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1、12提纲3分离站 调浆池 送泥泵 中继泵 排泥泵 泥水盾构的概念n泥水盾构是在机械式盾构的刀盘后面设置隔板，隔板与刀盘之间形成泥水仓，将加压的泥水送入泥水仓，当泥水仓充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来维持开挖面的稳定。盾构推进时由刀盘旋转切削土砂，经搅拌后形成高浓度泥浆，然后用流体输送方式送到地面，在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后，再输送到开挖面。4泥水盾构工作原理n泥水盾构通过向密封的泥水仓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；n对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深
2、度，并在很短时间内，在土层表面形成泥膜，有助于改善围岩的自稳能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。通过泥膜，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。5n当泥水仓内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当泥水仓内的泥水压力小于地层压力和水压力时，地表将会下沉。因此泥水仓内的泥水压力应与地层土压力和水压力平衡。6泥水压力与水压力及土压力平衡泥水压力与水压力及土压力平衡 水压PW土压泥水压力PS=PC+PW地表面水位线排泥排泥送泥7泥水压力小于水压力及土压力之和泥水压力小于水压力及土压力之和 排泥送泥地表下沉水压PW土压泥水压力PSPC+PW地表面水位线排泥
3、93泥水盾构的类型泥水盾构有两种体系。即日本体系和德国体系日本体系为直接控制型，德国体系为间接控制型10直接控制型泥水盾构n日本和英国一般采用直接控制型直接控制型泥水盾构直接控制型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。泥水仓中泥浆压力，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。11间
4、接控制型泥水盾构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。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板，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。刀盘刀盘送泥管送泥管排浆管排浆管泥水泥水压缩空气压缩空气气垫室气垫室泥膜泥膜12两种体系的比较n间接控制型泥水盾构与直接控制型泥水盾构相比，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。134 泥水盾构的组成n泥水盾构由以
5、下五大系统组成：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（也称泥水输送系统）；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。145泥水系统的作用和组成泥水系统的作用泥水系统的作用n 一是及时向开挖面的泥水仓提供掘进施工需求的一是及时向开挖面的泥水仓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；挖面的要求；n二
6、是及时把切削下来的土砂形成的混合泥浆输送到二是及时把切削下来的土砂形成的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。地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。n泥水系统与盾构的选型、掘进速度、地质条件等紧泥水系统与盾构的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质条件应采用不同的泥密联系在一起的，不同的地质条件应采用不同的泥水系统模式。水系统模式。15支护泥水作用支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：n在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透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。时间增加而
7、增加，从而有效提高渗透抵抗力。n 支承、稳定开挖面土体。支承、稳定开挖面土体。n 盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡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。效果，有效支承正面土体。n 对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。16泥水配比设计主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成 n膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性nCMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度n纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒 17泥水的技术指标n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
8、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1.051.3范围内较适宜。n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，表示出外观的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是采用2540秒/500cc左右值的泥水。18泥膜形成机理n类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。n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。n类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透，边形成泥膜。19n控制膨润土掺入比n控制CMS掺入比n控制纯碱掺入比n新浆+回收浆n新浆+回收浆
9、+CMSn新浆+回收浆+HEFn回收浆+CMSn回收浆+HEFn回收浆+膨润土+碱20泥水系统的组成泥水系统的组成泥水盾构的泥水系统由四大部分组成泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 造浆分系统造浆分系统 输送分系统输送分系统 处理分系统处理分系统 泥水监控分系统泥水监控分系统 21造浆分系统造浆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造浆分系统包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统n盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。n当旧浆液浆量不足，需要及时补充新
10、鲜浆液，造浆当旧浆液浆量不足，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。系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。及时向盾构泥水仓补充浆液，使开挖而快速形成泥及时向盾构泥水仓补充浆液，使开挖而快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。n拌制泥浆的主要材料是膨润土、拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。等。22泥水拌制系统泥水拌制系统n泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、搅拌槽、CMS搅拌器、搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。泵、分配阀和加
11、水设备组成。nCMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，分别由搅拌器进行搅拌，将搅拌土等材料，分别由搅拌器进行搅拌，将搅拌后的后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。制成新鲜浆液。23浆液调整分系统n浆液调整槽分系统具有新旧浆液搅拌调整功能，同时也起到贮存浆液作用。n回收的浆液经过盾构反复应用后，浆液的比重、粘度指标会不断发生变化，需要再次把切削土砂形成的混合泥浆通过新浆分系统分配的新浆重新进行浆液技术指标的调整。24浆液调整系统浆液调整系统n浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅浆液调整系统由调整槽、剩余槽
12、、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵和加水设备等组成，度泵、送浆泵和加水设备等组成，n调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新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，而后由送浆泵将调整好的浆进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水仓液送往盾构泥水仓。25HMT6,65FDPPPPPPPPPPVers usine detraitement de boueTo slurry treatmentplantDepuis lusine depro
13、duction de boueFrom the bentonite plantLFMP.3MMPFDPPMPPMP.2.iP.1.1P.2.1P.1.iV01V03V02V04V05V06V07V09V11V12V08V10V13V17V15V16V14V20V19V18V21V24V23V22泥水输送分系统 26泥水处理分系统n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。n选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。27旋流器n采用旋流器进行第二道分离旋流器的主要功能是将经过振动筛分离以后的中细颗粒浆液再次进
14、行细化处理，逐次降低浆液粒径，一般采用多级旋流器进行处理。n旋流器的工作原理是依据水动力高速旋转产生的离心力达到泥水分离的目的。28泥水监控分系统n泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。n泥水监控分系统由泥水监控分系统由PLC程序实现。通过泥水监控系程序实现。通过泥水监控系统的运用，随时为盾构施工提供可靠的信息和采集统的运用，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。泥水系统的技术数据。n同时通过控制系统中的显示屏和触摸屏及时了解和同时通过控制系统中的显示屏和触摸屏及时了解和掌握相关的泥浆处理技术指标。掌握相关的泥浆处理技术指标。2
15、96泥水盾构施工实例n重庆主城排水过江隧道施工简介30概述n过江隧道总长908.2m，穿越地层主要有泥岩、砂岩以及粉砂岩，岩石最大单轴抗压强度69.4MPa，最小单轴抗压强度7.3MPa。隧道埋深955m，长江枯水期水深4m，洪水期最高水深可达37.5m。隧道内水压最大为0.64MPa。采用1台德国海瑞克泥水盾构进行掘进。31工程位置n重庆过江隧道主要输送嘉陵江右岸和长江左岸区域的污水。过江隧道工程北起重庆市渝中区太平门长滨路内侧，南至南岸区盐店湾滨江路内侧。过江隧道在朝天门上游约2公里。32工程范围工程范围n重庆过江隧道工程主要由1座过江隧道，2个竖井和2座井口值班房以及6扇污水控制闸门组成
16、。过江隧道内安设3条内径2000mm的预应力钢筒混凝土输水管和1条内径600mm钢筒自来水管。33隧道穿越岩层及岩性n隧道穿越砂岩、泥岩、粉砂岩地层。隧道通过地段以软岩较软岩为主，夹部分中硬岩。各岩性岩层比例饼图各岩性岩层比例饼图泥岩56%粉砂岩8%砂岩36%砂岩泥岩粉砂岩34工程线路平纵断面工程线路平纵断面n过江隧道工程的线路在平面和纵断面上都为直线，隧道坡度为0.162，盾构从南岸出水井处始发，至北岸进水竖井吊出。线路纵断面示意如下。35工程重点及难点工程重点及难点n在确保工期及安全的前提下，确保盾构对工程的适应性、安全通过高水压地段、安全通过防洪大堤、做好工程防水工作及预应力钢筒混凝土管的安装是本工程的重点和难点。1）安全通过高水压地段，确保盾构隧道的防水 2）盾构适应性要求高 3）安全通过长江防洪大堤 4）深竖井，盾构组装、始发和拆卸难度大 5）泥水处理难度大 6）预应力钢筒砼管的安装361）安全通过高水压地段，确保盾构隧道的防水n地下水压力高达0.64MPa，在高水压下施工，施工安全和工程防水是第一重点，隧道防水是盾构法施工的关键。n盾构在高水压地段推进，重点是保证主轴承密封
