泥水盾构施工技术培训讲义（PPT40）

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