泥水盾构工作原理课件讲义

泥水盾盾构施施工简简介－－目录录一、泥泥水盾盾构的的基本本原理理和特特点二、泥泥水盾盾构简简介三、泥泥水盾盾构工工作原原理介介绍四、泥泥水处处理系系统五、泥泥水盾盾构施施工的的几点点经验验一、泥泥水平平衡式式盾构构的基基本原原理和和特点点1、泥水水平衡衡式盾盾构工工作原原理该型式式盾构构是在在机械械式盾盾构的的刀盘盘的后后侧，，设置置一道道封闭闭隔板板，隔隔板与与刀盘盘间的的空间间定名名为泥泥水仓仓。把把水、、粘土土及其其添加加剂混混合制制成的的泥水水，经经输送送管道道压入入泥水水仓，，待泥泥水充充满整整个泥泥水仓仓，并并具有有一定定压力力，形形成泥泥水压压力室室。通通过泥泥水的的加压压作用用和压压力保保持机机构，，能够够维持持开挖挖工作作面的的稳定定。盾盾构推推进时时，旋旋转刀刀盘切切削下下来的的土砂砂经搅搅拌装装置搅搅拌后后形成成高浓浓度泥泥水，，用流流体输输送方方式送送到地地面泥泥水分分离系系统，，将碴碴土、、水分分离后后重新新送回回泥水水仓，，这就就是泥泥水加加压平平衡式式盾构构法的的主要要特征征。因因为是是泥水水压力力使掘掘削面面稳定定平衡衡的，，故得得名泥泥水加加压平平衡盾盾构，，简称称泥水水盾构构。泥水平平衡盾盾构工工作原原理图图地层切削刀盘进浆管排浆管膨润土溶液压缩空气气垫室膨润土液区2、泥水水盾构构施工工的特特点：：在易发发生流流沙的的地层层中能能稳定定开挖挖面，，可在在正常常大气气压下下施工工作业业；泥水传传递速速度快快而且且均匀匀，开开挖面面平衡衡土压压力的的控控制精精度高高，对对开挖挖面周周边土土体的的干扰扰少，，地面面沉降降量控控制精精度高高；盾构出出土，，减少少了运运输车车辆，，进度度快；；刀盘盘、刀刀具磨磨损小小，适适合长长距离离施工工；刀盘所所受扭扭矩小小，更更适合合大直直径隧隧道施施工；；适用于于软弱弱的淤淤泥质质粘土土层、、松散散的砂砂土层层、沙沙砾层层、卵卵石层层和硬硬土的的互层层等地地层。。特别别适用用于地地层含含水量量大、、上方方有水水体的的越江江隧道道和海海底隧隧道。。二、泥泥水盾盾构简简介泥水盾盾构分分为英英国体体系、、日本本体系系和德德国体体系。。目前前使用用比较较广泛泛是日日本体体系和和德国国体系系。日日本体体系为为直接接控制制模式式，由由泥浆浆液体体直接接支护护开挖挖面并并提供供维持持平衡衡压力力的盾盾构，，德国国体系系是间间接控控制式式盾构构，其其通过过支护护液体体的压压力插插入一一个空空气缓缓冲层层加以以控制制，即即通过过空气气缓冲冲层的的压力力控制制，间间接控控制开开挖面面的压压力。。两种泥泥水盾盾构的的主要要区别别如下下日本体体系泥泥水盾盾构的的泥浆浆压力力，在在循环环掘进进时，，通过过调整整进浆浆泵的的转速速或者者调整整进浆浆泵出出口节节流阀阀的开开口比比值来来实现现压力力控制制的。。因此此掘进进速度度、地地层变变化、、掘进进深度度及其其掘进进长度度对压压力均均有影影响。。调节节泵的的压力力是通通过中中心控控制室室的自自动调调节完完成。。德国体体系的的空气气室的的压力力是根根据开开挖面面需要要的支支护泥泥浆压压力设设定的的，空空气压压力可可通过过空气气控制制阀使使压力力保持持恒定定。同同时由由于空空气缓缓冲层层的弹弹性作作用，，即使使液位位波动动或出出现突突然的的泄漏漏，对对土仓仓压力力也无无明显显影响响。间接控控制型型泥水水平衡衡盾构构与直直接控控制型型相比比，控控制系系统更更为简简化，，对开开挖面面土层层支护护更为为稳定定，对对地表表沉陷陷的控控制更更为方方便。。三、泥泥水盾盾构原原理介介绍泥水盾盾构与与土压压盾构构工作作系统统和结结构上上，有有很多多相同同之处处，这这里以以德国国体系系的泥泥水盾盾构为为例，，介绍绍泥水水盾构构特有有的系系统，，主要要内容容包括括盾构构结构构简单单介绍绍、泥泥水平平衡原原理、、泥水水循环环系统统、气气体保保压系系统、、泥水水处理理系统统等。。1、泥水水盾构构结构构简单单介绍绍泥水盾盾构结结构主主要包包括刀刀盘、、前体体、中中体、、盾尾尾、主主轴承承、人人仓、、安装装机轨轨道梁梁、管管片安安装机机和吊吊机、、拖车车结构构以及及在拖拖车上上布置置的设设备包包括控控制室室、空空压机机、电电器设设备、、水泵泵水箱箱、泥泥浆管管延伸伸装置置等。。不同同的盾盾构厂厂家，，其布布置不不同。。泥水盾构主主机图主机前体部部分为两个个仓室，分分别是泥水水仓（或称称刀盘仓））和气垫仓仓。其中泥泥水仓掘进进时一般充充满泥水，，气垫仓在在掘进时一一般底部为为泥水，上上部为压缩缩空气。泥泥水仓主要要功能为切切削渣土的的携带，气气仓的主要要功能为储储存足够体体积的压缩缩空气，以以保证压力力稳定的需需要。碎石机结构构：在气仓仓底部设置置排浆口，，在排浆口口布置有专专用的碎石石结构即碎碎石机，对对大颗粒的的岩石进行行破碎，避避免大颗粒粒进入泥浆浆循环系统统损坏相应应部件。泥浆门结构构：泥浆门门布置在泥泥水仓和气气仓之间的的隔板底部部，主要作作用是通过过泥浆门的的关闭，将将气仓和泥泥水仓隔离离，使作业业人员能在在长压下进进入气仓，，在气仓里里进行维修修或检查等等作业。泥泥浆门的布布置位置有有所不同，，海瑞克和和NFM有所不同。。海瑞克的的布置在气气仓侧，NFM公司的布置置在泥水仓仓内。2、泥水平衡衡原理简述述泥水加压式式盾构工作作面土体是是依靠泥水水压力对工工作面上的的水压力发发挥平衡作作用以求得得稳定。泥泥水压力主主要是在掘掘进中起支支护作用。。工作面任任何一点的的泥水压力力总是大于于地下水压压力，从而而形成了一一个向外的的水力梯度度，这是保保持工作面面稳定的基基本条件。。在泥水平衡衡理论中，，泥膜的形形成是至关关重要的，，当泥水压压力大于地地下水压力力时，泥水水渗入土壤壤，形成与与土壤间隙隙成一定比比例的悬浮浮颗粒，被被捕获并集集聚与泥水水的接触表表面，泥膜膜就此形成成。随着时时间的推移移，泥膜的的厚度不断断增加，渗渗透抵抗力力逐渐增强强。当泥膜膜抵抗力远远大于正面面土压时，，产生泥水水平衡效果果。3、泥水循环环系统泥水循环系系统的控制制包括泥浆循环模模式的选择择泥浆循环参参数选择泥浆碎石处处理管路延伸以以及止浆处处理等。3.1泥浆循环模模式介绍泥浆循环的的方式包括括旁通模式式、开挖模模式、反循循环模式、、隔离模式式和长时间间停机模式式。旁通模式这个模式是是待机模式式，用于盾盾构不进行行开挖时执执行其它功功能。这个个模式也用用于当盾构构从一种功功能切换到到另一种功功能时。特特别是，旁旁通功能是是用于安装装管片衬砌砌环的情况况。它使开开挖室被隔隔离。在旁旁通模式，，各泥浆泵泵都根据泵泵的超载压压力和所要要求的排渣渣流量所控控制的转速速保持旋转转。由于此时开开挖室没有有泥浆的供供给，因此此理论上并并不需要控控制泥浆\气垫界面液液位。然而而泥浆\气垫界面的的液位可能能由于水从从界面上流流失或进入入而发生变变动。在这这些情况下下，可能需需要补充泥泥浆（只要要注入管道道压力许可可的话）或或排出泥浆浆以调整这这个液位。。开挖模式：：这个模式于于开挖时使使用。根据据气垫室里里泥浆的液液位以及所所要求的排排渣流量，，对伺服的的泵P1.1和P2.1的转速分别别进行调整整。调整P1.1泵的转速用用以校正泥泥浆\气垫界面液液位达到所所要求的值值，同时确确保它沿程程的下一个个泵的超载载压力要大大于所要求求的净吸压压头。调整P2.2泵的转速，，用以校正正排渣流量量达到所要要求的排渣渣模式的值值，同时确确保沿程的的下一个泵泵的超载压压力要大于于所要求的的净吸压头头。P2.2泵的转速必必须能确保保排渣的流流体能被泵泵送到地面面的分离厂厂。调整P2.2泵的转速以以便在泥浆浆分离厂入入口处达到到必要的压压力。反循环模式式这个模式使使开挖室里里的泥浆逆逆向流动。。仅用于一一些特别的的情况，特特别是在开开挖室内发发生阻塞，，或用于清清理盾构内内的排渣管管道。为了了不让泥浆浆充满开挖挖室，气垫垫压力与泥泥浆\气垫界面液液位的控制制仍需维持持。隔离模式这个模式使使隧道里的的泥浆管道道系统与地地面系统处处于完全隔隔离的状态态，但此时时设在地面面的分离厂厂和制备厂厂之间的回回路仍保持持连通。特特别是，这这种模式是是用于隧道道泥浆管道道延伸时的的情况。各排渣泵（（P2.1，P2.2）停止运转转。而P1.1仍保持运行行，以保持持制备厂和和分离厂之之间回路的的循环。始始发井中的的旁通阀V18控制着这个个回路。长时间停机机模式这个模式是是自动控制制的。此时时所有泵都都停止运转转。开挖面面压力由压压缩气回路路来控制。。当气垫室室泥浆液位位低于预定定的低限时时，便进行行校正。3.2泥浆循环参参数控制泥浆循环参参数包括泥泥浆流量和和液位、压压力、比重重等，循环环部件包括括进出泥浆浆泵、流量量计、比重重计、各种种泥浆阀门门等。对于于不同厂家家的盾构的的，其泥浆浆循环略有有区别。泥浆循环的的控制包括括：流量和液位位的控制泥浆压力的的控制比重的控制制等。流量和液位位的控制：：对于掘进循循环，泥浆浆的循环流流量的目的的是携带渣渣土。为能能够携带渣渣土避免沉沉淀，必须须具备一定定的流速，，对于不同同的地质，，其要求的的流速是不不同的，与与渣土的比比重、泥浆浆的粘度有有关。对于于泥浆的液液位，为避避免泥水仓仓压力波动动太大，需需要保证泥泥浆液位的的相对稳定定，液位的的稳定通过过调节进浆浆和出浆的的流量差值值来实现。。流量的调调节，通过过增大进浆浆泵和出浆浆泵的转速速来实现。。由于携带带渣土的原原因，进浆浆流量和出出浆流量存存在一定的的差值，操操作时，其其流量调节节的基准是是调节出浆浆泵的转速速，确保最最低的出浆浆流量（根根据理论计计算和实践践证实相结结合确定）），此时根根据根据液液位变化，，调节进浆浆流量，使使气垫仓液液位保持在在某一个中中间的稳定定位置。泥浆的压力力控制：泥浆的压力力调整是个个被动参数数，为能够够保证足够够的流量，，调整泥浆浆泵的转速速，其泥浆浆泵的进出出口的压力力均因之而而变化。对对于系统压压力，根据据泵的工作作能力，一一般只限制制最高值。。泵的压力力随着管路路的延长，，延程损失失的增加而而增加。泥浆比重的的调整：泥浆的进浆浆比重，由由泥水处理理厂控制，，对于盾构构掘进而言言，对既有有的进浆比比重，只能能通过掘进进速度的改改变来调整整出浆的比比重。如果果出浆比重重很高，可可以通过降降低推进速速度来降低低泥浆比重重。一般进进浆比重在在1.05～1.25之间，出浆浆比重在1.1～1.4之间。3.3碎石机为保证泥浆浆循环的顺顺畅，对于于大块的石石块需要进进行破碎。。在泥水盾盾构的气仓仓底部，排排浆管的入入口处，一一般布置有有碎石机和和隔栅。碎石机的动动作，海瑞瑞克有两种种模式，即即破碎模式式和摆动模模式，破碎碎模式主要要目的使对对岩石进行行破碎，摆摆动模式主主要是对底底部渣土的的搅拌，避避免淤塞进进浆口。3.4管路路延延伸伸及及其其泥泥浆浆处处理理掘进进循循环环达达到到一一定定距距离离，，需需要要延延伸伸泥泥浆浆管管，，泥泥浆浆管管延延伸伸装装置置，，目目前前了了解解有有两两种种方方式式，，一一种种是是活活塞塞式式，，一一种种是是软软管管式式。。活塞塞式式软管管式式活塞塞式式延延伸伸时时，，先先将将泥泥浆浆管管内内泥泥浆浆泵泵送送到到刀刀盘盘里里，，再再进进行行活活塞塞收收缩缩，，然然后后安安装装泥泥浆浆管管，，再再重重新新进进行行连连接接。。软管管式式延延伸伸时时，，先先用用清清水水将将延延伸伸管管内内的的止止浆浆塞塞推推入入隧隧道道内内的的泥泥浆浆管管内内，，然然后后移移动动收收回回软软管管，，此此时时因因为为止止浆浆塞塞的的在在隧隧道道内内的的泥泥浆浆管管内内，，能能够够阻阻止止泥泥浆浆的的倒倒流流进进入入隧隧道道。。这这时时安安装装新新的的泥泥浆浆管管后后，，重重新新连连接接，，再再浆浆止止浆浆塞塞打打回回原原有有的的延延伸伸系系统统内内。。4、气气体体保保压压系系统统泥水水盾盾构构的的有有一一套套气气体体保保压压系系统统，，该该系系统统作作用用是是专专门门提提供供压压力力稳稳定定泥泥水水仓仓的的压压力力。。这这也也是是间间接接控控制制式式泥泥水水盾盾构构的的主主要要特特点点。。泥水水仓仓的的压压力力稳稳定定是是直直接接关关系系到到掌掌子子面面稳稳定定的的重重要要因因素素，，为为保保证证工工作作面面压压力力的的稳稳定定，，泥泥水水盾盾构构提提供供了了一一套套专专门门的的压压缩缩空空气气系系统统。。该该系系统统气气源源一一般般由由一一台台空空压压机机提提供供。。气气体体通通过过空空压压机机出出口口上上方方的的粗粗滤滤器器，，然然后后通通过过两两条条独独立立的的管管线线分分配配到到人人闸闸和和开开挖挖室室。。该该系系统统布布置置了了两两套套独独立立的的压压力力调调节节系系统统，，能能根根据据设设定定值值，，自自动动调调节节气气仓仓内内压压力力，，使使气气仓仓内内压压力力一一直直稳稳定定在在设设定定值值。。由由于于气气仓仓和和泥泥水水仓仓联联通通，，因因此此能能够够稳稳定定泥泥水水仓仓的的压压力力在在某某一一个个设设定定值值范范围围内内。。气压压调调节节系系统统目前前是是使使用用的的一一般般是是SAMSON公司司产产品品。。其其原原理理为为，，当当压压力力降降低低或或升升高高，，与与设设定定值值有有偏偏差差时时，，通通过过压压力力的的反反馈馈，，调调整整进进气气阀阀或或者者排排气气阀阀，，对对气气仓仓内内进进行行补补气气或或排排气气，，使使压压力力逐逐渐渐升升高高或或降降低低到到设设定定压压力力值值，，直直至至与与设设定定值值平平衡衡。。因因为为掘掘进进时时液液位位总总是是存存在在一一定定的的波波动动，，其其压压力力有有一一定定变变化化，，SAMSON系统统能能根根据据压压力力的的反反馈馈，，及及时时对对气气压压进进行行调调整整。。压力力调调节节器器进排排气气阀阀一般般气气仓仓压压力力一一经经设设定定，，一一个个掘掘进进循循环环内内不不再再进进行行调调整整，，所所以以掘掘进进循循环环内内，，刀刀盘盘压压力力稳稳定定在在某某个个恒恒定定值值。。只只有有当当掘掘进进条条件件发发生生变变化化，，需需要要调调整整掘掘进进压压力力时时，，再再对对压压力力调调节节器器重重新新进进行行压压力力设设定定。。气压压调调节节系系统统功功能能是是保保证证泥泥水水仓仓的的压压力力，，泥泥浆浆循循环环系系统统的的功功能能是是出出渣渣。。四、、泥泥水水处处理理系系统统泥水水盾盾构构掘掘进进，，其其泥泥浆浆质质量量是是控控制制盾盾构构掘掘进进质质量量的的重重要要基基础础，，对对于于盾盾构构掘掘进进循循环环回回来来的的污污浆浆，，其其性性能能不不能能满满足足循循环环使使用用要要求求，，为为能能够够保保证证掘掘进进质质量量，，需需要要对对泥泥浆浆的的比比重重、、粘粘度度、、颗颗粒粒等等进进行行处处理理，，其其中中泥泥水水分分离离设设备备是是对对泥泥浆浆性性能能有有最最直直接接影影响响的的设设备备1、泥泥水水分分离离设设备备主主要要用用于于将将含含有有渣渣土土的的泥泥水水进进行行分分离离，，使使渣渣土土被被分分离离脱脱水水后后，，直直接接外外运运，，分分离离后后的的泥泥水水经经过过调调整整重重新新回回到到盾盾构构使使用用。。泥泥水水分分离离设设备备流流程程图图如如下下：：脱水后的碴土返回盾构循环使用盾构机携碴浆液第一步预筛分第二步（一级旋流）第三步（二级旋流）第四步（压滤或离心分离）其处处理理过过程程为为：：盾盾构构机机排排出出的的污污浆浆，，由由排排泥泥泵泵送送入入泥泥浆浆分分离离站站，，经经过过第第一一步步预预筛筛分分器器的的粗粗筛筛振振动动筛筛选选后后，，将将粒粒径径在在3mm以上上的的渣渣料料分分离离出出来来；；筛筛余余的的泥泥浆浆由由渣渣浆浆泵泵加加压压，，沿沿输输浆浆软软管管从从旋旋流流除除砂砂器器进进浆浆口口切切向向泵泵入入，，经经过过旋旋流流除除砂砂器器分分选选，，74µµm以上上粒粒径径微微细细的的泥泥砂砂由由下下端端的的沉沉砂砂嘴嘴排排除除落落入入细细筛筛；；细细筛筛脱脱水水筛筛选选后后，，干干燥燥的的细细渣渣料料分分离离出出来来；；经经过过筛筛选选的的泥泥浆浆经经渣渣浆浆泵泵泵泵送送，，循循环环再再进进入入二二级级旋旋流流器器，，分分选选30µµm以上上的的颗颗粒粒，，由由细细筛筛脱脱水水分分离离。。分分离离后后的的泥泥浆浆进进入入储储浆浆池池，，再再经经过过处处理理后后进进入入盾盾构构机机。。分分离离后后浆浆液液，，在在必必要要的的情情况况下下，，可可以以通通过过离离心心机机、、滤滤压压机机或或带带压压机机分分离离出出浆浆液液中中的的更更细细的的微微粒粒，，以以确确保保满满足足环环境境要要求求。。对于于不不同同厂厂家家的的设设备备或或不不同同地地质质，，预预筛筛、、一一级级旋旋流流和和二二级级旋旋流流的的分分选选颗颗粒粒大大小小有有所所不不同同。。比重重的的调调整整：：盾盾构构持持续续掘掘进进时时，，因因为为地地层层中中含含有有一一些些泥泥水水分分离离设设备备分分离离不不了了的的微微细细颗颗粒粒，，该该颗颗粒粒在在浆浆液液中中累累积积，，会会导导致致浆浆液液比比重重逐逐渐渐升升高高，，此此时时需需要要对对浆浆液液比比重重进进行行处处理理。。或或者者对对浆浆液液进进行行部部分分丢丢弃弃补补充充新新浆浆方方式式，，或或者者采采用用更更精精细细的的分分离离设设备备对对浆浆液液中中的的微微细细颗颗粒粒进进行行处处理理。。粘度度调调整整：：为为获获得得高高质质量量浆浆液液，，需需要要对对泥泥浆浆的的粘粘度度进进行行调调整整。。粘粘度度的的调调整整通通过过添添加加一一些些辅辅助助材材料料的的方方式式实实现现。。2、浆浆液液调调整整五、、泥泥水水盾盾构构施施工工的的几几点点经经验验本人人参参与与了了重重庆庆过过江江隧隧道道和和武武汉汉长长江江隧隧道道的的整整个个泥泥水水盾盾构构施施工工过过程程，，在在泥泥水水盾盾构构施施工工的的过过程程中中，，有有一一些些经经验验和和教教训训，，这这里里与与大大家家介介绍绍一一下下，，希希望望能能有有借借鉴鉴意意义义。。1、刀盘盘的结结构及及其操操作重庆刀刀盘切切削直直径围围6.6m，前盾盾直径径围6.57m实际工工况：：换刀频频繁推力大大卡盾壳壳刀盘的的直径径刀盘的的切削削控制制症状状：刀刀具损损坏、、正反反扭矩矩差值值大原因因：控控制加加固体体强度度掘进控控制，，正反反操作作比例例不平平衡措施施：控控制加加固体体强度度及其其辅助助材料料的强强度合理分分配正正反转转比例例2、气垫垫仓内内问题题处理理气垫仓仓内条条件恶恶劣，，处理理困难难常见的的问题题：泥浆门门问题题：泄泄漏、、异常常损坏坏碎石机机问题题：泄泄漏、、淤塞塞、管管路损损坏、、异常常损坏坏传感器器问题题：工工作不不正常常、损损坏原因