轉(zhuǎn)換時(shí)，可將一套出渣系統(tǒng)后退縮回至盾體內(nèi)部，另一套出渣系統(tǒng)伸出盾體外側(cè)即可。2.4.3 三模盾構(gòu)土壓泥水單護(hù)盾三模盾構(gòu)具有3種掘進(jìn)模式，分別是土壓掘進(jìn)模式、泥水掘進(jìn)模式和

TBM掘進(jìn)模式。泥水式 土壓平衡式 敞開(kāi)式1—刀盤(pán)；2—沉潛墻；3—隔板；4—推進(jìn)缸；5—人艙；6—破碎機(jī)；7—格柵；8—吸泥管；9—鉸接缸；10—管片；11—排泥管；12—進(jìn)泥管；13—螺旋輸送機(jī)；14—皮帶輸送機(jī)。1.土壓掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換成泥水掘進(jìn)模式首先開(kāi)挖艙降渣位，停止盾構(gòu)各系統(tǒng)，關(guān)閉螺旋出土機(jī)閘門；然后啟動(dòng)環(huán)流系統(tǒng)旁通循環(huán)，向開(kāi)挖艙灌漿；接著逆循環(huán)疏通排漿口；最后環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)漿艙內(nèi)循環(huán)，充分洗艙，轉(zhuǎn)為泥水模式掘進(jìn)。2.泥水掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換成土壓掘進(jìn)模式首先確保系統(tǒng)運(yùn)行正常；然后關(guān)閉氣墊艙聯(lián)通閘閥，隔離氣墊艙；泥水模式下進(jìn)漿循環(huán)清洗開(kāi)挖艙；隨后在旁通模式下，緩慢推進(jìn)在開(kāi)挖艙內(nèi)堆渣；最后伸出轉(zhuǎn)動(dòng)螺機(jī)，打開(kāi)閘門，運(yùn)行皮帶機(jī)，轉(zhuǎn)為土壓模式掘進(jìn)。2.4.3 三模盾構(gòu)3.泥水掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換成TBM掘進(jìn)模式在模式轉(zhuǎn)換地點(diǎn)，利用環(huán)流旁通循環(huán)清洗氣墊艙；然后打開(kāi)氣墊艙頂部呼吸管，聯(lián)通開(kāi)挖艙，監(jiān)測(cè)壓力波動(dòng)情況；接著隔離氣墊艙，排氣恢復(fù)常壓；接著關(guān)閉氣墊艙頂部呼吸管，排漿管路排渣，切換至TBM掘進(jìn)模式。4. TBM掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換成泥水掘進(jìn)模式首先在模式轉(zhuǎn)換地點(diǎn)，進(jìn)行氣墊艙加氣保壓測(cè)試；然后利用環(huán)流系統(tǒng)送漿到開(kāi)挖艙，灌漿至滿；接著打開(kāi)氣墊艙聯(lián)通管路刀閘；最后利用環(huán)流系