2 土压与泥水盾构结构原理.ppt

中铁隧道集团有限公司 2010.03.17 第一篇 泥水盾构结构原理 提纲 1 泥水盾构的概念 2 泥水盾构的结构原理 3 泥水盾构的基本配置 4 泥水盾构开挖面稳定机理 5 泥水系统的作用和组成 6 地质适应范围 7 泥水盾构工程应用案例及视频 1、泥水加压平衡盾构的概念 泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称SPB盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。 2、结构原理 ◆泥水盾构有两种体系。 泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同，泥水盾构分为:直接控制型和间接控制型 直接控制型泥水盾构 日本和英国一般采用直接控制型泥水盾构 ●直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。 ●泥水舱中的泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应，不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。 间接控制型泥水盾构 德国采用间接控制型泥水盾构，其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水舱内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。 两种体系的比较 间接控制型泥水盾构（+/-0.05bar ）与直接控制型泥水盾构(+/-1.0bar)相比，因间接控制型泥水盾构采用气压控制泥浆压力，气压具有缓冲作用，所以泥水压力的波动小,对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利。 3、基本配置 泥水盾构主要由以下五大系统构成： ● 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进的盾构掘进系统； ● 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统； ● 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统； ● 泥水分离处理系统； ● 壁后同步注浆系统。 4、开挖面稳定机理 泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定； 对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。 当泥水舱内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当泥水舱内的泥水压力小于地层压力和水压力时，地表将会下沉。因此泥水舱内的泥水压力应与地层土压力和水压力平衡。 泥水压力与水压力及土压力平衡 泥水压力小于水压力及土压力之和 泥水压力大于水压力及土压力之和 5、泥水系统的作用和组成 泥水系统的作用 1 及时向开挖面的泥水舱提供盾构掘进需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在开挖面形成泥膜和稳定开挖面的要求； 2 及时把切削下来的土砂形成的泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。 支护泥水的作用 支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用： 在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。 支承、稳定开挖面土体。 盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。 对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作用。 泥水配比设计 主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成 膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性 CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度 纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒 泥水的技术指标 泥水比重 为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥水处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜的形成。 一般的泥水比重在1.05~1.3范围内较适宜。 泥水的粘度 可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水的粘性(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。 泥膜形成机理 泥水