土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技术
泥岩地质中泥水平衡盾构施工技术
泥岩地质中泥水平衡盾构施工技术摘要：文中以佛山地铁三号线镇安站～桂城站区间施工为例，在泥岩地层中采用泥水平衡盾构进行隧道施工，易遇到泥水滞排、掘进缓慢的问题，给区间施工带来极大困难和风险。
通过优化泥水盾构机刀盘配置，改造采石箱、泥浆管路，掘进过程中加强对泥浆指标参数的控制，并在有必要时开仓作业清理土仓，最终顺利穿越影响较大的泥岩复杂地层。
关键词：盾构泥水平衡泥岩泥浆指标开仓1工程概况佛山市城市轨道交通三号线镇安站～桂城站盾构从桂城站出发，沿南海大道由北向南延伸，依次下穿过街通道、下穿华阳桥A/C梯道、丰收水闸、东三电排站、华阳桥1号桥、侧穿华阳桥9号桥桩，到达镇安站。
本区间采用泥水盾构施工，区间左、右线均从桂城站南端头始发，在镇安站北端头接收。
镇安站～桂城站区间为地下6m直径双线盾构区间。
盾构段右线里程为YDK51+570.050～YDK52+879.427，长链2.696m，右线总长度为1312.073m；盾构段左线里程为ZDK51+571.058～ZDK52+879.427,长链0.165m，左线总长度为1308.535m。
区间右线最大坡度为-28.228‰，最小坡度为-2‰，左线最大坡度为-28.414‰，最小坡度为-2‰，隧洞顶板埋深8.60m～20.45m。
2施工难点及风险分析本区间沿城市主干道敷设，区间地面环境复杂，地下管线密集，同时盾构机需穿越多种建（构）筑物及河流，区间2/3地层为泥水盾构掘进困难的泥岩地层，泥岩的岩性使得盾构施工时时常泥水滞排、掘进缓慢，给本区间上软下硬的复合地层掘进带来极大施工困难和风险。
2.1建构物及管线引起的施工难点和风险镇桂盾构区间在南海大道正下方，南海大道车流量大，管线多，主要有电信光纤、雨水管线、给水管线、污水管线、电力管线。
管线分布主要是沿南海大道平行于隧道线路方向。
管线分布错综复杂，且比较集中。
掘进施工时应做好预防沉降的控制，以确保施工的顺利进行及管线的正常运行。
“土压+泥水”双模式盾构机原理及应用分析
“土压+泥水”双模式盾构机原理及应用分析摘要：进入21世纪以来，我国各大城市出现地铁修建的高潮，尤其是一线城市及新一线城市地铁修建速度特别快。
但是，由于国内各地地质水文情况差别较大，对盾构设备的技术、功能以及规格参数要求不一致，尤其是我国华南地区具有硬岩地层，岩石强度高、地下水含量丰富，地层内裂隙水多等特点。
本论文主要探讨了土压+泥水双模式盾构机的工作原理，通过对双模式盾构机在工程应用中的分析，发现土压+泥水双模式盾构机具有更高的施工效率和更好的适应性，可以满足复杂地质环境下的建设需求，是一种值得推广使用的盾构机。
同时，通过分析其优缺点，提出了未来发展方向及相关建设建议，为该领域的研究和应用提供一定的指导意义。
关键词：双模盾构机；工作原理；应用分析前言随着城市化进程的加速和基础设施建设的加强，地下隧道建设的需求越来越大。
作为地下隧道建设的核心设备之一，盾构机的发展也愈加迅速。
在现有的盾构机种类中，土压和泥水模式盾构机是主流类型之一。
然而，这两种盾构机各自都存在一些使用的局限性，因而提出了土压+泥水双模式盾构机。
该盾构机既具有土压模式和泥水模式的特点，又克服了两种盾构机单一模式的弱点，在实际工程中有着广泛的应用前景和发展空间。
因此，本论文将详细地介绍土压+泥水双模式盾构机的工作原理和优点，并通过应用案例分析与比较分析，探讨了其未来的发展趋势，为该领域的研究和应用提供一定的参考意义。
一、研究背景和意义随着城市化进程的不断加速，交通网络的布局和构建变得越来越丰富和复杂，因此地下隧道建设显得尤为重要。
而盾构机作为地下隧道建设的核心设备之一，在隧道建设中扮演着举足轻重的角色。
然而，盾构机在实际应用中还存在一些问题，例如对地质环境的适应性不强，施工效率不高等问题。
为了解决这些问题，土压+泥水双模式盾构机应运而生。
土压+泥水双模式盾构机集土压和泥水两种模式于一体，既能适应固结岩体和软土环境，又能有效地控制地面沉降，有效地提高了盾构机的施工效率和质量，对于复杂地质环境下的隧道建设有着广泛的应用前景。
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
泥水平衡盾构机施工原理和过程
泥水平衡盾构机施工原理和过程
泥水平衡盾构机是一种先进的地下隧道施工设备，其施工原理和过程如下：
1. 泥水平衡原理：
泥水平衡盾构机通过在隧道开挖的同时用泥浆来平衡地下水的压力，保持隧道内外的压力平衡。
泥浆被压入钻头，然后通过螺旋输送器将挖掘出的土层推向机尾，形成一个连续的支撑系统，防止隧道塌方。
2. 泥水平衡盾构机施工过程：
（1）初始工作：安装盾构机、钻刀、传动系统、防泥层、螺
旋输送器等设备，并进行前期准备工作。
（2）开挖土层：盾构机启动后，钻刀开始旋转并推进，将土
层挖掘出来。
同时间，泥浆通过喷射系统进入钻刀与土层之间的工作空间，平衡地下水的水压。
（3）土层输送：螺旋输送器将挖掘出的土层推向盾构机后部，同时泥浆通过污泥管道排出。
（4）隧道衬砌：在挖掘过程中，立即进行隧道衬砌，以保持
隧道稳定性。
衬砌材料可以是混凝土预制环块等。
（5）连续推进：盾构机继续进行推进，重复以上步骤，直至
完成整个隧道的开挖。
总之，泥水平衡盾构机通过泥浆的平衡压力和连续推进的工作方式，实现了地下隧道的安全快速施工。
盾构构造与施工原理(土压与泥水)
二、盾构机的构成
盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输 组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。
1、刀盘 盾构机的刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分。它是用于开挖岩土、切
削土层的主要部件，通过在刀盘上安装不同的刀具，就可分别完成软土和硬 岩的开挖，以适应不同地质施工的要求。
19世纪末～20世纪初——城市隧道工程促进了闭胸式盾构的产生，盾构工法相 继传入美国、日本、法国、德国等国家。
20世纪60年代至80年代——盾构工法迅速发展，完善了气压盾构、挤压（网格 ）盾构、插刀盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，盾构工法在地铁、市政隧道、公 路隧道等的建设中得到广泛应用。
20世纪80年代至今——研制出了加气泡盾构，同时大直径盾构、异形断面盾 构（方形、椭圆形、马蹄形等）、双圆盾构、三圆盾构等得到发展。
润滑油脂泵等）
二号台车（操作室、注浆罐、注浆泵等） 三号台车（变频柜、膨润土系统、注浆系
皮带机 泡沫发
注浆气
生器
动阀 四三号号台台车车（（左左））
管片六五吊号号台台车车（（左左））
统液压站等）
四号台车（主配电柜、泡沫系统等）
喂片机
五号台车（循环水系统、主变压器、皮带
机驱动、出碴口等）
六号台车（空压机、储气罐、二次通风机、
刀具实物图
刮刀
贝壳刀
鱼尾刀
超挖刀
2、盾体
盾体的盾壳是一个用厚钢板 焊接成的圆柱筒体，厚度为45mm, 是承受地下水压、土压力、盾构 千斤顶的推力、管片拼装时的附 加力及各种施工载荷的承力钢结 构，同时也保护操作人员安全。
盾体内的主要结构部件包括 刀盘驱动马达、人闸、推进油缸、 铰接油缸等。
盾构机掘进技术(基础)(含参数)
盾构机掘进技术(基础)(含参数)一、概述随着城市化建设不断推进，地下空间建设越来越重要。
盾构技术是一种高效、安全、绿色的地下隧道工程建设技术，已经广泛应用于地铁、交通、水利等领域。
该技术利用盾构机在地下进行掘进作业，避免了传统爆破掘进的噪声、尘土污染和对地面建筑结构的影响。
本文从基础掘进技术和掘进参数两个角度探讨盾构机掘进技术。
二、基础掘进技术1. 盾构机的分类盾构机可以分为硬岩（岩体的岩度为Ⅳ级及以上）、松软土岩（含泥、粉、砂、卵石等的松散破碎岩石）两种类型。
不同类型的盾构机在使用时应该选择不同的掘进技术。
硬岩盾构机一般采用浆液循环掘进，松软土岩型盾构机则采用土压平衡掘进或泥水平衡掘进。
2. 盾构机的掘进方式（1）直推式掘进：盾构机本身不转动，只是通过推动顶部的推进缸或龙门拉动顶板向前进。
（2）转装式掘进：盾构机利用转盘、顶部推进缸和尾部推进缸拓宽隧洞，相对直推式掘进效率更高。
3. 盾构机的掘进方法（1）切削法：采用切割头，将盾构机向前推动并旋转，同时切削地下岩体，掘进速度较慢。
（2）盾尾土压平衡法：利用尾部渣土料斗制造的压力平衡，保持洞壁的稳定，掘进速度快。
（3）泥水平衡法：利用管路将搅拌好的土泥浆送入盾构机，完成掘进工作并保持洞壁稳定。
4. 盾构机的掘进路线盾构机掘进路线通常分为水平路线、垂直路线和弯曲路线。
在进入弯曲路线时，盾构机的前部应尽量降低，防止掘进脸外泄，造成灾难性后果。
三、掘进参数1. 参数定义掘进参数是指盾构机在掘进过程中的各项运行参数。
掘进参数的好坏对掘进工作的方便、快捷、高效有着关键性的作用，合理的掘进参数能使盾构机在掘进过程中达到最佳状态。
2. 参数分类（1）推进数据：盾构机在推进过程中需要记录推进的数据，如推进位移、推进速度、推进力矩等。
（2）承压数据：承压数据主要指盾构机在土压平衡掘进和泥水平衡掘进中需要记录的数据，包括对泥浆与顶板的压力等参数。
（3）浆液循环数据：在硬岩掘进中需要采用浆液循环，这时需要记录循环液的流量、压强、浓度、温度、PH值等数据。
盾构基础知识及施工技术
盾尾
切削刀盘
刀盘驱动马达
排浆泵
气锁室 密封隔舱板
压力夹舱
操作控制台
环片拼装机
推进千斤顶
密封油脂装置
泥水平衡盾构机的主要结构
二、盾构机的基本构造及工作原理
2.泥水盾构
开挖泥水舱
气压调节舱
气压调节管
进泥管
排泥管
泥水平衡盾构机的工作原理
二、盾构机的选型
1、泥水盾构与土压平衡盾构的选择
泥水盾构特点
土压平衡盾机特点
幅条式：优点是开口率大，渣土易进入土仓，不易形成泥饼， 刀盘不易被堵，正面土压能较准确的反映；缺点是正面土压波 动较大，容易引起地表沉降，刀盘比较薄弱，不易满足复合地 层刀具的布置和刀盘本身刚度的要求。
面板式刀盘
辐条式刀盘
二、盾构机的选型
2、刀盘选型
面板 钢格栅
辐条 泡沫口
辐条
面板式刀盘
盘型滚刀 重型撕裂刀 刮刀 中心刀
1、准备工作 2、盾构机的始发 3、盾构机的掘进 4、盾构机的过站 5、盾构机的接收
一、准备工作 1、场地布置
盾构施工场地布置：
➢ 龙门吊 ➢ 设置渣土坑 ➢ 管片堆放场地及材
料堆放场地 ➢ 一座高压配电房 ➢ 备用变压器 ➢ 一座砂浆拌合站
盾构施工场地布置图
一、准备工作 1、场地布置 配套设施及设备
场地要求较高； 施工费用相对多；
场地要求较低； 施工费用相对少；
二、盾构机的选型
2、刀盘选型
面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45% 左右，复合地层开口率在30%左右，面板开口小，强度 高，易于刀具布置，对正面土体支撑效果较好，土压 波动小；缺点是传感器对正面土体的压力反映不够准 确，渣土进入土仓相对困难。
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构，土压平衡盾构在掘进过程中，随着刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时，便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构：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压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构：在盾构用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
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。
2、作用不同土压平衡盾构：初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构：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。
3、盾构方式不同土压平衡盾构：盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱，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。
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法1前言近些年来，随着城市的日益发展，大城市逐步形成了以地铁交通为主体的交通格局，而盾构法因其具有对周围环境影响较小已成为修建地铁的主要施工手段。
然而盾构区间隧道多分布于城区，沿线必将穿过繁华的商业闹市区，建筑物及地下管道密集，而且随着线路的增多，较多城市的轨道交通都进入了网络化建设的时代，轨道交通的网络化建设不可避免地带来新建隧道与已建隧道之间相互平行、重叠、交叉或者穿越等复杂的施工情况。
尤其是当盾构下穿既有线，例如国铁、运营隧道等，由于影响面之大，盾构邻近施工时，即使是微小的变化，都可能对既有线路造成灾难性的影响。
故随着穿越工程的增多及穿越间距的缩短，要求施工时必须采取措施控制、减弱施工对既有隧道结构的不利影响，保护既有隧道的正常使用和运营安全。
由此可见，新建隧道穿越既有线或者重大危险源的施工措施已成为新一轮城市轨道交通建设必须深入研究的关键问题。
武汉地铁七号线武瑞区间需要三次穿越国铁，其中穿越京广铁路四股道，影响范围较大，根据国铁要求，既有线铁路沉降控制标准为9mm,安全风险高，属于项目特级风险源。
前期策划阶段，经过认真分析盾构掘进造成地面沉降的规律和机理，研究盾构机本身构造后发现，盾构在掘进过程中，虽然采用盾构机同步注浆系统，填充盾体外壳和管片之间的环形空隙，抵抗围岩变形，但是由于国内外盾构机构造的限制，同步注浆系统只能通过盾尾后方注入点注入，其浆液充填时间滞后于掘进一定时间，无法抑制盾体周边土体变形等。
由盾构机本身的构造可知，为了减少了盾体和土体的摩擦，国内外盾构机刀盘开挖直径一般大于盾体2〜5cm,如此以来，在盾构机盾体范围内形成的开挖轮廓和盾体之间就存在一个环形构造空隙。
由于前盾、中盾、盾尾直径不同，此构造空隙一般平均为2cm（由于盾体自重，盾体下部与土体紧密接触，上部间隙最大）。
在类似穿越施工中，地表变形指标较为严格的情况下，若不有效填充其本身的构造空隙，势必会引起该部分土体的应力释放，造成地表变形增大。
泥水平衡和土压平衡
泥水平衡和土压平衡1. 引言泥水平衡和土压平衡是土木工程领域中常用的两个概念。
它们分别指的是在土方工程施工过程中，为了保持施工现场的稳定性和安全性，需要采取的一系列措施。
本文将对泥水平衡和土压平衡进行详细介绍，包括定义、原理、应用以及相关的计算方法。
2. 泥水平衡2.1 定义泥水平衡是指在土方开挖过程中，通过控制挖土量与注浆量之间的关系，使得挖土与注浆达到动态平衡状态。
泥水平衡的目标是保持施工现场的稳定性，并防止因挖土引起地面沉降、坍塌等不良后果。
2.2 原理泥水平衡的实现依赖于注浆技术。
注浆是通过向地下空洞或孔隙中注入一定浓度和流动性的浆液，在地层内形成固结体，并提高地层的强度和稳定性。
通过控制注浆量和注浆位置，可以实现对土体的加固和稳定。
2.3 应用泥水平衡广泛应用于地铁、隧道、基坑等土方工程中。
在这些工程中，需要开挖大量土方，并保持周围环境的稳定。
通过采用泥水平衡技术，可以有效控制地面沉降和坍塌的风险，确保施工过程的安全性。
2.4 计算方法泥水平衡的计算方法主要包括挖土量计算和注浆量计算。
2.4.1 挖土量计算挖土量计算是根据工程设计要求和地层情况，确定需要开挖的土方体积。
通常采用测量法或者推测法进行估算。
测量法是通过实际测量开挖前后地面高程差来计算挖土体积；推测法则是根据设计图纸和现场勘察资料，结合经验估算出挖土体积。
2.4.2 注浆量计算注浆量计算是根据地层情况和加固要求，确定需要注浆的体积。
一般根据地质勘探数据和注浆设计要求来确定注浆量。
具体计算方法可以采用工程经验公式或者数值模拟方法进行。
3. 土压平衡3.1 定义土压平衡是指在地下工程施工过程中，通过控制土体的应力分布，使得土体内外的应力保持平衡状态。
土压平衡的目标是保持施工现场的稳定性，并防止因土体失稳引起的坍塌和沉降等问题。
3.2 原理土压平衡的实现依赖于土压平衡盾构机和注浆技术。
土压平衡盾构机是一种专门用于地下隧道开挖的设备，通过在隧道前端施加与土体内外应力相等的推进力，使得土体内外的应力达到平衡。
土压平衡和泥水平衡盾构
土压平衡和泥水平衡盾构
土压平衡盾构和泥水平衡盾构是两种地下隧道施工的机械设备，它们用于挖掘隧道，但在不同的地质条件下采用不同的施工方法。
1. 土压平衡盾构（Earth Pressure Balance Shield）：土压平衡盾构是一种用于在不稳定的土壤或岩石条件下挖掘隧道的机械设备。
它在挖掘隧道时使用一个压力平衡系统，以维持机器内外的土压平衡，防止隧道坍塌。
这种类型的盾构机适用于软土、黏土、沙土、粉土等土壤条件。
土压平衡盾构通常需要在机器内部维护一个特定的土压平衡，并使用搅拌器来混合挖掘的土壤，以确保隧道的稳定性。
2. 泥水平衡盾构（Slurry Balance Shield）：泥水平衡盾构是一种用于在水饱和土壤或淤泥中挖掘隧道的机械设备。
在挖掘隧道时，它使用泥浆（一种特殊的液体混合物，通常由水和粉状材料组成）来维持平衡，并防止隧道坍塌。
泥水平衡盾构通常适用于河床、湖底、泥浆或淤泥等具有高度不稳定性的条件。
泥水平衡盾构通常能够挖掘较大直径的隧道，并在挖掘过程中通过泥浆输送土壤和岩石碎片。
这两种盾构机都是在地下施工中非常重要的工具，可以用于各种地质条件下的隧道挖掘工程。
它们的设计和操作方法取决于具体的施工要求和地质条件。
这些盾构机通常需要高度技术和工程知识，以确保安全和有效的隧道施工。
泥水平衡盾构机原理
泥水平衡盾构机原理
泥水平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备。
它采用盾构掘进技术，能够在地下土层中进行隧道开挖，同时将土层支撑，确保隧道施工的安全稳定。
泥水平衡盾构机的原理基于泥水平衡掘进技术。
首先，机器驱动泥浆循环系统进行运转。
该系统由泥浆搅拌机、管道、泥浆分离器等组成。
泥浆通过管道输送到盾构机前端，形成泥浆帷幕，将隧道周围土层润湿和液化，减少土层对盾构面的阻力。
在掘进过程中，盾构机的刀盘刀具会不断切削土层，并将切削下来的土体混合在泥浆中。
随着刀盘的旋转和推进，盾构机推进装置会将机械力转移到盾构膨润土上，使其膨胀成环形支撑结构，稳定隧道壁面。
同时，通过后端的支撑系统，调节压力，确保隧道内外的水压平衡，以防止隧道壁面塌陷。
在泥水平衡掘进过程中，泥浆起到了多重作用。
首先，泥浆通过盾构机前端喷射形成泥浆帷幕，减少土层对盾构面的摩擦力和阻力，实现泥浆平衡。
其次，泥浆具有润滑作用，可以减少刀具与土层的摩擦，延长刀具寿命。
还可以将切削下来的土层带走，并通过分离器进行分离和处理，以回收泥浆和水分。
总的来说，泥水平衡盾构机通过泥浆的循环使用和土层支撑，实现了在地下进行隧道施工的安全高效。
该技术在城市地下工程中得到了广泛应用，如地铁、管道、水利工程等。
盾构施工技术概述及盾构机选型
盾构施工技术概述及盾构机选型盾构施工技术是一种无顶开挖技术，在地下隧道施工中得到广泛应用。
它以盾构机为核心设备，通过推进机械和描摹设备以及支护设备，实现隧道的同步推进和支护作业。
盾构施工技术能够高效快捷地完成地下隧道的开挖工作，具有施工效率高、质量稳定、环境影响小等优点。
盾构机选型是盾构施工中关键的决策工作之一、盾构机的选型要考虑隧道工程的地质条件、隧道的断面形状、施工环境和技术要求等因素。
常见的盾构机选型包括土压平衡机、硬岩盾构机、泥水平衡盾构机和混合盾构机等。
土压平衡机适用于粉土、软土和含水层地质条件下的隧道工程。
该机种通过在掘进过程中平衡土压，避免地面沉降和地表破裂，保护周边环境的安全。
土压平衡机能够经受较高的水压，并能处理较大的土体水含量。
硬岩盾构机适用于硬岩地层的隧道工程。
硬岩盾构机通过机械力破碎岩石，利用刀盘和剥离装置将岩石碎片排出盾构机外，完成隧道的掘进工作。
硬岩盾构机具有破碎能力强、掘进速度快和适应性强等优点。
泥水平衡盾构机适用于高含水地层和软稀土地层的隧道工程。
泥水平衡盾构机通过在掘进过程中保持隧道内部的水压平衡，避免隧道坍塌和地层涌水情况发生。
泥水平衡盾构机能够控制地下水位，保护周边建筑和地下设施的安全。
混合盾构机是结合了土压平衡机和硬岩盾构机的优点，适用于复杂的地质条件下的隧道工程。
混合盾构机能够适应各种地质条件，并能根据不同地层的情况进行灵活调整和切换作业模式。
综上所述，盾构施工技术在地下隧道工程中具有重要地位和广泛应用。
盾构机的选型要根据隧道工程的具体情况进行合理选择，以确保施工的高效性和安全性。
土压-泥水平衡双模盾构机土压泥水模式切换要点
土压-泥水平衡双模盾构机土压泥水模式切换要点摘要：进入21世纪以来，我国各大城市地铁修建的高潮，尤其是一线城市及新一线城市地铁修建速度特别快。
但是，由于国内各地地质水文情况差别较大，对盾构设备的技术、功能以及规格参数要求各不一致，尤其是我国华南地区具有硬岩地层，岩石强度高、地下水含量丰富，地层内裂隙水多等条件。
我公司承建的广州7号线二期2标项目，由于地质状况复杂，且需要穿越珠江主航道，计划投入两台土压-泥水平衡双模盾构机，陆域段掘进时采用土压平衡模式掘进，穿江时采用泥水平衡模式掘进。
关键词：双模盾构机、穿江、模式切换、切换要点一、依托项目工程概况：1、工程简介广州7号线二期2标项目共含两个区间，分别为长洲站~洪圣沙站区间，洪圣沙站~裕丰围站区间，长洲站~洪圣沙站~裕丰围站区间单线全长3096.3m。
最小曲线半径450m，最大纵坡28‰，隧道覆土深度为8.4～26.1m，采用盾构法（泥水+土压双模）施工。
图1-1区间总平面图1.1线路设计概况1.1.1长洲站~洪圣沙站区间长洲站～洪圣沙站区间长为1412m，线路最小曲线半径为700m，最大纵坡为28‰，覆土深度为8.4～24m。
本区间从长洲站缓和曲线始发后，经R=700曲线、约50m直线、R=700曲线、约680m直线，进入洪圣沙站。
图1-2 长洲站~洪圣沙站盾构区间航拍平面图表1-1长洪区间线路设计参数统计表1.1.2 洪圣沙站~裕丰围站区间洪圣沙站～裕丰围站区间长为1676m，线路最小曲线半径为450m，最大纵坡25‰，覆土深度为7.4～27.3m本区间从洪圣沙站直线始发后，经约387m直线、R=800曲线、约567m直线、R=450曲线进入裕丰围站。
图1-3 洪圣沙站~裕丰围站盾构区间航拍平面图表1-2洪裕区间线路设计参数统计表2.工程地质及水文概况2.1长洲站~洪圣沙站区间长洲站～洪圣沙站区间隧道穿越主要地层为<6>全风化泥质粉砂岩、<7-3>强风化泥质粉砂岩、<8-3>中风化泥质粉砂岩，中风化泥质粉砂岩为软岩，岩石强度约20～30mpa，上覆地层主要为<1>填土、<2-1>淤泥质土、<2-2>淤泥质粉细砂、<3-2>中粗砂、<4n-2>粉质黏土、<5n-1>砂质黏性土。
泥水平衡盾构施工技术概论章龙管课件
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。
31
4、管片安装和盾尾壁后注浆系统
主要作用是为开挖后的空间提供支撑和及时充填盾构机外 壳前移后留下的空间。包括管片安装机、吊机、注浆泵和相 应管路。
管片安装机结构示意图
同步注浆示意图
32
第四章 术
泥水平衡盾构施工关键技
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盾构始发 盾构到达
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（一） 盾构始发、到达
一般来说，盾构始发和到达技术的关键在于洞口地基加固范围、效 果和洞圈止水密封的效果。
运输轨线
高压电缆 备用管路 循环水管 排污管
人行走道
40
成型隧洞
（二）泥水压力设置 • 泥水压力采用静止土压力（水土分算）作为控制上限，
主动土压力作为控制下限。穿越密集建筑物时压力设定 值靠近上限。一般根据地层性质，砂土、粉土、粉质粘 土等渗透系数较大的地层，采用水土分算。地面荷载偏 压的情况下，压力设定值宜取超载和无荷载的中间值。 • 判断合理性的依据： • A、压力设定要不断摸索，通过地表沉降及时修正。 • B、在渗透性大的地层，利用泥浆漏失量作为检验压力 设定是否合理为依据是可行的。 • 工程施工过程中，根据各项参数分析，总结出适应于该 工程的泥水压力参考计算公式。
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盾构控制
盾构掘进同步注浆控制
盾构掘进
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（四）壁后注浆
浅谈“双模式盾构机技术”的原理及应用
以有效控 制地表沉降 ，确保隧道施工 的质量 、安 全。双模式盾构机 ，既具备 土压
盾构机 掘进高效的特点 ，又能达到泥水盾构机 沉降控制好的优点 。双模式 盾构机 在广州地 铁岩溶地区已成功应用 ，表 明了双模式 盾构机在模式快速切换 、掘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模 式功能互补及 对复杂地层 的适应性等方面而言 ， 具有很好 的经济效益和社会效益 ， 而且可 以有效降低施工 中的风险 ，保证在复杂地层 中盾构施工 的安全 、施 工质量 及施工进度 。 双模式盾构机还具备 以下耗 点：１ 、技术先进 。融合泥水 、土压两种模式 ，最 广泛 地适应复杂多变 的复合地层 和市 区环境 ，能在最大程度地控制工程 风险的同 时， 实现优质 高效掘进 。２ 、功能齐全 。配备复合式刀盘 ，大功率的主驱动和推进 系统 ，大扭矩 的螺旋机 ，单管单泵 的泡沫 系统 ，单双液两套注浆系统 ，Ｐ （ 】 泵 小循 环系统 ，且具备逆循环掘进功能 、顶 置人闸等 ，两个模式可独立运行 又可互相支
硬 岩敞开模式开挖两 种不同掘进模式之间实现快捷地 相互切换。既保证工程优质
高效 ，又确保隧道施 工的质量安全 。在转换模式 时，不需 要拆装任何东西 ，只要 通 过控制系统就可 以实现土压平衡盾构机和泥水 平衡 盾构机之间的转换 ，以实现 在 两种模式情况下 的正常掘进。在设备布局上 ，因盾构 机在隧道内作业 ，其工作 空间受到很大 的制 约 ，本身单一模式盾构机 的设 备布局都显得非常拥挤 。而双模
一
、
双模式盾构机技术原理
土压模式 ，以降低施工成本 ，提高工效 ；当土体 自稳性较差时 ，可采用泥水模式 ，
所谓 “ 双模式盾构机” 同时具 备泥水平衡掘进模式和土压平衡 掘进模式 ，渣 土排 出配备了螺旋输送 机和泥浆管 。双模式盾构机适用 大多数地层中的掘进 ，可 根据地 质及地面沉降控制要求 不同 ，采用泥水平衡掘进模式 和土压平衡掘进模式 中切 换。技术设计上 ，是集成 了土压平衡盾构机 、泥水平衡 盾构机的设计理念与 功 能 ，将土压和泥水 两套 系统 和设备安装在一 台盾构 机上 ，可根据不同地质 、地 层 的变化 ，利用可拆卸的刮料装置和互换型承压 隔板， 实现 了土压平衡模式开挖和
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土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技
术
摘要：为解决上砂下岩富水地层盾构掘进施工的技术难题，文章结合佛山地
铁某盾构区间施工案例，对该地层盾构的施工难题开展技术分析及研究。
基于土
压平衡盾构机采用泥水平衡盾构掘进原理的掘进技术，通过向土仓注入膨润土泥浆，建立满仓泥水压（达到泥水盾构建立泥水仓的效果），对开挖面前方砂层地
质进行平衡稳定，再辅助满仓实压模式掘进的施工方法。
通过实施表明，此技术
可有效的降低超排量，控制施工风险，保护地面环境安全。
关键词：上砂下岩；膨润土；盾构；类泥水；渣土改良
1前言
土压平衡盾构是采用掘进渣土平衡地层水土压力，由于砂质地层含沙量大，
含泥量低，具有含黏度低、水量大且具有一定水头压力，渗透系数高，流动性大
等特点，土压平衡方式在砂层中很难做到掌子面稳定，其次盾构掘进对地层的扰
动容易造成涌砂和涌水，而此时盾构机土仓没法建立满仓土压（满仓实土会造成
掘进推力大，无速度），给砂水有流动的空间，从而导致上覆水土压力流失，严
重的可能造成多米诺骨牌效应，造成地面塌陷、掘进困难等组诸多难题。
而采用
泥水平衡原理，可在土仓建立满仓泥水压，有效平衡地层水土压力，稳定上部砂层，且能保证盾构正常掘进。
因此，在盾构机掘进时向土仓主动加注膨润土泥浆，安全快速地建立主动土压力平衡掌子面的被动土压力，伴随增加土渣渣土的粘度，不形成喷涌、突水等情况，从而避免上述问题。
因而总结形成了“上软下硬富水
含砂土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工工法”，以期能为类似工程盾构掘进施
工提供借鉴思路。
2工程地质水文情况
佛山地铁某盾构区间隧道洞身存在长约243m，最大侵入隧道深度6m的<3-2>
中粗砂地层，<3-3>砾砂地层，砂层上方为<2-1b>淤泥质土，<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-4>粉质粘土。
隧道洞身范围主要为基岩风化裂隙水，承
压水头5.0~26.8m，承压水头埋深比稳定水位深，承压作用强，预测掌子面涌水
量约700m³/d。
3操作要点
3.1施工准备
土压平衡盾构机采用类泥水模式掘进成败关键在于膨润土添加的实现。
在掘
进过程中能实时添加膨润土泥浆，携带土仓切削的砂石进行排渣。
因此前期的准
备至关重要。
施工准备工作主要包括膨润土泵送方案设计、盾构机改管、膨润土搅拌装置
安装及材料准备。
（1）膨润土泵送方案设计：
采用土压平衡盾构机进行类泥水模式掘进前，要制定膨润土泥浆实时添加的
方案。
本工法采用地面集中拌制膨润土，泵送至台车的膨润土罐进行储存，掘进
过程通过管路实时向土仓添加。
膨润土泵送方案示意图如下;
图
3.1膨润土泵送方案示意图
（2）盾构机改管：（以Φ6280mm土压平衡盾构机为例）
①刀盘喷水：原设备设有四个刀盘喷水注入口，将刀盘喷水管路改为刀盘喷
膨润土泥浆；
②泡沫喷管：原设备土仓设有6路泡沫喷射口，将1#泡沫管路改为注膨润土
泥浆；
③盾壳膨润土：原设备盾壳设有两路膨润土管路，但流量较小。
将其管路接
入膨润土注入泵直接泵送注入。
（3）膨润土搅拌装置安装：
盾构机土仓、刀盘注入膨润土泥浆主要有两个之作用：①粘稠的膨润土泥浆
能减小上部砂层流动，起到稳定掌子面的作用。
②增大开挖渣土的流塑性，并携
带渣土排除，减小螺旋机喷涌。
因此，盾构机掘进过程中，膨润土泥浆的消耗量
极大，故采用地面集中拌制，再泵送进土仓。
搅拌装置设置：单环掘进膨润土泥浆消耗量在25-30m³左右，因此地面采用
钢板焊接两个6m*4m*1.5m的搅拌箱（一备一用），每个搅拌罐设置两个搅拌棒，加速膨润土搅拌。
（4）材料准备。
盾构机掘进过程中，膨润土泥浆的消耗量极大，故采用地面集中拌制，再泵
送进土仓。
3.2膨润土泥浆拌制
（1）配比：膨润土采用高粘度膨润土，膨润土材料：水=1:9（质量比），
具体配比根据试验确定，每次搅拌先加18m3水，再使用剪切泵加2t的膨润土，
加料顺序为先加水再加膨润土。
（2）试验检验：膨润土泥浆拌制完成后，经检测其塑化粘度需达到90s以上。
（3）搅拌：膨润土泥浆采用剪切泵充分搅拌均匀，搅拌完成后利用剪切泵循环10～15min，直至无干粉结团颗粒（即无悬浮颗粒）为止，搅拌完成后需给与时间进行膨化（膨化时间保证不小于40min）。
拌制并膨化完成后的膨润土泥浆通过管路泵送至台车上的膨润土罐（掘进过程也可实时泵送）。
3.3土仓渣土置换
盾构掘进前，需对土仓渣土仓位进行判断，若土仓实土仓位高于50%，需先进行土仓渣土置换，渣土置换采用粘度较高的膨润土泥浆，溶液粘度应控制在150s以上。
渣土置换原理：通过向仓内注入膨润土泥浆，代替仓内渣土建立土压。
注入膨润土泥浆同时同步排出渣土，期间保持仓内土压恒定。
待螺旋机排出渣样中膨润土泥浆含量大于90%即代表渣土置换完毕。
渣土置换操作：在盾构机操作面通过膨润土泥浆管直接从土仓隔板的3点、9点位球阀注入孔泵送至土仓内，为保证能将土仓内渣土置换干净，采取将膨润土泥浆分三阶段注入，完成渣土置换。
第一阶段：将两根膨润土泥浆管改接至人闸处球阀，注入15m³左右膨润土泥浆，同时盾构机螺旋输送机进行下部排土，期间控制仓内土压力稳定，波动范围控制在±0.2bar左右。
第二阶段：第一阶段完成后，将膨润土泥浆管改接至土仓腰部球阀，继续注入膨润土泥浆，同步排出渣土，控制土压稳定，直至渣土置换完成。
第三阶段：土仓渣土置换完成后，停止螺旋机排土，将膨润土泥浆管改接至人闸处球阀，继续向土仓注入膨润土泥浆，确保满仓膨润土泥浆材料为止（判断标准：人仓球阀流出为膨润土泥浆）
3.4掘进参数设置
土压平衡盾构采用类泥水模式掘进，土压（满仓实压）稳定控制为第一要素，确保地层砂层不因盾构掘进扰动而塌陷，故掘进前要根据隧道埋深及地层水土压
力合理设定掘进土压P，掘进时土压波动控制在±0.2bar。
以上部土压力P为控制值，缓慢进行盾构掘进，刀盘转速保持低转速
（1.0~1.1r/min），尽量降低对周边地层的扰动，保持类泥水模式下的泥水平衡。
掘进总推力应视速度而定，控制掘进速度15-20mm/min，以防在砂层因刀具
进尺太深而发生刀具快速偏磨。
若土仓压力升高，无速度情况，可能是仓内实土增多，需及时进行实土置换，重新换仓，实土置换期间确保顶部压力不低于Pbar的同时缓慢将实土排出，以
防因土压下降导致顶部砂层下涌。
3.5类泥水模式掘进
土压平衡盾构采用类泥水模式掘进，主要是借鉴泥水平衡盾构的掌子面平衡
原理：通过建立泥水仓，以平衡地层的水土压力。
主要从以下三个步骤来实现。
①掘进以设定土压力P为控制时，通过泡沫管路同步注入泡沫及膨润土泥浆，进行渣土改良。
②掘进过程关注刀具扭矩变化，控制在3000KN·m，若扭矩偏高，通过注入
膨润土进行调节。
③掘进过程同步往盾壳注入膨润土，润滑盾体外壳，减小地层对盾体前进的
阻力。
4结语
土压平衡盾构在富水含砂地层段盾构掘进施工中采用类泥水模式掘进控制措施，可有效保证地层稳定，上部砂层不下涌，土仓土压形成一定的支护作用，可
大幅减少地层超挖超排，有效的控制地面沉降，避免由于超挖导致的地面沉降超标、周边建筑物塌陷等施工问题，降低施工安全风险，创造了良好的社会效益和
经济效益，并具有一定的推广运用价值。
参考文献：
[1]李陶然. 土压平衡盾构机出洞技术分析[J]. 安阳师范学院学报,2022(2):104-107. DOI:10.3969/j.issn.1671-5330.2022.02.022.。