泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理

泥水平衡盾构的工作原理

泥水平衡盾构的工作原理
泥水平衡盾构的工作原理是在盾构机前部刀盘后设置隔板，形成一个密封的泥水压力室。

盾构掘进施工时，泥水加压后进入压力室，在一定压力下在开挖面上形成一层泥膜，平衡开挖面的水土压力。

同时，刀盘在泥水环境中旋转切削和推进，切削下的土体与泥水压力室内的泥水混合形成高浓度的泥水，然后由泥水泵抽出并经排泥管道输送到地面。

新鲜泥水通过循环的泥水系统处理添加，保持开挖面的平衡稳定性并控制地面沉降。

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

盾构掘进技术施工要点

盾构掘进技术施工要点一、土压平衡盾构掘进（一）土压平衡式掘进特点土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。

通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。

在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。

为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。

（二）土仓压力管理（1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。

一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。

如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。

（2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。

（3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。

（4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：①用螺旋排土器的转数控制；②用盾构千斤顶的推进速度控制；③两者的组合控制等。

通常盾构设备采用组合控制的方式。

（5）要根据各施工条件实施良好的管理。

另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。

（三）排土量管理（1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。

可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。

另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。

泥水平衡盾构及其工作模式的分析与论述

泥水平衡盾构及其工作模式的分析与论述摘要：随着城市化建设的不断发展，隧道盾构法凭借自身优势逐渐成为城市地下轨道交通施工的重要设备。

且被广范应用于江河湖海隧道、铁路隧道、公路隧道和城市地下工程建设中。

本论文将通过对泥水平衡盾构的工作原理和性能进行分析介绍，继而论述其工作状态下的多种工作模式，从而对盾构的运行有更明确的认识，并对实际工程中工作模式的对应选择做出指导。

关键词：盾构机泥水盾构隧道工作模式0 引言随着我国经济技术的高速发展和城市化进程的快速推进，城市交通的发展也探寻出新的道路。

目前，城市交通的发展不仅局限于地面交通的铺建，也逐步向地下延伸建立更为全面的交通枢纽。

因此，我国各大城市应用以盾构技术为主体修建的城际地铁来缓解城市内部交通压力。

而采用更为高效安全的盾构施工机械来进行掘进，可以在经济性、环保性、技术性等方面都的得以保证。

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，目前是其发展的最好时期。

全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程建设装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。

泥水环流系统对整个地下施工也具有重要的影响。

因此，了解盾构技术的工作原理及模式对于城市地铁、地下排管工程的发展有着重要意义。

其中，通过泥水压力使切削面保持稳定平衡的盾构称为泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构，它是具备开挖、排渣、衬砌支护等综合施工能力的全断面隧道掘进设备。

本文将通过对泥水平衡盾构的工作原理进行介绍，并对其多种工作模式进行分析论述，充分体现出盾构为目前交通建设的发展所提供的便利。

1 泥水平衡盾构介绍泥水盾构是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泥土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置搅拌，而搅拌后的高浓度泥水通过泥浆泵运到地面，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。

2 泥水加压平衡盾构的性能特点泥水加压平衡盾构的特点之一在于将泥水送往开挖面，通过开挖面的加压从而使其达到稳定，并且用流体输送砂土。

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。

盾构机构造及工作原理简介解析

盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。

盾构法隧道的基本原理是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。

这个钢组件在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，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。

而盾构的主要组成部分即为盾体。

盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。

前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。

承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。

前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。

中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。

2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。

它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。

刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。

电机的防护等级需大于IP55。

为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。

刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。

铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。

其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。

三种盾构机施工工艺简介

利完成隧洞的掘进施工。盾构机的维修与保养，应用现代理论、现代化仪器，按强制保养、定期检测、按需修的原则执行，贯彻十字保养法：清洁、检测、紧固、调整、润滑。做好配件、油料等供应保障工作。
隧道掘进机
隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分滚压式（盘形滚刀）掘进机和铣切式掘进机。中国产品多为滚压式全断面掘进机，适于中硬岩至硬岩。铣切式掘进机适用于煤层及软岩中。在推进油缸的轴向压力作用下，电动机驱动滚刀盘旋转，将岩石切压破碎，其周围有勺斗，随转动而卸到运输带上。硬岩不需支护，软岩支护时可喷射、浇灌混凝土或装配预制块。该机在岩性均匀、巷道超过一定长度时使用，经济合理。
管线、砂浆运抵工作面。在拆除负环管片后，在竖井和洞内铺设一小段双轨线路并安装道岔，这样便可以放二列编组列车，从而加快了施工材料的运输。
4.6 正常段推进施工盾构机在完成前 100m 的试掘进后，根据始掘进段的施工参数的分析总结，确定正常掘进施工参数选取。正常掘进条件下，掘进速度应设定为 20～40mm／min；在盾构机通过软硬不均地层时，掘进速度应控制在 5～10mm／min。当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以利用探查装置，调查土体坍塌情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。一般情况下，隧洞注浆压力设定为 0.2 ~0.4MPa，管片注浆口的实测注浆压力约为 0.3MPa。双液浆的凝结时间为 12～15s，1 天、3 天、28 天的强度平均值分别为 0.9MPa、1.2MPa 和 1.7MPa。盾构掘进方向控制：○a 采用 SLS—T 隧洞自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测；○b 采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。 4.7 管片拼装管片采用通用楔形环管片，安装点位以满足隧洞线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。管片安装前根据盾尾间隙、推进油缸行程选择好拟安装管片的点位。盾构掘进到预定长度，且拟安装封顶块位置的推进油缸行程大于 2.5m 时，盾构机停止掘进，进行管片安装。管片安装时必须从隧洞底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。每安装一块管片，立即将管片纵环向连接螺栓插入连接，并戴上螺帽用气动扳手紧固，保证连接件紧固，同时减小劳动强度，加快进度。在安装最后一片管片前，应对防水密封条进行涂肥皂水或人化润滑油作润滑处理，安装时先径向插入 1／2，调整位置后缓慢纵向顶推，防止封顶块顶人时搓坏防水密封条。管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需的力，然后方可移开管片安装机。在推进下一环时，在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓。当成环管片脱出盾构车架后，再次复紧纵、环向螺栓。隧洞贯通后，进行第三次复紧纵、环向螺栓。安装管片时采取有效措施避免损坏防水密封条，并应保证管片拼装质量，减少错台，保证其密封止水效果。安装管片后顶出推进油缸，扭紧连接螺栓，保证防水密封条接缝紧密，防止由于相邻两片管片在盾构推进过程中发生错动，防水密封条接缝增大和错动，影响止水效果。 4.8 盾构机检修内容根据刀盘刀具的磨损情况，进行刀盘堆焊刀具更换。对刀盘轴承的密封认真检查，发现泄漏及时更换配件。检修内容包括：齿轮油检查更换；液压管路密封件检查更换；传感器检修更换；送排泥泵保养及管路的清洗；壁后注浆泵保养及管路的清洗；空压机的检修保养；配电系统和控制系统检查；运输系统检修保养。 5 盾构机管理与维修 5.1 盾构机的管理实行以设备物资部长领导的盾构机机长为主的设备管理体系，对各系统实行岗位责任制和工程师负责制，机械工程师、电气工程师、液压工程师、盾构机监测工程师共同组成盾构设备管理体系，并成立主机组、电气组、液压组、后续设备组、刀具组和状态检测组负责盾构机的管理、使用、保养、维修工作。 5.2 盾构机的维修保养泥水平衡盾构机集机械、电子、液压技术于一体，技术复杂、结构庞大，汇开挖、排渣、通风、排水于一身，是工厂化的隧洞生产线。能否充分发挥先进设备的效能、最大限度地满足工程需要，取决于正确的使用、科学的保养、周密的监控和及时的维修。所以说维修与保养是盾构机施工作业中的重要一环，必须充分重视，才能保证盾构机的状况良好，按期、顺

泥水盾构操作及常见问题处理方法

配有冲刷装置，保证刀盘背部所有开口
都有喷口能够覆盖到。冲刷装置为由扬程70m高压冲刷泵提供高压泥浆（泵出口压力可调）。泥岩地段连续使用，在其他地段间断使用。根据已有施工以验，只要进浆压力大于泥水仓压力3bar，即可将冲洗浆液送到刀盘背部，防泥饼效果较好。
冲刷覆盖所有滚刀轨迹
2.1 刀盘主体结构：刀盘结构：六主梁+六副梁；开口率：40%刀盘的开口位置分散均布，使盘面没有大面积的面板；扭矩传递：刀盘依靠四牛腿及两道
环形圈梁传递扭矩；
刀盘开口形状设计利于碴土径向流动。
碴土流动方向
刀盘正面图
防泥饼措施—刀盘全断面冲刷系统
根据已经成功的案例，除了在隔板上设计有中心冲刷装置外，在外环隔板上也
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。本文主要讨论间接控制型泥水盾构的操作及常见问题处理方法。
刀盘
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，有效支承正面土体。 (4)对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。
3．2泥水系统的组成
泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 ⑴造浆系统 ⑵输送系统 ⑶处理系统 ⑷泥水监控系统
3.2.1 造浆系统
包括泥水拌制系统和浆液调整系统 (1)盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构开挖面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。

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。

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。

盾构分类

分类盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。

泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。

土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。

根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。

为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。

敞开式手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。

若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。

采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。

为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。

机械切削式指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。

根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。

刀架间无封板适用于土质较好的条件。

大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。

此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。

使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。

目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。

网格式采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。

开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。

当盾构推进是，土体就从格子里挤出来。

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。

盾构机构造及工作原理简介(一)

盾构机构造及工作原理简介(一)伴随着2012年我司在新行业拓展上的力度不断加大，轨道交通这个名词也越来越多的出现在公司会议及公告中。

而盾构机作为我司进入轨道交通行业的切入点，在我司的发展战略中占据着重要地位。

那么盾构机究竟是一种什么样的设备呢？盾构机是如何工作的呢？而我们港迪电气的产品在盾构机这样一个大型设备中又起到了什么作用呢？下面，本文会通过盾构机的起源及发展史、盾构机在中国的发展历程、盾构机概述、盾构机的构造及工作原理、盾构机上的电力系统，中国盾构机的现状及发展前景六个方面来介绍盾构机的产生与发展，并逐渐解答上述问题。

一、盾构机的起源和发展史盾构发明于19世纪初期，首先应用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。

1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得专利。

下图为布鲁诺尔注册专利的盾构。

布鲁诺尔构想的盾构机机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。

采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。

当时布鲁诺尔设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。

（第一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法）。

此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。

1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。

如下图，第一台用于隧道施工的盾构机，其每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工人。

泰晤士河下的隧道工程施工期间遇到了许多困难，在经历了五次以上的特大洪水后，直到1843年，经过18年施工，才完成了全长458m的第一条盾构法隧道。

1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。

泥水盾构工作原理

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气压调节系统
目前是使用的一般是SAMSON公司产品。其原理为，当压力降低或升高，与设定值有偏差时，通过压力的反馈，调整进气阀或者排气阀，对气仓内进行补气或排气，使压力逐渐升高或降低到设定压力值，直至与设定值平衡。因为掘进时液位总是存在一定的波动，其压力有一定变化，SAMSON系统能根据压力的反馈，及时对气压进行调整。
压力调节器
进排气阀
一般气仓压力一经设定，一个掘进循环内不再进行调整，所以掘进循环内，刀盘压力稳定在某个恒定值。只有当掘进条件发生变化，需要调整掘进压力时，再对压力调节器重新进行压力设定。气压调节系统功能是保证泥水仓的压力，泥浆循环系统的功能是出渣。
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四、泥水处理系统
泥水盾构掘进，其泥浆质量是控制盾构掘进质量的重要基础，对于盾构掘进循环回来的污浆，其性能不能满足循环使用要求，为能够保证掘进质量，需要对泥浆的比重、粘度、颗粒等进行处理，其中泥水分离设备是对泥浆性能有最直接影响的设备
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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的自动调节完成。
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德国体系的空气室的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力设定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定。同时由于空气缓冲层的弹性作用，即使液位波动或出现突然的泄漏，对土仓压力也无明显影响。
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长时间停机模式
这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。
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3.2泥浆循环参数控制
泥浆循环参数包括泥浆流量和液位、压力、比重等，循环部件包括进出泥浆泵、流量计、比重计、各种泥浆阀门等。对于不同厂家的盾构的，其泥浆循环略有区别。泥浆循环的控制包括：流量和液位的控制泥浆压力的控制比重的控制等。

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；

泥水平衡盾构施工技术概论章龙管课件

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。
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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
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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
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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

泥水加压平衡盾构-简介

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2工作原理泥水式盾构机施工时稳定开挖面的机理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制开挖面变形和地基沉降；在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。

在开挖面，随着加压后的泥水不断渗入土体，泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中，可形成渗透系数非常小的泥膜（膨润土悬浮液支撑时形成一滤饼层）。

而且，由于泥膜形成后减小了开挖面的压力损失，泥水压力可有效地作用于开挖面，从而可防止开挖面的变形和崩塌，并确保开挖面的稳定。

因此，在泥水式盾构机施工中，控制泥水压力和控制泥水质量是两个重要的课题。

为了保持开挖面稳定，必须可靠而迅速地形成泥膜，以使压力有效地作用于开挖面。

为此，泥水应具有以下特性：（1）泥水的密度为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥水密度应比较高。

从理论上讲，泥水密度最好能达到开挖土体的密度。

但是，大密度的泥水会引起泥浆泵超负荷运转以及泥水处理困难；而小密度的泥水虽可减轻泥浆泵的负荷，但因泥粒渗走量增加，泥膜形成慢，对开挖面稳定不利。

因此，在选定泥水密度时，必须充分考虑土体的地层结构，在保证开挖面的稳定的同时也要考虑设备能力。

（2）含砂量在强透水性土体中，泥膜形成的快慢与掺入泥水中砂粒的最大粒径以及含砂量（砂粒重/粘土颗粒重）有密切的关系，这是因为砂粒具有填堵土体孔隙的作用。

为了充分发挥这一作用，砂粒的粒径应比土体孔隙大而且含量适中。

（3）泥水的粘性泥水必须具有适当的粘性，以收到以下效果：①防止泥水中的粘土、砂粒在泥水室内的沉积，保持开挖面稳定；②提高粘性，增大阻力防止逸泥；③使开挖下来的弃土以流体输送，经后处理设备滤除废渣，将泥水分离。

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。