土压盾构和泥水盾构施工工艺分析
“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。
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。
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。
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构法施工，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。
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。
土压平衡盾构机与泥水平衡盾构机比较 PPT
掘进时出渣量的控制
• 矿车计数 • 即时称重系统 • 体积测定仪 • 利用伽马射线进行密度探测
EPB 高 中等 需要 低 中等 简单 快 低
预定
SLURRY 低 高
需要 高 大 复杂
中等 好 自动
选择标准:
•地质条件
- 粒度分布 - 水压 - 隧道沿线的漂石及其他阻碍
•渣土改良添加剂和/或膨润土 •工地处理车间的可行性及空间 •渣土最终处理方式 •最终用户的经验及信心 •成本
大家应该也有点累了，稍作休息
•适用地质范围更广
•对地质要求更严格
•对渣土改良材料需求量更少
•对于掌停面的塌陷量可以控 制
需要额外的添加剂
•掌停面一旦塌陷，塌陷量相 当大
土压平衡盾构
•出渣及时
•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 能够掘进
•总 装 和 始 发 需 求 空 间 较 小
•对环境的影响更小
泥水盾构
•需要一个泥水分离厂
脱困扭矩 与刀盘表面积比
率
(tonne•meters/m2)
1800
1089
1395
19.6
RME386SE (9.80 m)
1996
1800
1934
2166
28.7
RME370SE (9.40 m)
2000
2700
2056
2467
35.6
RME320SE (8.13 m)
2002
21001ຫໍສະໝຸດ 401959•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 不能掘进（有一定的局 限性）
•需要的工地规模更大
土压平衡盾构
泥水盾构
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析 PPT
调浆池
送泥泵
排泥泵
中继泵
泥水平衡盾构基本配置
➢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。
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析比较
2018年8月25日
土压盾构机
土压平衡盾构的概念
➢土压平衡盾构是在机械式盾 构的前部设置隔板，在刀盘 的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通 过刀盘开口进入土舱，使土 舱和排土用的螺旋输送机内 充满切削下来的泥土，依靠 盾构推进油缸的推力通过隔 板给土舱内的土碴加压，使 土压作用于开挖面以平衡开 挖面的水土压力。
出。
一管理。
土压盾构施工的基本特点
泥水盾构施工的基本特点
土压盾构地质适应范围
➢土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层 等粘稠土壤的施工。该类型土壤在螺旋输送机内压缩形成防水土 塞，使土舱和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力 和水压力。
➢土压平衡盾构用开挖土料作为支撑开挖面稳定的介质，要求具有 良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。一般土壤不 能完全满足这些特性，要进行改良。改良的方法通常为：加水、 膨润土、粘土、CMC、聚合物和泡沫等，根据土质情况选用。
➢皮带输送机将渣土从螺旋输送机的出渣口运到渣车内。
泥水盾构机
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。
浅谈泥水-土压双模式盾构施工技术
浅谈泥水 -土压双模式盾构施工技术摘要在轨道交通快速发展的今天，盾构法已成为当前隧道建设最重要的施工技术。
传统的单模式盾构已满足不了当前的施工需要，双模式盾构的出现，突破了单模式盾构对地层的施工局限，为更高效、安全的施工提供了重要设备保障。
本文通过南宁市轨道交通5号线五一立交站~新秀公园站区间复杂多变的地层环境，介绍泥水-土压双模式盾构施工工艺，以供类似工程提供参考。
关键词双模盾构盾构法施工地铁施工复合地层1 工程概况1.1工程概况南宁市轨道交通5号线一期工程（国凯大道-金桥客运站）施工总承包02标【五~新区间】右线采用双模盾构机（中铁685号）掘进，隧道长度2098.086m，线路平面布置图见图1：图1 线路平面布置图1.2工程地质区间右线隧道主要穿越的地层为③2粉土、④1-2粉细砂层、⑤1-1圆砾层和⑦1-2、⑦1-3粉砂质泥岩，其中江中段洞身所在地层主要是⑦1-2、⑦1-3粉砂质泥岩，隧顶的地层主要为⑤1-1圆砾层和⑦1-2、⑦1-3粉砂质泥岩。
1.3工程水文工程影响范围内的地下水主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和基岩裂隙水。
区间邕江段施工河床宽约600m，深约27m，平均水面宽400m，江底分布一定厚度淤泥，下伏半成岩的粉砂质泥岩，泥质粉砂岩，隧道结构从该半成岩岩层中通过，该层透水性弱，邕江与区间隧道所穿越圆砾地层存在水力联系。
2盾构设备主要改造2.1气垫仓设计盾构机除采用直排式泥水盾构机技术外，另增设气垫仓，以有效缓冲土仓内压力波动，以优化直排式压力波动大问题。
土仓和气垫仓采用两个连通管，保证土仓内压力传入气垫仓，通过气垫仓保压系统控制气垫仓内液位，进而保证压力平衡。
土仓和气垫仓能联通循环，又能单独循环，气垫仓单独循环为洗气垫仓过程（此过程循环不进土仓）。
图3 气垫仓设计2.2排浆管和螺机位置设计盾构机泥水环流系统排浆模式采用直排式方式，吸口在底部土仓隔板上，相比直排式泥水盾构机和土压盾构机，双模盾构机在排浆系统进行如下调整：相对于常规直排式泥水盾构，排浆口高度提高了148mm（由原来281mm抬升至429mm）；双模盾构机螺机位置、高度与土压盾构一致，并将周边主动搅拌棒与隔板之间的间隙增大了55mm。
(建筑施工工艺标准)盾构施工工艺工法(土压泥水)
（建筑施工工艺标准）盾构施工工艺工法(土压泥水)盾构施工工艺工法0前言盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
本施工工法中所描述的盾构分为两类：土压平衡盾构和泥水平衡盾构。
土压平衡式盾构是把土料(必要时添加泡沫、膨润土等对土壤进行改良)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。
泥水式盾构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。
（2）本工法内容包括①主要内容本工法的主要内容包括：盾构组装、调试作业，盾构始发作业，盾构正常掘进作业，盾构到达作业，盾构过站、调头作业，盾构拆卸、吊装、存放作业，刀盘刀具的检查与更换作业，施工运输作业，施工通风及洞内轨道、管线布置作业，盾构施工测量作业10部分。
每部分按工序细分，各项作业按照紧前工序达到标准、适用条件、作业内容、作业流程及控制要点、作业组织、紧后工序- 2 -等内容进行编制。
② 总体施工流程图盾构法隧道总体施工流程图见图1③ 盾构法隧道施工阶段划分及工作要点图Ⅲ.1盾构法隧道总体施工流程图施工准备阶段正常施工阶段收尾阶段盾构法施工可分为：施工准备阶段、正常施工阶段和收尾阶段。
各阶段工作主要工作要点见表1。
1 盾构组装、调试作业（1）紧前工序达到标准施工准备阶段完成,盾构施工临时设施建设完成，配套附属工程施工完成。
（2）作业内容盾构组装、调试作业内容包括：施工准备、后配套组装作业、主机组装作业、空载调试及验收作业。
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。
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。
土压平衡盾构和泥水平衡盾构的特点及适应性分析
研
作面土体摩擦力大，刀具磨损量大，不利于长距离
（２） 泥水平衡盾构在掌子面根据要求添加泥水 究
掘进。
（浆），对掌子面的地层进行了改良，泥水平衡盾构设
（３） 在地层中富含水时，根据施工经验，土压平 置卵石破碎机，对孤石进行破碎处理，所以泥水平衡
衡盾构对高水压（０．３ ＭＰａ 以上）的地层适应性差。由 盾构对高水压和砂、黏性、含孤石等地层都能适应。
较差
境良好
施工场地
渣土呈泥状，无需进行任何处理即可运送，所以占 在施工地面需配置必要的泥水处理设备，占地面积
地面积较小
较大
经济性
只需要出渣矿车和配套的门吊，整套设备购置费用 需要泥水处理系统，整套设备购置费用高
低
通过对两种盾构的施工风险对比分析，本文认 为对目前地下施工通用的两种盾构的选择使用，主 要应根据工程的地质条件，并结合效率、施工场地、 施工的经济性来综合考虑。对于使用土压平衡盾构 还是使用泥水平衡盾构，其前提是保证施工工程的
关键词：土压平衡盾构 泥水盾构 地质条件 掘进机理 适应性
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目前，国内外盾构施工工程主要是土压平衡盾 构机和泥水平衡盾构机两种机型，针对特定的地质 条件，合理地选用盾构将使施工风险降低。本文从土 压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地 质的适应性进行分析，对多种与盾构施工相关的因 素进行比较，以期对目前通用的两种盾构选型有一 定的帮助。
工程机械
Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
地层中掘进时，由于砂料在螺旋输送机上输送连续 构施工过程连续性好，效率高，且刀具在泥水环境中 试 验
性差，土压平衡盾构就不易形成土塞效应，掌子面 工作，由于泥水的冷却与润滑作用，刀具磨损小，有
泥水盾构施工及其问题处理1(1)
铰接泄露：
几种铰接密封形式
案例：天津、南京、南宁（击穿、损坏、变形） 原因：偶尔击穿、姿态调整、壳体变形（天津）、设计或材料缺陷等 预防：安装的间隙检查、充气试验、设计优化（注脂和管路）、姿态等 处理方法：充气应急密封、姿态的再调整、盾尾油脂注入、注聚氨酯、局部 间隙调整
管片泄露：
一个案例：武汉 预案：准备及时封堵 的封堵板
几张照片：
盾尾泄露
特点：发生次数最多、风险最大的，正常使用的尾刷寿命 案例：沈阳、武汉 原因：尾刷质量和设计（寿命）、管片外弧面、初次涂抹油脂腔道质量、 油脂的注入质量、注入方式（压力）、油脂的质量、姿态和注浆的匹配、 盾尾变形等等 预防：盾构的设计优化、姿态的调整、注脂控制、管片质量 应急处理：注盾尾脂、注聚氨酯、充气密封、应急降压（武汉沈阳未损坏） 等
岩块过大：
始发和到达渣块的滞排 对应措施：稳定地层的掘进技巧、刀盘开口、破碎 岩层的掘进控制、盾构设计需要提升
粘性堆积：
产生原因： 表现症状：压差大、扭矩升高、渣土输送不出来 对应措施：环流的设计、环流的操作技巧
进出浆通道堵塞问题：
部分管路堵塞会导致环流不充分，导致携渣不畅，也可能造 成爆管等现象，后果极其严重，堵塞部位分为堵泥浆门、堵 管路、堵泵等 堵泥浆门：切削工作面的坍塌、刀盘和环流设计、司机的操 作习惯、粘性堆积、掘进渣土残积、高比重浆液沉淀等 堵管路：操作习惯、泥浆门拥堵、底部渣土堆积等 堵泵：大尺寸块状渣土、粘性集成团状等
5、带压进仓应注意的问题
安全重点：掌子面的稳定和减压病
掌子面稳定的重点： 气体泄露量(指标） 掌子面泥膜的质量 泥膜破坏的影响
气压的波动处理特性
6、盾构进出洞技巧
掘进重点： 速度控制：洞门和加固体 压力的建立
盾构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和泥水平衡，这听起来可能有点复杂，别担心，我来给你说说这俩玩意儿。
想象一下，有一天你在城市的地下挖一个大洞，别问为什么，可能是为了建地铁，也可能是为了修个什么管道，地上热闹得很，地下却是一片宁静。
你手里拿着一台超级厉害的机器，叫做盾构机。
听着名字就挺牛逼的，像是电影里那种超级英雄的装备。
它的作用就是把地下的土挖出来，然后把你需要的隧道给打通。
可别小看这台机器，里面可讲究多了。
说到土压平衡，这个就像是玩一场平衡木的游戏。
盾构机在挖土的时候，周围的土壤压力就像一双无形的手，时刻想把你推回去。
为了防止这种情况，盾构机内部会注入一些泥浆，嘿，这泥浆可不是普通的泥，里面有一些特别的配方，能让土壤的压力和机器内部的压力保持平衡。
想象一下，就像你在秋千上荡来荡去，一边推一边拉，保持那种完美的平衡感，真的是需要点技术的。
土压平衡的原理，就是把周围的土压和盾构机的内部压力调到一个和谐的状态。
要不然，土就会像发了疯一样冲上来，把你埋了。
然后说到泥水平衡，嘿，这又是个神奇的东西。
泥水平衡就像是给盾构机喝水，没水就没法干活。
这个泥浆的作用在于保护盾构机，同时还能给土壤加点“润滑油”，让它不那么容易塌方。
泥浆的成分就像是调配鸡尾酒，得掌握好比例，才能喝得舒服。
太稠了，盾构机就像卡在了牛角尖；太稀了，又没法支撑周围的土壤。
说白了，泥浆是个调皮的家伙，但只要你掌握得当，它就能给你带来意想不到的效果。
你知道吗，盾构机在运作的时候，周围的环境其实就像是一场变幻莫测的秀。
你一会儿在沙土里，一会儿又钻进黏土里，像是在跟土壤玩捉迷藏。
每挖一步，都会遇到不同的土质，简直像是探险一样，充满了惊喜。
有时候你会遇到石头，盾构机就得像是个壮汉，奋力一击；有时候是水，哎呀，那可得小心了，不然就成了“水灾”。
想想看，在地下十几米深的地方，你就是个勇敢的探险者，跟着机器一路摸索，真是又刺激又有趣。
不过，盾构土压平衡和泥水平衡不光是技术活，还真得有点艺术。
简析土压平衡盾构掘进施工工艺
简析土压平衡盾构掘进施工工艺摘要：土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中。
土压平衡盾构机的施工过程是一个各系统组合、运行与协调的过程，按照各施工过程的顺序和特点，可将其分解为掘进系统、衬砌系统、衬砌背后注浆系统、维修系统、动力系统等，本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。
关键词：土压平衡；盾构；掘进；施工工艺1.土压平衡盾构掘进施工原理盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。
使开挖面的土层处于稳定状态。
当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。
排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。
当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。
出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。
2.土压平衡盾构掘进施工特点2.1初始掘进技术特点2.1.1一般后续设备临时设置于地面。
在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。
2.1.2大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。
2.1.3由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。
2.1.4由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。
2.2正常掘进技术特点2.2.1后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。
2.2.2始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。
盾构施工工艺工法(土压泥水)
盾构施工工艺工法0前言盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
本施工工法中所描述的盾构分为两类：土压平衡盾构和泥水平衡盾构。
土压平衡式盾构是把土料(必要时添加泡沫、膨润土等对土壤进行改进)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。
泥水式盾构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别离厂，经别离后泥浆重复使用。
〔2〕本工法内容包括①主要内容本工法的主要内容包括：盾构组装、调试作业，盾构始发作业，盾构正常掘进作业，盾构到达作业，盾构过站、调头作业，盾构拆卸、吊装、存放作业，刀盘刀具的检查与更换作业，施工运输作业，施工通风及洞内轨道、管线布置作业，盾构施工测量作业10局部。
每局部按工序细分，各项作业按照紧前工序- 1 -- 2 -到达标准、适用条件、作业内容、作业流程及控制要点、作业组织、紧后工序等内容进行编制。
② 总体施工流程图盾构法隧道总体施工流程图见图1③ 盾构法隧道施工阶段划分及工作要点盾构法施工可分为：施工准备阶段、正常施工阶段和收尾阶段。
各阶段工作主要工作要点见表1。
图Ⅲ.1盾构法隧道总体施工流程图施工准备阶段 正常施工阶段 收尾阶段1 盾构组装、调试作业〔1〕紧前工序到达标准施工准备阶段完成,盾构施工临时设施建设完成，配套附属工程施工完成。
〔2〕作业内容盾构组装、调试作业内容包括：施工准备、后配套组装作业、主机组装作业、空载调试及验收作业。
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土压盾构和泥水盾构工作原理比较
• 土压盾构
• 泥水盾构
土压平衡盾构机是利用安装在 泥水平衡盾构机是在支撑环前面装
盾构机最前面的全断面切削刀 盘，使正面土体切削下来进入 刀盘后面的储留密封舱内，并 使仓内具有适当压力与开挖面 水土压力保持平衡，以减少盾
置隔板的密封舱中，注入适当压力 的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支 撑正面土体，并由安装在刀盘上的 刀具切削土体表层泥膜，与泥水混 合后，形成高密度泥浆，由排浆泵 及管道输送至地面处理，整个过程
泥水平衡盾构泥水系统的组成
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。
处理，去除团状和块状等粗大颗粒。粗颗粒的分离一般采用 双层或三层振动筛。
泥水监控分系统
•泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。 •泥水监控分系统由PLC程序实现。通过泥水监控分系统的运用， 随时为盾构施工提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。 •泥水监控分系统以旁通模式、掘进模式、反循环模式、隔离模 式和长时间停机模式控制等五种不同的状态进行监控。
中铁隧道集团二处有限公司
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析比较
2018年8月25日
土压盾构机
-
土压平衡盾构的概念
➢土压平衡盾构是在机械式盾 构的前部设置隔板，在刀盘 的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通 过刀盘开口进入土舱，使土 舱和排土用的螺旋输送机内 充满切削下来的泥土，依靠 盾构推进油缸的推力通过隔 板给土舱内的土碴加压，使 土压作用于开挖面以平衡开 挖面的水土压力。
-土压平Biblioteka 盾构的基本配置• 刀盘 • 刀盘驱动 • 刀盘支承 • 渣土改良系统 • 螺旋输送机 • 皮带输送机 • 同步注浆系统 • 盾尾密封系统 • 管片安装机 • 数据采集系统 • 导向系统
土压平衡盾构出渣系统的组成
土压盾构的出渣系统由三大部分组成 ⑴渣土改良系统 ⑵螺旋输送机 ⑶皮带输送机
➢土压平衡盾构用开挖土料作为支撑开挖面稳定的介质，要求具有 良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。一般土壤不 能完全满足这些特性，要进行改良。改良的方法通常为：加水、 膨润土、粘土、CMC、聚合物和泡沫等，根据土质情况选用。
渣土改良系统
➢主要有膨润土添加系统和泡沫系统。
➢是盾构掘进的调节媒介。采用该系统，对于不同的地质条件，通 过添加膨润土及泡沫，改善盾构土舱内切削土体的塑流性，既可 实现平衡开挖面水土压力，又能向外顺畅排土，拓宽了土压平衡 盾构的适应范围。
螺旋输送机
➢螺旋输送机由伸缩筒、出渣筒、液压马达、螺旋轴、出渣闸门组 成。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能： 1、将盾构土仓内的土体向外连续排出， 2、土体在螺旋输送机内向外排出的过程中形成密封土塞，阻止 土体中的水分散失，保持土仓内土压的稳定。 3、将盾构土仓内的土压值自动与设定土压值进行比较，随时调 整向外排土的速度，控制盾构土仓内实现连续的动态土压平衡过 程，确保盾构连续正常向前掘进。
plant
PM P
P.1.1
P P.1.i P
M
M
PP.2.i P
V22
V20
V19
V18
V21
PM P
V24
P.3
V23
泥水处理分系统
• 泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗 粒分离。
• 选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面： ①必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分； ②必须具有与推进速度相适应的处理能力。 • 采用振动筛作为首道初级分离，振动筛的作用是对泥水作预
构机要推进对地层土体的扰动， 通过建立在地面中央控制室内的泥
从而控制地表沉降。在出土时， 水平衡自动控制系统统一管理。
由安装在密封舱下部的螺旋输
送机向排土口连续地将渣土排
出。
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土压盾构施工的基本特点
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泥水盾构施工的基本特点
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土压盾构地质适应范围
➢土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层 等粘稠土壤的施工。该类型土壤在螺旋输送机内压缩形成防水土 塞，使土舱和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力 和水压力。
• 拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。
泥水输送分系统
• 泥水输送分系统将调整浆通过送泥泵与送泥管道输送至盾 构泥水舱。
• 刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通过 排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理分系统进行分离。
• 泥水输送分系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套 部件等组成，通过泥水监控分系统进行自动化操作。
P LF V01
V03
V02
P HMT6,6 5
P
V05
V07
V04 V06
V09
V08 V10
V11
V12
P
V14 P
V15
V16
V13
V17
PP.2.1 P
M
FD FD
Depuis l'usine de production de boue Fromthebentoniteplant
Vers usine de traitement de boue To slurry treatment
皮带输送机
➢皮带输送机将渣土从螺旋输送机的出渣口运到渣车内。
泥水盾构机
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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。
分离站
调浆池
送泥泵
排泥泵 -
中继泵
泥水平衡盾构基本配置
➢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。