泥水与网格盾构施工技术简介

(3)不会发生类似气压盾构那样的跑气喷发的危险。 (4)泥水加压盾构能适应在较广土层范围内施工，对于气压 盾构无法施工的滞水砂层、含水量高的粘土层及高水压砾石层， 泥水加压平衡盾构也能进行施工。
(5)对于大直径砾石地层，只需增添粉碎装臵和取砾石装臵 便能施工。
(6)因采用管路排泥，井下施工作业环境能保持清洁良好， 提高了作业人员的施工安全性。 (7)可以分离出能满足适合当地弃土场地和运输方式的含水 (8)由于泥水在土层中的渗透性比空气在土中的透气性小， 可在覆土较浅的条件下进行盾构法隧道施工。 (9)在覆土深及地下水位高的条件下，若用气压盾构施工则 要用很高的压力，对施工人员健康不利，用泥水加压平衡盾构 施工则无此影响。更由于开挖是密闭的，即使土层发生坍塌和 涌水等意外情况，也不致危及整条隧道施工。所以特别适用于 地下水位高的不稳定软弱地层中及江河海底下修建隧道的施工。
1、特点 2、适应范围 3、工艺原理 4、工艺流程 5、施工要点 6、主要施工设备
特点
泥水加压平衡盾构对地表沉降 和隧道周围环境影响很小，最适宜 于用在开挖面难以稳定、滞水砂层、 含水量高的松软粘性土层及隧道上 方有水体的场合。与其它类型盾构 相比，它平衡效果好、施工速度快、 质量和精度更高。泥水加压平衡盾 构主要优缺点如下： 优点： (1) 在不稳定地层中当盾构开 挖面受阻时，采用泥水加压平衡盾 构，能使开挖面保持稳定，确保隧 道施工安全。 (2) 处在地下水位以下的隧道， 能够在正常大气压下施工作业，无 需用气压法施工。
水 力 出 土
盾构推进 同步注浆 泥 水 调 整
施工参数采集 施工参数调整 管片运输 洞门处理
数据反馈
管片拼装
成环测量
泥水 处理
盾构进洞
接收井排水装置 基座安装 贯通测量
劣浆 外运
拆除盾构、车架及其它设备 竣工
施工要点
（1）泥水管理
泥水管理就是对泥浆质量的控制，就是对泥浆四大要素的调整。
四大要素即：最大颗粒粒径，粒径分布，泥浆水密度和泥浆水 压力。 （2）切口水压 泥水舱压力的提高将有利于泥膜的形成，但泥水压力不应无限 制地过高或过低，泥膜前后的任何压力差的绝对值的增大都对开挖 不利，泥土压力>泥水舱压力，会破坏泥膜的形成，造成开挖面不稳 定；泥土压力<泥水舱压力，泥水压力一旦压破泥膜，会造成逸水， 要保持这层泥膜始终存在，就必须保持泥水舱压力与盾构前的水压 力平衡。泥水压力的增加会使作用于开挖面的有效支撑压力增加， 但不得超过其上限值，泥水舱压力即切口水压可通过计算得到，参 数的调整仅在此范围内调整。
（3）掘进管理 泥水加压平衡盾构掘进是一个均衡、连续的施工过程，因此掘 进管理是一个系统管理，作为管理人员，特别是盾构的大脑──中 央控制室责任非常重大，在盾构每环掘进前要发出正确无误的指令 ；在掘进中要密切注意各个施工参数的变化情况；在掘进结束后根 据采集到的各种数据进行分析，作出适当的调整，准备下一环的指 令。 具体工作如下： · 掘进前下达指令：切口水压设定；送泥水密度、粘度等技术 参数设定；同步注浆量、压力的设定；推进速度的设定；进泥、排 泥流量的设定。 ·掘进中对各种参数监视 ·掘进后对下列参数分析，然后作出相应的调整： 地面沉降量──切口水压是否要变化； 泵的电压、电流、转速、流量，扬程──设备是否正常运行； 进、排泥流量偏差──判断输送管路是否畅通，是否发生超、 欠挖； 千斤顶总推力──泥水舱压力是否匹配； 隧道稳定情况──同步注浆系统是否满足要求； 开挖面稳定，掘削量管理，送、排泥泵控制，同步注浆状态 ──推进速度是否适当。
根据泥水加压平衡盾构中对泥水系统的压力控制方式的不同， 泥水加压平衡盾构可划分为两种基本类型。
①直接控制型(日本、英国式)
直接控制型泥水系统流程图见上图，P1为供泥浆泵，从地面泥水调 整槽将压力泥水输入盾构泥水室，供入泥水比重在1.05～1.25之间，在 泥水室与开挖泥砂混合后形成厚泥浆由排泥泵输送到地面泥水处理场。 排出泥水比重在1.1～1.4之间。排出泥水通常要进过振动筛、旋流器和 压滤机或离心机等三级分离处理，将弃土排除，清泥水回到调整槽重复 循环使用。 控制泥水室的泥水压力，通常有两种方法：若P1泵为变速泵，即可 通过控制泵的转速来实现压力控制；若 P1泵为恒速泵，则通过调节节流 阀的开口比值来实现压力控制。 泥水管路中的泥水流速，必须保持在临界值以上，低于临界值时， 泥水中的颗粒会产生沉淀而堵塞管路，尤其是排出泥水产生堵塞更为严 重。在确定临界流速时，可按下式进行计算：
工艺流程
泥水系统设备安装 施工准备 泥水处理系统设备安装 同步注浆设备安装 中央控制室布置 盾构就位 后盾支撑布置 泥水平衡系统调试 盾构安装调试 盾构基座安装
系统总调试
泥水处理系统调试
同步注浆系统调试 洞门处理
wenku.baidu.com泥水预造浆
A液、B液准备
泥水配方试验
双液浆配方试验
盾构出洞
始发井排水装置 堵漏准备工作
(10) 地层的透水性比透气性要小得多，因此在大孔隙地层中 施工时可不必用化学灌浆等辅助措施来封闭加固地层，而且也可 减少地下水的移动，从而减少由此而引起的地表沉降。 (11) 挖土及出土等可全部实现机械化、管道化水力输送，并 可在地面上控制，从而改善隧道内作业条件，提高了施工效率。 (12)可避免空压机振动带来的噪声公害。 缺点：
比利时昂维斯地铁工程盾构泥水流程图
如果要检修机械设备、更换掘进机械或排除临时障碍，用压 缩空气可绝对去湿。在盾构的上部设臵了供施工人员进出的门。 该盾构重210t。 在设计液体支护工作面时，盾尾密封是至关重要的，因为它 沿着整个开挖长度向前移动，还要保证内部的压力。多年来的成 果设计出了一种密封圈，它按要求可承受2个巴的压力。
将检测到的排土量与理论掘进排土量进行比较，并使实际排土 量控制在一定范围内，就可避免和减小地表沉陷。
②间接控制型(德国式)(见图4－39)
上图为间接控制型泥水系统流程图，这种间接控制型的工作 特征，是由空气和泥水双重系统组成。在盾构泥水室内，装有一 道半隔板，将泥水室分隔成两部分，在半隔板的前面充满压力泥 浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气压缓 冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。由于在接触面上的 气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开 挖面上相应的支护压力。当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构 推进速度变化，进出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面位 臵就会出现上下波动现象。通过液位传感器，可以根据液位的变 化控制供泥泵的转速，使液位恢复到设定位臵，以保持开挖面支 护压力的稳定。当液位达到最高极限位臵时，可以自动停止供泥 泵，当液位到达最低极限位臵时，可以自动停止排泥泵。 空气室的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力而确定的， 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，使液位波动时对支护液也无明显影响。因此间接 控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对 开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便。
t 1 V [( 2 1)Q2 ( 1 1)Q1 ]dt 0 1 0
式中：V-开挖排土量(m3) t-花费的时间(min) ρ0-排土比重(t/m3) ρ1-供泥水比重(t/m3) ρ2-排泥水比重(t/m3) Q1-供泥水流量(m3/min) Q2-排泥水流量(m3/min)
泥水加压平衡盾构施工技术简介
二OO三年七月
泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的 泥水工法中发展起来，它起源于英国，日本在1964年前后开始着手泥 水加压平衡盾构工法的研究，1969年，日本铁道建设公司在京叶线森 崎运河附近的工程中，成功地实施了泥水加压平衡盾构工法，由于它 独特的创举，很快地在日本盛行起来。随着电子计算机和自动控制技 术的不断发展，这一新技术在一些先进的欧美国家亦相继运用。在这 一领域中，日本代表着当今世界的新潮流，无论是数量上、还是在施 工技术上都独占鳌头。 上海市隧道工程股份有限公司于1994年率先引进了日本三菱重工 设计并制造的11220大型泥水平衡盾构，并将其运用于上海延安东 路隧道南线的圆隧道施工，填补了我国用泥水加压平衡盾构进行隧道 施工的空白。 下面从六个方面进行介绍：
泥水加压平衡盾构间接控制型的工程实例：
1976年，比利时昂维斯地铁工程因土层含水、砂土密集，有 三种支护工作面的盾构供选购，一种是日本产的，一种是英国产 的，最终是选择了由比利时公司和德国 Wayss & Treytag公司共 同制造的盾构掘进机。这一工程计划包括四座长130m的矿山法施 工的车站以及一条长约 3.68km 的单线隧道，隧道外径为 6.40m， 内径为5.70m。 通常在松散岩石层采用大刀盘盾构开挖，然后作衬砌。但是， 在开挖有松软土层和地下水时就产生了困难。由于考虑到沉陷因 素的存在，就有必要在一些特别易沉陷地层控制地下水位，开挖 应使用气压式盾构或泥水盾构。 由Wayss & Freytag公司生产的泥水盾构的原理，是在一定 压力下将膨润土悬浮液支护工作面，就象槽壁法那样，把它注入 开挖面与盾壳之间。悬浮液的压力匹配是借助空气缓冲装臵，它 与体积变化、盾构泥水室内膨润土的耗损保持协调；再送膨润土， 达到足以支护为止。然后通过关闭输送管道使压力基本保持不变， 以适应周围土层及地下水情况，见下图。
切口水压计算公式 ①切口水压上限值计算 Pfn＝Pl＋P2＋P3 ＝γ w ·h＋K0·[(γ－γw )·h＋γ·（H－h）]＋20
Pfn：切口水压上限值(KPa)；Pl：地下水压力(KPa)；P2：静止水压力(KPa) P3：变动土压力，一般取20KPa；γ w：水的溶重(KN／M3) h：地下水位以下的隧道埋深(算至隧道中心)（M）；K0：静止土压力系数 γ ：土的溶重(KN／M3)；H：隧道埋深(算至隧道中心)（M）
由刀盘开挖下来的土与悬浮液搅合泵送至地面。在地面上， 开挖土经同膨润土分离后除去，而支护液尽可能重新利用，拌以 新的悬浮液，进行循环使用。
尽管土质条件很差，但土层的沉陷却微乎其微，一般区段的 土表沉陷仅为15mm左右。由于沉陷值特别小，区段V就在区段IV下 开挖，上下间距很小，但丝毫不影响质量。最终沉降值为 30 ～ 40mm。 德国慕尼黑过伊萨河的地铁工程也有这方面成功的例子。
（1）需要土砂分离装臵，其设备费用高，占地面积大。
（2）对于微颗粒粘土，需用聚凝剂。
适应范围
选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水，因此，施工 场地应尽量靠近水源充足的地域。其次，还需要一套泥水处理系 统来辅助施工。 泥水加压平衡盾构适合在下列场合掘进隧道：
（1）在江、河、湖、海及运河等水体下的地层中建造隧道。 （2）滞水砂层、滞水砾石层及其它松弛地层。 （3）施工区域同时出现冲积层软土和洪积层硬土的两种地层。 （4）滞水砂砾层和粘性土层的互层地层。 （5）高水压层和高承压水层。 （6）有大直径砾石的地层。 （7）尽管砾石直径小，但砾石数量众多的地层。 （8）泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D的厚度，如果超过此 范围，需采取特殊技术处理。
工艺原理
（1）泥水加压平衡盾构
泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构的前部刀盘后侧设臵隔板， 它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥 水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求 开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装臵搅 拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面，这是泥水加压平衡 盾构法的主要特征。
在地面调整槽中，将泥水调整到适合地层土质状态后，由泥水 输送泵加压后，经管路送到盾构开挖面泥水压力室，泥水在稳定开 挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆，再由排泥泵经管 路输送到地面。被送到地面的泥水，根据土砂颗粒直径，通过一次 分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱水后，排去分离后的水， 经调整槽进行再次调整，使其成为优质泥水后再循环到开挖面。排 出的土砂量由排泥量测定装臵进行测定，由此来推测开挖面情况。 对于盾构设备及一系列系统装臵必需进行综合管理。 （2）主要参数的控制
②切口水压下限值计算 P分＝Pl＋P2＋P3 ＝γw·h＋Ka·[(γ－γw)·h＋γ·（H－h）]－2·Cu·sqr(Ka)＋20
P分：切口水压下限值(KPa)；P2：主动土压力(KPa) Ka：主动土压力系数；Cu：土的凝聚力(KPa)
③切口水压设计设定值计算 实际掘进过程中的切口水压是根据切口水压设计设定值、实际的 土砂量和干砂量积算值等重要参数设定。其中切口水压设计设定值可 根据近50～100m掘进过程中较佳的设定值回归所得，这些数据选取原 则是： ·要求每环掘进后，相应的盾构切口地面沉降量为0～+3mm。 ·设定的切口水压变化曲线呈线性状态。