泥水平衡盾构压力平衡原理
土压平衡与泥水平衡盾构
土压平衡与泥水平衡盾构
土压平衡和泥水平衡是两种常见的盾构方式，它们的主要区别在于维持掌子面稳定的方式。
土压平衡盾构主要以渣土为主要介质平衡隧道开挖面地层压力，通过螺旋输送机出渣，适用于从粘土、砂土至软硬不均复合地层。
这种盾构施工时无需泥浆处理场，施工占地较少，对环境的影响相对较小。
泥水平衡盾构则以泥浆为主要介质平衡隧道开挖面地层压力，通过泥浆输送系统出渣，适用于富水高压和地面沉降要求高的隧道施工。
这种盾构需要较大的施工场地，因为需要设置泥浆处理场。
虽然对周边环境影响较大，但能更好地控制开挖工作面稳定性、地表沉降，保证施工进度和施工安全。
选择使用哪种盾构需视具体工程需求和地质条件来决定。
泥水盾构的压力设定分析及其应用
1.泥水盾构的压力平衡原理 1.1泥水平衡盾构
（2）在盾构推进过程中 ：通过单 位时间内刀盘切削的渣土及推进长度 内的含水量、泥浆在掌子面形成的泥 膜、气垫仓中气压的压力通过连通器 传递给泥水仓泥水的压力、掌子面的 水土压力、进浆管的进浆量、出浆管 的出浆量等所有因素控制至相对平衡。
2.泥水盾构施工中设定的掌子面工作 压力计算
以过江隧道为例来讲解气垫式泥
水盾构的压力计算。过江隧道泥水盾 构穿越段有3种典型地层 ：（1） 粘性 土地层 ；（2） 岸上段砂层地层 ；（3） 过江段穿越砂层。对于第一种地层按 照水土分算的原则计算刀盘泥水仓顶 部压力，对于第二、第三种地层则按 照水土分算方式计算。计算简图如图 1~图3所示。
在图1~图3中，γ、h1、H以及Ka 都是变化的量，且在隧道施工中这些 数值多是根据有限的地质堪探孔估测 的值，所以基于这些数值计算出来的 压力值存在偏差，其中造成偏差最大 的因素主要是h1、H。
3.气垫式泥水盾构施工的设定压力与 地层的水土压力的偏差值偏离允许范 围后的常见问题
（1）通过基于计算压力而设定的 工作压力低时，容易造成地层中的水
图1 粘性土层压力计算简图
图2 岸上段砂性土层压力计算简图
图3 江中段砂性土层压力计算简图
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土 超 挖（ 盾 构 掘 进 ） 或 水 土流 失（ 盾 构 停 机 ）， 最 终造 成 不 同 程 度 的 地 面 沉降 ；
2.土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理上海市土木工程学会1土压平衡盾构的结构原理土压平衡盾构的基本原理图1土压盾构基本形状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。
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2土压平衡盾构种类面板式土压盾构辐条式土压盾构,不1.1.2.构成系统采用土压盾构时，必须根据地层土质条件建立一个施工系统。
泥水平衡盾构泥水压力控制课件
适用的具体地质情况：
（1）隧道上方有江、河、湖、海等大水体 地层； （2）由粘性土、砂性土、粉土等多层互层 构成的地层； （3）滞水砂层及其他松散地层； （4）高水压层和高承压水地层； （5）砾石直径不大但砾石数量多的地层。
11.管路延长时的泥水压力调节
在盾构推进过程中，进排泥管路需不断
伸长，管阻亦随之增大。为了保证保证切 口水压力稳定和管道中恒定的流速，排泥 泵转速应随时做相应改变，因而排泥泵必 须自动调整。当泵满足不了要求，必须增 加泵的数量，做好各个泵之间的协调和自 动化控制。为了保证切口泥水压力和盾构 掘进质量，在进、排管路上分别装设流量 计和密度计，及时检测，及时反馈数据， 调节水压。
切口泥水压力应介于理论计算值上下限 之间，并根据地表建筑物的情况和地质条 件做适当调整。
①切口水压上限值的计算 Pfu=P1+P2+P3
=rw×h+K0[(r- rw) ×h+r×(H-h)]+20
式中：Pf1 ,P2—分别指切口水压力下限值、主动土压力（kPa） P1 ,P3—分别指地下水压力、变动土压力（kPa） Ka—主动土压力系数 Cu—土的粘聚力
3.主要特点 （1）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，无需用气压法施工；
（2）泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡 土压力的控制精度高，对周边开挖土体干扰少， 地面沉降量的控制精度高；
（3）盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续； 减少了电机车的运输量，施工速度快；
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。
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
中交隧道局南京纬三路过江通道
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。
土压平衡盾构及泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的构造原理傅德明demingfu126.XX市土木工程学会2011.5.211土压平衡盾构的构造原理1.1 土压平衡盾构的根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、水压根本一样，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，这里分别进展表达。
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展控制。
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，盾构推进被迫停顿。
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。
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。
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泥水平衡盾构压力平衡原理
泥水平衡盾构压力平衡原理是指在盾构施工过程中，通过控制泥浆的压力来平衡盾构机前后腔的压力差，以保证施工的安全和顺利进行。
本文将详细介绍泥水平衡盾构压力平衡原理及其应用。
泥水平衡盾构是一种在地下施工中常用的盾构方法。
它通过在盾构机前后腔之间注入泥浆，并通过控制泥浆的压力来平衡盾构机前后腔的压力差。
这种平衡可以有效地减小盾构机前后腔的压力差，降低地层的沉降和地表的变形，从而保证施工的安全性。
泥水平衡盾构压力平衡原理的核心是控制泥浆的压力。
在盾构机施工过程中，泥浆被注入到盾构机前后腔之间，形成一个封闭的环境。
通过控制泥浆的注入速度和排出速度，可以控制泥浆的压力，从而实现前后腔的压力平衡。
当盾构机前后腔的压力差较大时，可以增加泥浆的注入速度，提高泥浆的压力，使前后腔的压力趋于平衡；当盾构机前后腔的压力差较小时，可以减小泥浆的注入速度，降低泥浆的压力，保持前后腔的压力平衡。
泥水平衡盾构压力平衡原理的应用非常广泛。
首先，它可以用于地铁、隧道等地下工程的施工。
在这些工程中，地下水位较高，地层较松软，如果不采取措施来平衡盾构机前后腔的压力差，就会导致地层的沉降和地表的变形，严重影响工程的安全性和稳定性。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以有效地控制盾构机前后腔的
压力差，减小地层的沉降和地表的变形，保证工程的安全和顺利进行。
泥水平衡盾构压力平衡原理还可以用于河道、湖泊等水域工程的施工。
在这些工程中，水的压力对盾构机的施工造成了很大的影响。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以控制泥浆的压力，从而平衡水的压力，保证施工的安全性和稳定性。
泥水平衡盾构压力平衡原理还可以用于土层较软、地下水位较高的地区的施工。
在这些地区，地层的稳定性较差，如果不采取措施来平衡盾构机前后腔的压力差，就会导致地层的沉降和地表的变形，严重影响工程的安全性和稳定性。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以有效地控制盾构机前后腔的压力差，减小地层的沉降和地表的变形，保证工程的安全和顺利进行。
泥水平衡盾构压力平衡原理是一种有效的地下施工方法。
通过控制泥浆的压力，可以平衡盾构机前后腔的压力差，保证施工的安全和顺利进行。
它在地铁、隧道等地下工程以及河道、湖泊等水域工程的施工中有着广泛的应用。
通过合理地应用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以提高工程的安全性和稳定性，为城市的发展做出贡献。