泥水平衡盾构施工技术概论(章龙管)
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泥水平衡盾构简介
支承环
盾尾
刀盘
主驱动
泥水仓
进浆管 破碎机 推进油缸
排浆管 管片拼装机
13 盾构及掘进技术国家重点实验室
２．刀盘系统
刀盘是泥水盾构的主要工作部件，为各种盾构刀具提供安装位置， 根据工程实际需求，可分为常规泥水盾构刀盘和带常压换刀装置的刀盘。 前者厚度跟同尺寸的土压平衡盾构的刀盘厚度相当，后者厚度一般接近 2m或以上。
间接控制型泥水盾构控制 精度高，开挖仓内的泥水 压力波动小，一般在 0.01~0.02MPa之间变化。 掌子面压力的变化被迅速、 准确的平衡，降低了对地 层的扰动。
8 盾构及掘进技术国家重点实验室
３．泥水平衡原理
泥水稳定掌子面的方法源于地下连续墙的泥浆护壁原理，其基本原 理是通过在支撑环前面隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆，在开挖 面形成泥膜，支撑正面土体，并由安装在正面的刀盘切削土体表面泥膜， 与泥水混合后，形成高密度泥浆。
当泥水压力大于地下水压力时，泥水按照达西定律渗入土体，形成
与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，这些颗粒被捕获并积聚于土体与泥
水的接触区，逐渐形成泥膜。当泥膜抵抗力远大于正面地层压力时，产
生泥水平衡效果。
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盾构及掘进技术国家重点实验室
泥膜的类型
泥皮泥膜
无泥 膜
渗透泥膜
泥水几乎不渗透，只形 成泥膜
盾构及掘进技术国家重点实验室
14 盾构及掘进技术国家重点实验室
15 盾构及掘进技术国家重点实验室
➢ 刀盘的设计要求 (1) 能够降低对刀具的磨损； (2) 保护刀盘的钢结构，刀盘的结构材料为Q345B 、16MnR、 GS52或相
当于这种材料的铸钢； (3) 能够实现高的贯入度； (4) 选择降低刀具的磨损及维持掌子面稳定的最优刀盘开口率； (5) 幅轮设计以使每个旋转方向都有多个碴土出口； (6) 2 个旋转方向(正/反)； (7) 刀盘前面有独立的喷口用于防止刀盘结泥饼； (8) 连接到主驱动的连接臂（厚壁管）保证刀盘良好的稳定性； (9) 出碴通道的几何设计必须满足开挖仓容易出碴； (10) 大的物料通道从刀盘外缘通到刀盘中心区域，这样便于将挖掘的物
泥水平衡盾构施工技术教材
一、泥水盾构施工技术 3、功能组成
(1) 盾构掘进系统 掘进系统包括泥水加
压平衡盾构掘进部分和 使其运转的动力设备、 装载动力设备以及与掘 进机同时前进的后方车 架。泥水加压平衡盾构 掘进部分由刀盘、盾壳 、刀盘动力驱动马达、 推进千斤顶和管片拼装 机等设备组成。
右图是Φ6260 泥水平 衡式盾构机主体结构简 图
一、泥水盾构施工技术 3、功能组成 (2) 泥水加压和循环系统
泥浆循环模式包括： ①旁通模式（待机模式）：拼装管片时用，将开挖面的
泥浆隔离； ②开挖模式：通过流量泵来控制泥浆的压力、流量； ③反循环模式：泥浆逆向流动，在开挖室堵塞或清理管 路时使用； ④隔离模式：与地面泥浆系统完全隔离，在管路延伸时 使用； ⑤长时间停机：开挖室保压、此时泥浆液面自动校正。
左 图 为 新 浆 制 作 流 程 图
一、泥水盾构施工技术 3、功能组成
(3) 控制系统（含自动导向系统）
泥水加压式盾构法, 是用泥水加压密闭的开挖面, 不能直观目视开挖面状态及切削状况。为此, 采用 PLC控制管理送排泥状态、开挖面泥水室压力以及 泥水处理设备等运转状况来进行推测, 以便及时处理 突如其来的异常情况。泥水加压式盾构的控制管理 系统, 不是单纯的信息中心, 而是作为整体运转所不 可缺少的一个体系。将这些信息集中在一起并迅速 作出反应的某一处理称为中央控制, 操作人员的操作 技能是兼下达土木、电气、机械等综合判断指令的 技术于一体, 并在数据分析中起到显著的作用。
②及时把切削土砂形成的混合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。
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。
一、泥水盾构施工技术 1、原理
泥水平衡盾构施工技术教材-2022年学习资料
一、泥水盾构施工技术-1、原理-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 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 压产生泥水平衡效-果，有效支承正面土一、泥水盾构施工技术-1、原理-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 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；-②及时把切削土砂形成 混合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。-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。
一、泥水盾构施工技术-2、适用条件-泥水盾构对硬岩也有较强的适应性：-1泥水盾构可以降低施工风险-2采用泥 盾构能使现场施工条件要求-降低：
一、泥水盾构施工技术-3、功能组成-泥水加压平衡盾构机主要由五大系统组成：-1盾构掘进系统；-2泥水加压和 环系统；-3控制系统；-4泥水分离处理系统；-5壁后注浆系统。
20世纪60年代英国隧道专家建议在隔舱板前用喷水“水力盾-构”，但水不能支护开挖面，无法阻止开挖面不停地流 。-与”一送泥管-置入式地山探查装置-乜卜真円保持装置-力夕-超音波式地山空同探查装置-P」”万-力今题助 -電勒機-了子一-提拌璃-可重川-排泥管
20世纪70年代日本的泥水盾构机
日本的大直径泥水平衡盾构机-8630-8520-1507-3030-2978-2512-4E司-B环-C环 850-2180-0020-图1中6260泥水平面式盾构机主体结构简图
盾构施工技术-现代盾构机主要分为土压平衡式、泥-水平衡式、硬岩式、复合式等类型。传统-的盾构施工法大多有赖 气压、降水、注-浆加固等措施来对付不稳定地层的局面-而泥水加压式盾构是用泥浆加压确保切削-面稳定，用管道输 代替轨道出土，加快-了-掘进速度，改善了劳动条件和施工环境-能较好地稳定开挖面和防止地表隆陷，成-为当今一 划时代的盾构新技术
泥水平衡盾构
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盾构及掘进技术国家重点实验室
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（2）带压进仓更换 ①普通带压进仓 盾构推进到选定地点停机，设定泥水仓内的压力，用压缩空气置换 泥水仓内的部分泥浆，使液位降到隔板密封仓门以下，与此同时人员进 入人仓，对人仓逐步加压，直至与泥水仓压力一致。之后，作业人员进 入泥水仓进行刀具检修更换作业。作业完成后，人员在人仓内减压，减 压结束后退出人仓。 缺点：作业效率低，作业人员有安全风险 ②饱和气体带压进仓 基本作业流程与普通带压进仓类似，不同之处是作业人员呼吸的是 混合气体（如氦氧混合气体），而不是空气，避免高压情况下呼吸普通 空气引起的“氮麻醉”现象，体内溶解的气体达到饱和状态后，作业人 员可以一直生活在人造高压环境中，直至工作完成，再减压即可，避免 普通带压进舱压力反复加减压，避免了患减压病的风险，也提高了作业 效率。
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盾构及掘进技术国家重点实验室
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饱和气体带压进舱作业流程
进入人员舱等待转运
作业人员在生活舱加压完成 后，进入转运舱
作业人员通过转运舱进 入生活舱休息
整个作业循环中，人员均处于高压环境，待完成带压 进舱作业后，人员一次减压出舱
作业人员 进入转运 舱
作业人员 转运至人 舱
作业人员完成作业后进 入人舱，等待转运
泥水平衡盾构
盾构及掘进技术国家重点实验室 2019年6月
盾构及掘进技术国家重点实验室
提纲
一 泥水平衡盾构概述 二 泥水平衡盾构组成 三 泥水平衡盾构地质适应性范围 四 泥水平衡盾构应用案例
2
盾构及掘进技术国家重点实验室
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一 泥水平衡盾构简介
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盾构及掘进技术国家重点实验室
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泥水平衡盾构法区间工程主要施工方法和施工工艺
泥水平衡盾构法区间工程主要施工方法和施工工艺8.3.6.1 工程概况穿越面存在渗透系数50-150m/d的卵石层，且场地地下水与海水连通，区间设计为单洞单线隧道，采用标准直径泥水平衡盾构法施工。
跨海段隧道穿越岩体主要为中风化钙质板岩和中风化白云质灰岩，以软岩、较硬岩为主，RQD值约60~90%，局部存在较破碎强风化岩体，隧道所穿岩体均呈中强透水性，地下水与海水呈连通状态，单洞双线隧道，采用大直径泥水平衡盾构法施工。
8.3.6.2 端头加固泥水盾构区间均采用旋喷桩工法进行端头加固。
8.3.6.3 盾构始发1）盾构井始发（1）施工工艺流程盾构始发施工工艺流程见图8.3.6-1。
图8.3.6-1泥水盾构始发施工流程（2）施工要点及方法泥水盾构始发施工要点及方法见表8.3.6-1。
表8.3.6-1泥水盾构始发施工要点及方法）在掘进前必须组装好泥水处理设备，安装好泥水输送泵，调试的内容主要是各个系统的机械设备方面是够正常，且各个系统根据始发端头的地质及水文情况对帘幕板的密封情况进行检查，并以此为依据对泥浆的比重和缓冲气压室内的气体压泥水流量、密度计的校正以及筛分系统各个振动电机、各台泵、各旋流筛板是否能适预埋一定数量的依据盾构始发隧道设计轴线确定盾构始发姿应由专业测量工程师按照设计高程和水平位经再次复核在误差范围内后对始发基座根进行固定，在工字钢上放置枕木和应由专业测量工程师按照盾构机移至始发基座拟定）吊装下井时，在盾构机部件上设置牵引绳，缓慢起钩、下盾构机主机吊装可以采用一台履带吊主副钩或两台汽车吊即可进行空载调试。
主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。
负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负洞口后浇环梁及反力架自身尺由测量给出轴线位置及高程，进行安装加固。
安装完毕后要对反力架的垂直度且必须与结构钢筋牢固连接；检查橡胶帘布的整体性、硬度、老化程度及洞门钢环上的螺栓孔是否完好并清理干净，然后按照橡胶帘布安装→螺栓安装→折页压板安装→螺帽安装的顺序自上而下进行施工，并确保折页压板螺可盾构机在始发施工前应进行盾构始发前的条件验收工作，始发条件经自检，检查结果全部达到要求，报监理初审，再组盾体与洞门外圈有一定的空隙，确定负拼装精度要求较严4使管片背部与盾尾内壁之间形成均匀的盾尾间隙，保证管片与盾尾同心，同时，可保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，并防止管片破坏盾尾刷。
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构法施工，指在盾构开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。
盾构推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
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。
泥水平衡盾构技术基础
20 10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 Grain Diameter d in mm
Slurry
0,06 0,2 0,6 2,0
-5 Coarse sand 10 -6 Medium sand 10 -7 Fine sand 10 Sandy, Silty clay 10- 8 Silt -9 10
泥水盾构技术介绍
盾构技术基础内容
1、盾构机概述（基本概念，历史与现状）
2、盾构机的分类 3、泥水盾构基本工作原理 4、泥水盾构机与配套设备 5、泥水平衡盾构施工 6、关键技术问题
泥水盾构机
1、盾构概述（基本概念，历史与现状） 1.1盾构基本概念
盾 构 机 （ Shield Machine, Tunnel Boring Machine，TBM） —也称为隧道掘进机。 综合配有各种不同的挖掘、顶进、转向、支护、排 渣、衬砌、运输机械，和自身配备的传感、测量与 控制装置一起，形成一个完整的施工机械系统。
Mittel-
Permeability
Cobbles Coarse gravel
–– –– –– –– ––
10 1 10 10 10 10
-1 -2 -3 -4
Siebkorn
Fein-
Medium gravel
Mittel-
Massenanteile der Körner <d in % der Gesamtmenge
人工开挖式；机械开挖式 敞开式；密闭式 土压平衡式；泥水平衡式 软土盾构；硬岩盾构 现代盾构机主要分为土压平衡式、泥水平衡式、硬岩 式、复合式等类型。
泥水平衡式
开式
复合式盾构
泥水盾构施工简介
泥水平衡盾构工作原理图
膨润土液区
地层
切削刀盘
气垫室 泥水舱
压缩空气
膨润土溶液
进浆管
排浆管
（1）各部件名称介绍
[1] 开挖面
[2] 刀盘
[5] 舱壁
[6] 进浆管路
[9] 作业舱
[10]排浆管路
[13]盾尾钢壳
[3] 支撑夜(泥浆) [7] 气垫 [11]网格(格栅)
[4] 开挖舱 [8] 潜水舱壁 [12]管片
碎石机结构：在气舱底部设置排浆口，在排浆口布 置有专用的碎石机构（即碎石机），对大颗粒的岩石进 行破碎，避免大颗粒进入泥浆循环系统损坏相应部件。
泥浆门结构：泥浆门布置在泥水舱和气舱之间的隔 板底部，主要作用是通过泥浆门的关闭，将气舱和泥水 舱隔离，使作业人员能在长压下进入气舱，在气舱里进 行维修或检查等作业。泥浆门的布置位置有所不同，海 瑞克和NFM有所不同。海瑞克的布置在气舱侧，NFM公司 的布置在泥水舱内。
泥浆压力的控制：
泥浆的压力调整是个被动参数，为能够保证足够的流量， 调整泥浆泵的转速，其泥浆泵的进出口的压力均因之而变化。 对于系统压力，根据泵的工作能力，一般只限制最高值。泵 的压力随着管路的延长，延程损失的增加而增加。
泥浆比重的控制：
泥浆的进浆比重，由泥水处理厂控制，对于盾构掘进而 言，对既有的进浆比重，只能通过掘进速度的改变来调整出 浆的比重。如果出浆比重很高，可以通过降低推进速度来降 低泥浆比重。一般进浆比重在1.05～1.25之间，出浆比重在 1.1～1.4之间。
两种泥水盾构的主要区别如下
日本体系泥水盾构的泥 浆压力，在循环掘进时，通 过调整进浆泵的转速或者调 整进浆泵出口节流阀的开口 比值来实现压力控制的。因 此掘进速度、地层变化、掘 进深度及其掘进长度对压力 均有影响。调节泵的压力是 通过中心控制室（主机室） 的自动调节完成。
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利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力
6
泥水平衡盾构的结构及基本原理
典型泥水平衡盾构的基本结构
气垫仓
泥水仓
刀盘 主驱动 冲刷管
主机排浆泵
破碎机位置
排浆管吸口 管片拼装机
7
泥水平衡盾构的结构及基本原理
泥膜
泥水平衡盾构的基本原理
泥水仓
气垫仓
泥水盾构采用膨润土 悬浮液（俗称泥浆） 作为支护材料。将泥
• 包括泥水盾构掘进机（即主机、刀盘）和 使其运转的动力设备、装载动力设备以及与 掘进机同时前进的后配套拖车。
刀盘
主机 拖车
双刃滚刀
切刀
刮刀
23
碎石机
破碎型式 驱动方式 最大破碎粒径
频率
颚式 液压驱动 600mm 最大5次
24
• 2、泥水加压和循环系统
包括进排泥泵、保压系统、进排浆管路及相关设 备。
因此，图中的区域划分考虑了综合因素。
13
盾构选型依据
2、水文地质因素：地层渗透性是盾构选型的依据之二
地层渗透性与盾构选型图既说明 了地层颗粒与渗透率的一般关系 ―――细颗粒含量多的地层渗透 率小，粗颗粒含量多的地层渗透 率大，又反映了渗透率与盾构选 型的关系：颗粒粗渗透率大水量 充足，碴土为流体状，螺旋机不 能形成土塞，土仓建立不了压力。 因此，图中土压平衡盾构机对应 的指标是粗砂以下、渗透率104m/s以下。泥水平衡盾构机对应 的指标是细砂以上、渗透率107m/s以上。
泥水平衡盾构施工技术
2013年7月
1
主要内容
一、泥水平衡盾构工作原理 二、泥水平衡盾构的类型 三、泥水平衡盾构施工管理系统 四、泥水平衡盾构施工关键技术 五、工程实例
2
第一章 泥水平衡盾构工作原理
3
常用隧道施工方法
常
明挖法
用
隧
道
矿山法
施
工
方
TBM硬岩掘
法
掘进机
进机
（Tunnel Boring Machine）
盾构
4
盾构机类型
就其稳定掌子面介质的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。
土压平衡盾构 泥水平衡盾构
5
土压平衡盾构简介
土压平衡盾构的基本原理
刀盘切削下来的渣土通 过刀盘上的开口进入土 仓，渣土在土仓内经过 搅拌和渣土改良成为流 塑状，盾构推进油缸的 推力通过承压隔板传递 给土仓内的渣土，继而 传递给开挖面，以平衡 开挖面处的地下水压和 土压，从而保持开挖面 的稳定。螺旋输送机从 承压隔板的开孔伸入土 仓进行排土.
14
泥水平衡式盾构特点
a. 在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业； b. 泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力 的控制精度高，对开挖 面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高； c.盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离 施工； d.刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工； e.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的 互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道 。
浆送入泥水室，在开
挖面上形成不透水的
泥膜，通过该泥膜平
衡作用于开挖面的水
土压力。开挖的土砂
以泥浆形式输送到地
面，通过泥浆处理设
备进行分离，分离后
的泥水进行重新调浆，
再输送到开挖面。泥
水盾构适用的地质范
冲刷管
围较大，从软弱砂质
排浆管 土层到砂பைடு நூலகம்层都可以
使用。
利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力
泥膜
地层
刀盘
气垫室
送泥管
压缩空气
泥水
排浆管
19
两种体系的比较
• 间接控制型泥水盾构与直接控制型泥水盾 构相比，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。
切口水压波动示意图
20
两种体系的比较
缓冲气压室示意图
21
第三章 统
泥水平衡盾构施工管理系
22
• 1、盾构掘进系统
8
泥水平衡盾构的结构及基本原理 泥水平衡盾构的基本原理—开挖面上的泥膜
9
泥水平衡盾构的结构及基本原理 泥水平衡盾构的基本原理---开挖面上的泥膜
10
泥水平衡盾构的结构及基本原理
泥水盾构泥浆环流输送系统
地面泥水分离站
主机排浆泵
排浆管路
DRYING SEPARATION
PREPARATION BENTONITIC MUD TANK
细颗粒含量多则碴土能形成不透水的流 塑体，能够充满土仓的每个部位，以便建立 压力并传递到切削面支撑土体，压力平衡可 以实现。
粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种 功能的碴土，因而不能实现土压平衡,只能借 助于泥水平衡盾构大比重的泥浆悬浮液，形 成泥膜并传递压力。
从掘进的角度，泥水平衡盾构机也适用 于细颗粒土层，但细颗粒浆液的泥水分离难 度大，投入大，场地要求高。
随着施工技术的不断进步，泥水平衡式盾构适用的范围也在不断扩大。
15
第二章 泥水平衡盾构的类型
16
◆泥水盾构有两种体系。即日本体系和德国体系 日本体系为直接控制型，德国体系为间接控制型
17
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送
18
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。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板，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。
PUMP P1
进浆泵
隧道中继泵
进浆管路
BACK UP
PUMP P2
PUMP P3
泥浆管延伸装置
11
盾构选型依据 盾构是一种特殊的施工装备，它与地质的适应性息息相关。
12
盾构选型依据
1、 工程地质因素：地层颗粒级配是盾构选型的依据一
左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为 泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边 蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡 盾构机适用的颗粒级配范围。
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。 ●泥水仓中泥浆压力，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。
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泥水平衡盾构的结构及基本原理
典型泥水平衡盾构的基本结构
气垫仓
泥水仓
刀盘 主驱动 冲刷管
主机排浆泵
破碎机位置
排浆管吸口 管片拼装机
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泥水平衡盾构的结构及基本原理
泥膜
泥水平衡盾构的基本原理
泥水仓
气垫仓
泥水盾构采用膨润土 悬浮液（俗称泥浆） 作为支护材料。将泥
• 包括泥水盾构掘进机（即主机、刀盘）和 使其运转的动力设备、装载动力设备以及与 掘进机同时前进的后配套拖车。
刀盘
主机 拖车
双刃滚刀
切刀
刮刀
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碎石机
破碎型式 驱动方式 最大破碎粒径
频率
颚式 液压驱动 600mm 最大5次
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• 2、泥水加压和循环系统
包括进排泥泵、保压系统、进排浆管路及相关设 备。
因此，图中的区域划分考虑了综合因素。
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盾构选型依据
2、水文地质因素：地层渗透性是盾构选型的依据之二
地层渗透性与盾构选型图既说明 了地层颗粒与渗透率的一般关系 ―――细颗粒含量多的地层渗透 率小，粗颗粒含量多的地层渗透 率大，又反映了渗透率与盾构选 型的关系：颗粒粗渗透率大水量 充足，碴土为流体状，螺旋机不 能形成土塞，土仓建立不了压力。 因此，图中土压平衡盾构机对应 的指标是粗砂以下、渗透率104m/s以下。泥水平衡盾构机对应 的指标是细砂以上、渗透率107m/s以上。
泥水平衡盾构施工技术
2013年7月
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主要内容
一、泥水平衡盾构工作原理 二、泥水平衡盾构的类型 三、泥水平衡盾构施工管理系统 四、泥水平衡盾构施工关键技术 五、工程实例
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第一章 泥水平衡盾构工作原理
3
常用隧道施工方法
常
明挖法
用
隧
道
矿山法
施
工
方
TBM硬岩掘
法
掘进机
进机
（Tunnel Boring Machine）
盾构
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盾构机类型
就其稳定掌子面介质的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。
土压平衡盾构 泥水平衡盾构
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土压平衡盾构简介
土压平衡盾构的基本原理
刀盘切削下来的渣土通 过刀盘上的开口进入土 仓，渣土在土仓内经过 搅拌和渣土改良成为流 塑状，盾构推进油缸的 推力通过承压隔板传递 给土仓内的渣土，继而 传递给开挖面，以平衡 开挖面处的地下水压和 土压，从而保持开挖面 的稳定。螺旋输送机从 承压隔板的开孔伸入土 仓进行排土.
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泥水平衡式盾构特点
a. 在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业； b. 泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力 的控制精度高，对开挖 面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高； c.盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离 施工； d.刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工； e.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的 互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道 。
浆送入泥水室，在开
挖面上形成不透水的
泥膜，通过该泥膜平
衡作用于开挖面的水
土压力。开挖的土砂
以泥浆形式输送到地
面，通过泥浆处理设
备进行分离，分离后
的泥水进行重新调浆，
再输送到开挖面。泥
水盾构适用的地质范
冲刷管
围较大，从软弱砂质
排浆管 土层到砂பைடு நூலகம்层都可以
使用。
利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力
泥膜
地层
刀盘
气垫室
送泥管
压缩空气
泥水
排浆管
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两种体系的比较
• 间接控制型泥水盾构与直接控制型泥水盾 构相比，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。
切口水压波动示意图
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两种体系的比较
缓冲气压室示意图
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第三章 统
泥水平衡盾构施工管理系
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• 1、盾构掘进系统
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泥水平衡盾构的结构及基本原理 泥水平衡盾构的基本原理—开挖面上的泥膜
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泥水平衡盾构的结构及基本原理 泥水平衡盾构的基本原理---开挖面上的泥膜
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泥水平衡盾构的结构及基本原理
泥水盾构泥浆环流输送系统
地面泥水分离站
主机排浆泵
排浆管路
DRYING SEPARATION
PREPARATION BENTONITIC MUD TANK
细颗粒含量多则碴土能形成不透水的流 塑体，能够充满土仓的每个部位，以便建立 压力并传递到切削面支撑土体，压力平衡可 以实现。
粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种 功能的碴土，因而不能实现土压平衡,只能借 助于泥水平衡盾构大比重的泥浆悬浮液，形 成泥膜并传递压力。
从掘进的角度，泥水平衡盾构机也适用 于细颗粒土层，但细颗粒浆液的泥水分离难 度大，投入大，场地要求高。
随着施工技术的不断进步，泥水平衡式盾构适用的范围也在不断扩大。
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第二章 泥水平衡盾构的类型
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◆泥水盾构有两种体系。即日本体系和德国体系 日本体系为直接控制型，德国体系为间接控制型
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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送
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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。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板，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。
PUMP P1
进浆泵
隧道中继泵
进浆管路
BACK UP
PUMP P2
PUMP P3
泥浆管延伸装置
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盾构选型依据 盾构是一种特殊的施工装备，它与地质的适应性息息相关。
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盾构选型依据
1、 工程地质因素：地层颗粒级配是盾构选型的依据一
左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为 泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边 蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡 盾构机适用的颗粒级配范围。
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。 ●泥水仓中泥浆压力，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。