土压盾构和泥水盾构施工工艺分析

出渣
推进效率
开挖土的输送随着掘进距离的增加，其施 工效率也降低，辅助工作多
需要电瓶车运送渣土，渣土有可能撒落， 相对而言环境较差
隧道内环保
施工场地
渣土呈泥状，无需进行任何处理即可运送， 因此占地面积较小；另一方面因地面需要 在施工地面需配置必要的泥水处理设备，占地 不断进行吊渣作业，因此对周边设施场地 面积较大；周边高压线及其它建筑物对泥水处 有要求，高压线杆及其它建筑物会影响吊 理无太大影响 装作业
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土压盾构和泥水其它指标对比分析
项目 土压平衡盾构 用电瓶车牵引渣车进行运输，由门吊提升 出渣，效率低；渣土可以直接外运 泥水平衡盾构 使用泥浆泵这种流体形式出渣，效率高；然后 需要进行泥水处理系统分离处理 掘削下来的渣土转换成泥水通过管通输送，并 且施工性能良好，辅助工作少，帮效率比土压 平衡盾构高 采用流体输送方式出渣，不需要矿车，隧道道 施工环境良好
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。
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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 盾构机最前面的全断面切削刀 面装置隔板的密封舱中，注入 盘，使正面土体切削下来进入 适当压力的泥浆使其在开挖面 刀盘后面的储留密封舱内，并 形成泥膜，支撑正面土体，并 使仓内具有适当压力与开挖面 由安装在刀盘上的刀具切削土 水土压力保持平衡，以减少盾 体表层泥膜，与泥水混合后， 构机要推进对地层土体的扰动， 形成高密度泥浆，由排浆泵及 从而控制地表沉降。在出土时， 管道输送至地面处理，整个过 由安装在密封舱下部的螺旋输 程通过建立在地面中央控制室 送机向排土口连续地将渣土排 内的泥水平衡自动控制系统统 出。 一管理。
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土压盾构施工的基本特点
施工中基本不使用土体加固等辅助施工措 施，节省技术措施费，并对环境无污染
可根据土压变化调整出土和盾构推进速度， 易达到工作面的稳定，减少地层变形
对土体开挖能形成自动控制管理，机械自 动化程度高、施工速度快
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泥水盾构施工的基本特点
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。
泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高， 对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量的控制精度高
在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工 作业，无需用气压法施工
刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；刀盘所受扭矩小， 更适合大直径隧道的施工
盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；减少了电瓶车的运 输量，施工进度快
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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 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。
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土压盾构和泥水盾构经济性分析
泥水盾构比土压盾构掘进整体费用更高
• 土压盾构与泥水盾构施工所不同的是，土压盾构施工需要在地面 上安装一台门式起重机进行吊渣作业，隧道内需要用渣车进行渣 土输送，相比较来说出渣设备购置或摊销费用较低。而泥水盾构 施工需要一整套泥水处理系统，且该泥水价格较高，例如一套开 挖直径3m左右的泥水盾构整套泥水处理系统原值为400万元以上。 • 泥水盾构因出渣效率低，所以每一环的掘进时间要比土压盾构长， 各种油脂及制浆成本综合下来要比土压盾构施工所用的油脂及膨 润土和泡沫等高一些。泥水盾构因有接力的泥浆泵，功率也要比 土压盾构要高，因此消耗的电力成本也要高一些。
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。
Vers usine de traitement de boue To slurry treatment plant
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泥水盾构地质适应范围
泥水盾构能适用于各类地质的土层，对开挖面难以稳定的土质特 别有效，还能克服地面条件和其它地下条件的因素所造成的种种 困难，譬如上部是河或海等有水体的地方；有道路、建筑物的地 方；适合于要减少沉降的地方等。在这些场所采用泥水加压盾构， 无论在工法上还是经济上都是有效的。
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。
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。 • 拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。
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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。 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。 粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡盾构的土层，通过搅拌装 置在土舱内的搅拌，即使十分粘着的土层也能变成塑性的泥土。
Depuis l'usine de production de boue From the bentonite plant
P
M
P
P.1.1 P
LF V01 V03 V14
P F D P P.1.i P
V20
V02 V05
V04 V16 V06 V15
M
V19
V18
P P
HMT6,6 5
V21
V07
V09 V13 V17
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土压盾构开挖面稳定机理
• 土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持： ① 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力， ② 螺旋输送机调节排土量； ③ 适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。 • 土仓内的土压力应与地层压力和水压力相平衡。
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土压盾构和泥水盾构安全性对比
土压盾构
• 土压平衡盾构掘进时，土仓无 法形成泥膜，特别是上部更是 无法较好地形成压力，所以用 土压盾构机的地表沉降比泥水 更难控制。用土压平衡盾构进 行隧道掘进沉降会较高，不利 于地面建筑物的安全。
泥水盾构
• 泥水平衡盾构对地层的扰动小、 沉降小。由于泥水平衡盾构利 用泥水压对抗掘削地层的地下 水和土压，与此同时泥水掺入 地层形成不透水泥膜，所以掘 削土体对地层的扰动小，沉降 效果较好。泥水平衡盾构的压 力控制精度较高，泥水压力的 控制精度一般都在±0.01MPa， 地表沉降会低于5mm。
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泥水盾构的工程应用
京沈客专望京隧道
望京隧道位于北京市朝阳区内， 盾构下穿首都机场高速、机场辅路、 地铁15号线、300余口取暖热源井以 及多处污水处理厂、高压塔架、多 处居民区和高大建筑等重大风险源， 沉降控制标准国内最高，施工及环 境安全风险极大。通过对泥水盾构 刀盘进行合理设计最终顺利贯通， 且施工沉降仅为0.68毫米，创造了 国内大直径盾构穿越既有建筑物沉 降控制的最新纪录。
分离站 送泥泵 调浆池
排泥泵
中继泵
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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。
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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
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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。
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
泥水盾构开挖面稳定机理
• 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。
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土压平衡盾构的基本配置
• 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
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土压盾构和泥水盾构地表沉降控制方法对比
土压盾构
在掘进过程中刀盘土仓内土压 进行控制； 对掘进过程中的恶劣地层进行 控制以避免超挖； 土压平衡盾构通过渣土改良系 统对土体进行改造以适应不同 地质；
泥水盾构
在掘进过程中使用压缩空气对 刀盘土仓内的泥水压力进行控 制； 在掘进过程中可以对泥浆流量 和密度进行控制以避免超挖；