土压与泥水盾构结构原理
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2 及时把切削下来的土砂形成的泥 浆输送到地面进行分离和处理，再 将回收的泥浆调整利用。
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： 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。 支承、稳定开挖面土体。 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。 对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作 用。
泥水的粘度 可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水 的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是 采用25~40秒/500cc左右值的泥水。
泥膜形成机理
类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。 类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成
泥膜。 类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透，边形
泥水配比设计
主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成 膨润土的作用提高泥水粘度、比重、
悬浮性、触变性 CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水
率、增加粘度 纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水
颗粒
泥水的技术指标
泥水比重 为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低 限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的 泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥水 处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负 荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜 的形成。 一般的泥水比重在1.05~1.3范围内较适 宜。
水位线
地表面
来自百度文库地表下沉
水压PW 土压
泥水压力PS<PC+PW
送泥
排泥
排泥
泥水压力大于水压力及土压力之和
水位线
地表面
地表隆起
水压PW 土压
泥水压力PS>PC+PW
送泥
排泥
排泥
5、泥水系统的作用和组成
泥水系统的作用
1 及时向开挖面的泥水舱提供盾构 掘进需求的泥浆，用优质膨润土配 制的泥浆的比重、粘度等技术指标 必须满足在开挖面形成泥膜和稳定 开挖面的要求；
拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。
3、基本配置
泥水盾构主要由以下五大系统构成： ● 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推
进的盾构掘进系统； ● 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，
保持开挖面稳定的泥水循环系统； ● 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水
处理设备运转状况的综合管理系统； ● 泥水分离处理系统； ● 壁后同步注浆系统。
4、开挖面稳定机理
陈馈
中铁隧道集团有限公司
2010.03.17
第一篇 泥水盾构结构原理
提纲
1 泥水盾构的概念 2 泥水盾构的结构原理 3 泥水盾构的基本配置 4 泥水盾构开挖面稳定机理 5 泥水系统的作用和组成 6 地质适应范围 7 泥水盾构工程应用案例及视频
1、泥水加压平衡盾构的概念
泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称SPB盾 构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱, 开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不 透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖 面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过 泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到 开挖面。
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。
分离站
调浆池
送泥泵
排泥泵
中继泵
2、结构原理
◆泥水盾构有两种体系。 泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆 压力的控制方式的不同，泥水盾构分为: 直接控制型和间接控制型
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输入盾构泥水舱， 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，而稀泥浆流向调浆池， 再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输 入盾构循环使用。 ●泥水舱中的泥浆压力，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。
泥模形成区
地层
刀盘
压缩空气
连通管 压缩空气
泥浆
进泥管
排泥管
两种体系的比较
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。
成泥膜。
泥水系统的组成
泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 ⑴造浆分系统 ⑵泥水输送分系统 ⑶泥水处理分系统 ⑷泥水监控分系统
造浆分系统
包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统
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。
当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液， 造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标 进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液， 使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和 盾构顺利掘进。
当泥水舱内的泥水压力大于地层 压力和水压力时，地表将会隆起； 当泥水舱内的泥水压力小于地层 压力和水压力时，地表将会下沉。 因此泥水舱内的泥水压力应与地 层土压力和水压力平衡。
泥水压力与水压力及土压力平衡
水位线
地表面
水压PW 土压
泥水压力PS=PC+PW
送泥
排泥
排泥
泥水压力小于水压力及土压力之和
泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压 的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水 性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土 压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；
对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土 层内一定深度，并在很短时间内，在土层 表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开 挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗 衡的泥水压，以保持作业面的稳定。
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： 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。 支承、稳定开挖面土体。 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。 对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作 用。
泥水的粘度 可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水 的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是 采用25~40秒/500cc左右值的泥水。
泥膜形成机理
类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。 类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成
泥膜。 类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透，边形
泥水配比设计
主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成 膨润土的作用提高泥水粘度、比重、
悬浮性、触变性 CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水
率、增加粘度 纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水
颗粒
泥水的技术指标
泥水比重 为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低 限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的 泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥水 处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负 荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜 的形成。 一般的泥水比重在1.05~1.3范围内较适 宜。
水位线
地表面
来自百度文库地表下沉
水压PW 土压
泥水压力PS<PC+PW
送泥
排泥
排泥
泥水压力大于水压力及土压力之和
水位线
地表面
地表隆起
水压PW 土压
泥水压力PS>PC+PW
送泥
排泥
排泥
5、泥水系统的作用和组成
泥水系统的作用
1 及时向开挖面的泥水舱提供盾构 掘进需求的泥浆，用优质膨润土配 制的泥浆的比重、粘度等技术指标 必须满足在开挖面形成泥膜和稳定 开挖面的要求；
拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。
3、基本配置
泥水盾构主要由以下五大系统构成： ● 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推
进的盾构掘进系统； ● 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，
保持开挖面稳定的泥水循环系统； ● 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水
处理设备运转状况的综合管理系统； ● 泥水分离处理系统； ● 壁后同步注浆系统。
4、开挖面稳定机理
陈馈
中铁隧道集团有限公司
2010.03.17
第一篇 泥水盾构结构原理
提纲
1 泥水盾构的概念 2 泥水盾构的结构原理 3 泥水盾构的基本配置 4 泥水盾构开挖面稳定机理 5 泥水系统的作用和组成 6 地质适应范围 7 泥水盾构工程应用案例及视频
1、泥水加压平衡盾构的概念
泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称SPB盾 构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱, 开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不 透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖 面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过 泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到 开挖面。
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。
分离站
调浆池
送泥泵
排泥泵
中继泵
2、结构原理
◆泥水盾构有两种体系。 泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆 压力的控制方式的不同，泥水盾构分为: 直接控制型和间接控制型
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输入盾构泥水舱， 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，而稀泥浆流向调浆池， 再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输 入盾构循环使用。 ●泥水舱中的泥浆压力，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。
泥模形成区
地层
刀盘
压缩空气
连通管 压缩空气
泥浆
进泥管
排泥管
两种体系的比较
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。
成泥膜。
泥水系统的组成
泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 ⑴造浆分系统 ⑵泥水输送分系统 ⑶泥水处理分系统 ⑷泥水监控分系统
造浆分系统
包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统
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。
当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液， 造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标 进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液， 使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和 盾构顺利掘进。
当泥水舱内的泥水压力大于地层 压力和水压力时，地表将会隆起； 当泥水舱内的泥水压力小于地层 压力和水压力时，地表将会下沉。 因此泥水舱内的泥水压力应与地 层土压力和水压力平衡。
泥水压力与水压力及土压力平衡
水位线
地表面
水压PW 土压
泥水压力PS=PC+PW
送泥
排泥
排泥
泥水压力小于水压力及土压力之和
泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压 的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水 性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土 压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；
对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土 层内一定深度，并在很短时间内，在土层 表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开 挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗 衡的泥水压，以保持作业面的稳定。