泥水盾构工作原理
5泥水盾构工法
2）水力盾构（欧洲体系）
与日本的地质条件相比,在欧洲则不同地点差异 很大，因而水力盾构的基本原理对地质的适用 范围就更灵活。水力盾构适于所有松散地层,如 加装另外的装置还能用于岩层。
水力盾构很突出的部分是用沉浸墙隔离开挖室 （在液体支护的隧洞开挖面附近,支护压力由后 腔的气囊调整）以及有单独固定幅条的开式星 型刀盘。
另外不同于日本泥水盾构的是采用水-膨润土悬 浮液,这更适合欧洲的地质情况。采用膨润土与 在隧洞开挖面形成滤饼是相联系的，所以此型 盾构也称之为膨润土盾构。
水力盾构系统最重要的优点是通过气囊 调节支护压力，泥水回路中悬浮液的量 的变化不会改变支护压力的大小。
比如，当掘进通过断层带，支护悬浮液 可能会突然损失，但隧洞开挖面上的支 护压力不会损失。通过布置在盾构顶部 的压缩空气闸室以及穿过气囊及沉浸墙 进入开挖室，这比日本的泥水盾构容易 搬掉障碍物。
总之，土体一经盾构机开挖，其原有的 应力即被释放，并将产生向应力释放面 的变形。
此时，为控制地基沉降，保持开挖面稳定， 必须向开挖面施加一个相当于释放应力大小 的力。
泥水式盾构机中由泥水压力来抵消开挖面的 释放应力。
在决定泥水压力时主要要考虑开挖面的水压 力、土压力以及预留压力。
在泥水式盾构机中支护开挖面的液体同时又 作为运输介质。
当前的开挖量由测量支护液的密度得出，理论
开挖量则参考比重、结实性及孔隙的份额等得 出。这些值是在最初岩心钻的基础上取得的。
盾构机掘进时的所有调控功能都取自地面的中 央处理装置。
虽然在中央处理装置中,大量的数据都可收集、 测定并看到,但盾构机中的操作人员仍是需要的,
在难对付的情况下也要人工干预。
在小直径机器中由于增加力矩而考 虑设置相应的驱动装置就非常困难。
泥水盾构泥浆循环系统泵站距离计算
6.2.18泥浆循环系统（1）泥水循环原理设计泥水平衡盾构工法的基本原理是：经过合理调整比重、压力和流量的泥浆被送入盾构机的压力仓，与切削后的泥土混合后被排出，经流体输送设备输送至泥水处理站，分离出泥土，并调整泥浆比重后再次循环使用。
本区间进、排浆管路的直径设计为DN300mm，设计的进浆排量为860m³/h，排浆排量为970m³/h。
泥浆循环原理图如下：图5-30：泥浆循环原理图泥水循环工作模式主要分为旁通模式、推进模式、保压模式和换管模式等。
图5-31：模式转换顺序（2）泥浆循环系统设计计算书1）送排泥流量计算➢出渣量V=60π*D2*ν/4/100≈112m3/h ➢排浆流量V排=V*（ρ-ρ1）/（ρ2-ρ1）≈970m3/h➢进浆流量V进=（V排*ρ2- V*ρ）/ρ1≈858m3/h2）送排泥管道直径计算对应设计流量,设计充满度的管道内的水流平均速度叫做设计流速。
为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或过大，最好在最大和最小设计流速范围之内。
最小设计流速是保证管道内不致发生淤积的控制流速。
含有大颗粒的管道，其最小设计流速宜适当加大，其值要根据试验或调查研究决定。
此流速由临界流速计算可得。
最大设计流速与管材相关，是保证管道不因长期剧烈冲刷而缩短运行寿命的控制流速。
通常，金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5 m/s。
而通常此流速取值范围为2＜V＜4 m/s，更大的流速不仅没有必要，甚至是有害的，因为管道中的阻力将随速度的平方而增大。
并且管道的磨损也将随速度的提高而显著地加剧起来。
管道阻力的增大，就要提高输送泵的功率，从而增高能源费用。
管道磨损的加剧也将导致折旧费的提高，而且有时造成管道在施工中损坏，以致不得不停止推进，以便更换管道。
根据液体的流量和流速的大小，可按下式计算管路的直径d ≥ • 式中 Q------------流量（L/min ）； • V------------流速（m/s ）。
土压平衡盾构与泥水平衡盾构结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理傅德明上海市土木工程学会2011.5.211 土压平衡盾构的结构原理1.1 土压平衡盾构的基本原理土压平衡盾构属封闭式盾构。
盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。
示意图如图6.1所示。
由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
1.1.1 稳定掘削面的机理及种类土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。
通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。
1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。
即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。
对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。
地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。
解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。
1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。
当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。
再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。
为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。
1.1.1.3 土压盾构的种类按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。
表1 土压盾构的种类图1 土压盾构基本形状②充满土舱内的掘削土的被动土压稳定掘削面。
泥水式盾构机发展概况及工作原理
泥水式盾构机发展概况及工作原理泥水式盾构机1发展概况泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面；由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖；开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。
泥水式盾构机适用于各种松散地层，有无地下水均可。
采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。
最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。
由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。
1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。
1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。
1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。
1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。
在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。
泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。
到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。
日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。
以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。
德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。
1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构，直径为3.10m 的样机取得经验后,1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。
泥水盾构
中交隧道局南京纬三路过江通道
双管片行车
双管片行车作为管片运输系统中重要设备，最大起重 量为40T，每次可搬运两块管片，节省管片运输时间。 工作时，由2#台车后端起吊，通过台车内部运输至前 端，将管片放置在单管片接收平台上。整个运输过程可 以实现人工及半自动两种控制方式。
中交隧道局南京纬三路过江通道
中交隧道局南京纬三路过江通道
中交隧道局南京Leabharlann 三路过江通道制浆系统 全自动制浆系统QZJ-200从上料（水）、称重、搅 拌到输送全过程均为自动控制运行（亦可人为干预）， 具有制浆速度快，浆液搅拌均匀等特点。通过上位机预 设定水灰比，可灵活配制从1.05～1.20g/cm3之间不同 密度的浆液。制浆时间可调，每个制浆周期耗时最多 3～5分钟。足以满足应急补浆所需。
单管片行车
该行车位于1#台车后部，主要用于油脂搬运及接受 平台上管片的转移，最大起重量为20T，每次可起吊一 块管片。当行车起吊接收平台上放置的管片时，运用液 压油缸实现管片开启和闭合，运用旋转马达将管片整体 旋转±90°。通过液压系统还可以调整管片位置精度，并 放置在管片供给装置末端接收段。
中交隧道局南京纬三路过江通道
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3 泥水处理系统 2
筛分 压滤系统 制浆系统 调浆系统
中交隧道局南京纬三路过江通道
筛分
泥浆处理系统由筛分系统、压滤系统、制浆系统、 调浆系统等构成，通过管路连接使各系统单元组合在一 起，达到盾构机泥水循环泥浆指标要求的目的。
本项目泥水处理系统采用型号为ZX-3000筛分处理 设备，总机泥水处理量为3×1000m3/h，筛分设备分 为三个泥水处理单元，每个单元又由9个框架3层结构构 成，设备总重量108t，装机功率1500KW。筛分设备结 构图如下。
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
泥水平衡盾构
气垫室
泥膜
压缩空气 泥水
地层
刀盘
送泥管
排浆管
泥水平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：利用泥水室的泥水 压力来平衡切削面的土、水压力，切削下来的土体与泥水室内 的泥水充分混合后,由泥水输送系统输送到泥水分离系统进行分 离,废弃渣土,泥水经改良后,再次由管路输送回泥水室循环使用。
泥水平衡盾构 泥水盾构有两种体系，即直接控制型和间接控制型 。日本和英国一般采用直接控制力平衡盾构
土压平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：刀盘旋转开挖工作 面的土体，挖掘下来的土料作为稳定开挖面的介质，土料由螺 旋输送机旋转运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺 旋输料器出土量(旋转速度)进行调节。
土压力平衡盾构
马达驱动刀盘旋转切 削土体，同时盾构机液压 千斤顶将盾构机向前推进， 并向密封仓内加入塑流化 改性材料，与开挖面切削 下来的土体经过充分搅拌， 形成具有一定塑流性和透 水性低的塑流体。同时通 过伺服控制盾构机推进千 斤顶速度与螺旋输送机向 外排土的速度相匹配，经 舱内塑流体向开挖面传递 设定的平衡压力，实现盾 构机始终在保持动态平衡 的条件下连续向前推进。
直接控制型泥水盾构
间接控制型泥水盾构
泥水平衡盾构
直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池 将新鲜泥浆送入盾构的泥水仓，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，而稀泥浆流向泥浆池，再 对泥浆密度和浓度进行调整后，重新送入盾构的泥水 仓循环使用。
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
目前常用的盾构机主要有土压平衡和泥水平衡盾构机，除 了其出土（渣）的方式不同外，其基本的工作原理是一致 的。 泥水平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：利用泥水室的 泥水压力来平衡切削面的土、水压力，切削下来的土体与 泥水室内的泥水充分混合后,由泥水输送系统输送到泥水 分离系统进行分离,废弃渣土,泥水经改良后,再次由管路输 送回泥水室循环使用。
盾构机泥水环路操作规程
盾构机泥水环路操作规程盾构机是一种用于地下隧道施工的设备，其泥水环路是盾构机工作中的重要组成部分。
泥水环路的操作规程对于保证盾构机施工的安全和高效具有重要意义。
下面将详细介绍盾构机泥水环路操作规程。
一、泥水环路的基本原理泥水环路是盾构机中的一个循环系统，主要包括泥浆搅拌装置、切水机构、脱水器和泥浆输送管道等组成部分。
在盾构机施工过程中，泥浆通过泥浆搅拌装置搅拌均匀后，经过切水机构对土层进行切割，并通过脱水器将泥浆中的固体颗粒和水分分离，最后通过泥浆输送管道将泥浆排出隧道。
二、泥水环路的操作规程1. 开始施工前，必须检查所有泥水环路设备的运行状态，确保各个部件的正常工作。
2. 在施工过程中，应定期检查泥浆的流量和压力等参数，确保泥浆供应的稳定性。
3. 在切水机构切割土层时，应根据地质情况和切割要求适时调整切割速度和切割力度。
4. 在泥浆输送管道中，应定期清理管道内的堵塞物，确保泥浆的畅通。
5. 对于脱水器，应根据泥浆中固体颗粒的含量和水分的含量进行调整，以达到最佳的脱水效果。
6. 定期检查泥水环路设备的润滑情况，确保设备的正常运转。
7. 在泥水环路操作过程中，应严格按照施工工艺要求进行操作，不得随意更改参数。
8. 如发现泥浆中固体颗粒过多或水分过高，应及时停止施工，清理设备，并调整操作参数。
9. 泥水环路设备的维护保养应按照设备说明书进行，定期进行检查和保养。
10. 在泥水环路操作过程中，应加强安全意识，严禁操作人员站在泥浆输送管道下方。
11. 操作人员应定期接受培训，熟悉泥水环路设备的操作和维护知识，提高操作技能。
三、泥水环路操作注意事项1. 在操作泥水环路设备时，应佩戴好安全帽、防护服和防护眼镜等个人防护设备。
2. 在维护保养泥水环路设备时，应切断电源，并进行相关的安全措施。
3. 对于泥浆中固体颗粒的处理，应选择合适的方法，避免对环境造成污染。
4. 在清理泥浆输送管道时，应注意操作人员的安全，避免发生意外事故。
泥水盾构操作及常见问题处理方法
整后，重新输入盾构循环使用。
间接控制型泥水盾构的控制原 理为：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。
1、泥水拌制系统
（1）泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽 、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。
（2）CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的CMS化 学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。
2、浆液调整系统
浆液调整系统由调整槽、 剩余槽、调整槽搅拌器、剩余 槽搅拌器、调整泵、剩余泵、 密度泵、进浆泵和加水设备等 组成，调整槽对新旧浆液进行 调整、剩余槽贮存新旧浆液， 分别由搅拌器进行搅拌，由密 度泵进行密度检测，而后由进 浆泵将调整好的浆液送往盾构 泥水舱。
（3）泥水系统与盾构机的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系 在一起的，不同的地质工况条件取决了不同的泥水系统模式。
3.1.1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： (1)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。 (2)支承、稳定正面开挖面土体。 (3)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
泥水循环系统-元器件
拉 线 式 液 位 传 感 器
超声波传感器
气垫仓、泥水仓连通管路
3.1泥水系统的作用
（1）及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，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高透水砂层 中形成泥膜和稳定开挖面的要求；
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