盾构机功能原理ppt课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,盾构机功能原理,1,世界盾构技术发展概况,1818,年,布鲁尔（,Brunel,）研究出了开敞式手掘盾构机，,1823,年在伦敦泰晤士河水底公路隧道进行了盾构试验，后因坍方事故中止。,Brunel,对盾构进行了改进，于,1834,年使工程再次上马，历时,7,年于,1841,年隧道贯通。,2,1869,年,采用,Greathead,新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士河水底第二条隧道。,1887,年,气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。,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。,3,20,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。,4,中国地铁工程盾构技术的发展,20,世纪,60,年代,北京城建集团前身基建工程兵为修建北京地铁，自己研制网格式压缩混凝土盾构机成功地进行了试验。,1990,年,上海地铁,1,号线，采用了,7,台盾构机共掘进了,18Km,1996,年,上海地铁,2,号线开始建设，以后陆续建设,3,号线、,4,号线、,M8,线、,6,号线,1996,年,广州开始建设,1,号线，以后陆续建设,2,号线、,3,号线、,5,号线,5,2000,年,北京地铁,5,号线盾构实验段开始设计施工。,2001,年,深圳地铁,1,号线、南京地铁,1,号线开始建设。,2002,年,北京地铁,5,号线正式开工，以后,4,号线、,10,号线、机场线、地下直径线陆续开工。,2002,年,天津地铁,1,号线开工建设。,2006,年,沈阳地铁,1,号线开工建设。,目前已有,35,个城市正在修建地铁。,6,主要内容,1.,概述,2.,盾构机类型,3.,盾构机机型,4.,土压平衡盾构机原理,5,泥水平衡盾构机原理,7,1.,概述,盾构是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。,头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。,盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶,。,8,盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土,体、输送土碴、同步衬砌注浆、拼装隧道衬砌管片、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行,“,定制式,”,的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水电等隧道工程。,盾构机定义,9,10,2.,盾构的“类型”,盾构的,“,类型,”,是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。,根据施工环境，隧道掘进机的,“,类型,”,分为软土盾构、硬岩掘进机,(TBM),、复合盾构三类。因此，盾构的,“,类型,”,分为软土盾构和复合盾构两类。,11,软土盾构：软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。,软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀、先行刀和刮刀，无需滚刀。,12,复合盾构,复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。,复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀、撕裂刀和刮刀，又安装有滚刀。,13,3.,盾构的“机型”,盾构的,“,机型,”,是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。,盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种机型。,目前应用最广的是土压平衡盾构,(,土压平衡支护式,),和泥水盾构,(,泥浆支护式,),两种机型。,14,土压平衡盾构机,15,泥水盾构机,16,泥水盾构机,17,4.,土压盾构的结构原理,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仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土渣加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。,18,4.1,盾构的,“,模式,”,盾构的,“,模式,”,是指在一定,“,型,”,的基础上，根据特定的盾构施工环境，在确保开挖面稳定的前提下，盾构所采用的最有效的,“,出碴,”,方式。,“,模式,”,是盾构的一种操作方式。,土压平衡盾构的,“,模式,”,可分为敞开式、半敞开式、闭胸式三种。,泥水盾构的,“,模式,”,可分为泥水平衡模式和气压复合模式两种。,19,在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时，采用敞开模式作业。在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送机将碴土排出。在土仓的底部，要有足够的碴土供应螺旋输送机出碴用，土仓的其他空间是空的。,敞开模式下，土仓通过螺旋输送机的出料口与隧道相通。当推进停止时，可以随时进入开挖仓而无需采取其他措施。,20,复合式土压平衡盾构具有三种模式，即,:,敞开式、半敞开式（加气模式）、闭胸式,(,土压平衡模式,),敞开式模式,土压平衡模式,加气模式（半敞开模式）,21,在掌子面具有足够的自稳能力，且水压小于,1.5bar,的地层中，采用半敞开模式掘进。半敞开式作业时，土仓下部是刀盘切削下来的碴土，上部为压缩空气。半敞开式作业的开挖和推进与敞开式作业基本一致。,闭胸式即土压平衡模式用于围岩不稳定或水压高、水量大的地层。,22,4.2,土压平衡盾构的组成,刀盘,前体,刀盘驱动和刀盘支承,中体,铰接装置,推进系统,盾尾,螺旋输送机,皮带输送机,碴土改良系统,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,23,盾构设备主要组成部分示意图,1.,土体，,2.,刀盘，,3.,土仓，,4.,压力墙，,5.,油缸，,6.,螺旋机，,7.,拼装机，,8.,衬砌,24,土压平衡盾构机的组成,(2),压力舱,压力测试,搅拌系统,压力控制,加浆系统,(3),排土、排泥系统,排土器,排浆管路,搅拌装置,加浆装置,(4),推进装置,千斤顶选,型和配置,推进速度,安全锁,总推力,千斤顶行程,压力控制,盾 构 机,通用装置,轴承密封,(1),刀 盘,超挖装置,刀盘开口,旋转速度,形 式,润滑装置,刀 具,旋转力矩,支承方式,(,6),附属装置,盾尾止水装置,壁后注浆装置,开挖面崩坏,探测装置,锁定装置,测量装置,后方台车,接头装置,起重臂,真圆保护,(5),管片拼装机,油压机油,油压机,油压管路,(7),油压装置,25,26,4.2.1,刀盘及刀具,刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。,不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同，其常见的结构有：平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。,27,刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向,前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,28,29,刀盘应满足以下要求,刀盘应有足够的强度和刚度。,刀盘应有较大的开口率。,针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。,刀盘结构应有足够的耐磨强度。,刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。,刀盘上应配置足够的注入口，各口并装有单向阀。以满足刀具的冷却、润滑和渣土改良。,30,刀具的配置,刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和位置关系直接影响到掘进速度和使用寿命。不同的地层条件对刀具的结构和配置是不相同的。,刀具种类：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀（双刃以上的一般都是中心滚刀）、齿刀、切刀、刮刀和方形刀（超挖刀）。为适应不同的地层，滚刀和齿刀可以互换，,所以它们的刀座相同。,31,切削刀的实物照片,a),周边刮刀,b),周边刮刀,(,背面,)c),周边刀安装位置,d),齿刀 方柄齿刀,f),齿刀,g),中心齿刀,32,切削刀的实物照片,h),先行刀,i),先行刀,j),先行刀,k),牛角刀,l),羊角刀,m,）三棱刮刀,33,滚刀的示意图和实物照片,b),盘形滚刀圈,c),盘形滚刀,a),盘形,滚刀,示意,图,34,面板式刀盘,盘型滚刀,重型撕裂刀,刮刀,钢格栅,面板,辐条,辐条,泡沫口,中心刀,35,辐条式刀盘,36,面板式刀盘与辐条式刀盘比较,面板式刀盘在中途换刀时安全可靠，但开挖土体进入土仓时易粘结易堵塞，在刀盘上易形成泥饼。,辐条式刀盘仅有几根辐条，辐条后设有搅拌叶片，土砂流动顺畅，不易堵塞。但不能安装滚刀，且中途换刀安全性差，需加固土体，费用高。,辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘较强；但由于不能安装滚刀，在风化岩及软硬不均地层或硬岩地层，宜采用面板式刀盘。,37,辐条式 面板式,38,仿形刀或扩挖刀系统,仿形刀系统的主要功能为可以根据需要配合刀盘进行局部的超挖。仿形刀安装在刀盘的侧面，驱动采用液压油缸形式，结合刀盘旋转的位置传感器在,360,范围内的任意位置进行伸和缩。,扩挖刀伸出后不能自动按要求在,360,范围内的任意位置进行伸和缩,39,40,4.2.2,前体,前体又叫切口环，是开挖土仓和挡土部分，位于盾构的最前端，结构为圆筒形，前端设有刃口，以减少对底层的扰动。在圆筒垂直于轴线、在其中段处焊有压力隔板，隔板上焊有安装主驱动、螺旋输送机及人员舱的法兰支座和四个搅拌棒，还设有螺旋机闸门机构及人行闸，此外，隔板上还开有安装,5,个土压传感器、通气通水等的孔口。不同开挖形式的盾构机前体结构也不相同。,41,42,4.2.3,刀盘驱动及刀盘支撑,刀盘,驱动装置由主轴承、液压（变频电机）驱动马达、减速器及主轴承密封组成，轴承外圈通过连接法兰用螺丝与前体固定，内（齿）圈用螺丝和刀盘连接，借助液压动力带动液压马达、减速器、轴承内齿圈直接驱动刀盘旋转。主轴承设置有三道唇形外密封和两道唇形内密封，外密封前两道采用永久性失脂润滑来阻止土仓内的渣土和泥浆渗入，后一道密封是防止主轴承内的润滑油渗漏。内密封前一道阻止盾体内大气尘土的侵入，后一道防止主轴承内润滑油的外渗。,43,44,45,刀盘驱动的三种形式比较,变频电机驱动,定速电机驱动,液压驱动,驱动部外形尺寸,中,大,小,后续设备,少,少,较多,效率,0.95,0.9,0.65,起动力矩,大,较小,较大,起动冲击,小,大,较小,转速微调控制,好,不能无级调速,好,噪声,小,小,大,盾构温度,低,较低,较高,维护保养,易,易,较复杂,46,刀盘支撑,刀盘支承方式有,3,种：,中心支承式（适用于中小型直径盾构）,中间支承式（适用于中大型直径盾构）,周边支承式（适用于小型直径盾构）,中心支承式 中间支承式 周边支承式,47,4.2.4,中体,中体又叫支承环是盾构的主体结构，承受作用于盾构上的全部载荷。是一个强度和刚性都很好的圆形结构，地层力、所有千斤顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰接拉力及管片拼装时的施工载荷均由中体来承受。中体内圈周边布置有盾构千斤顶和铰接油缸，中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送机支承及操作控制台。有的还有行人加、减压舱。中体盾壳上焊有带球阀的超前钻预留孔，也可用于注膨润土等材料。,48,中体结构示意图,49,50,4.2.5,铰接密封系统,铰接密封：,铰接密封一般有三种形式：一种是采用一道或多道橡胶唇口式密封；另一种是采用石墨石棉或橡胶材料的盘根加气囊式密封；还有一种是双排气囊式密封。,单排气囊 双排气囊,51,4.2.6,推进系统,盾构推进系统是盾构机前进的唯一动力。主要功能为以已拼管片作为支撑点，克服盾构机前方土体压力及其他阻力，使盾构机向前掘进；完成一环的推进后，可通过液压油缸的伸缩进行新一环管片的拼装及固定；通过调节四个区域千斤顶的油压来控制盾构前进的方向。推进系统以液压为动力、通过液压油缸产生的推力向前推进。,52,53,盾构推进千斤顶分为几个压力区，通过改变分区千斤顶的压力实现盾构的转弯或纠偏。,54,55,4.2.7,盾尾及盾尾密封,盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过铰接油缸与中体相连，并装有预紧式铰接密封。铰接密封和盾尾密封装置都是为防止水、土及压注材料从盾尾进入盾构内。为减小土层与管片之间的空隙，从而减少注浆量及对地层的扰动，盾尾做成一圆筒形薄壳体，但又要能同时承受土压和纠偏、转弯时所产生的外力。盾尾的长度必须根据管片的宽度和形状及盾尾密封的结构和道数来决定。另外在盾尾壳体上合理的布置了,8,根盾尾油脂注入管和,4,根同步注浆管。,56,由于施工中纠偏的频率较高，盾尾密封要求弹性好，耐磨、防撕裂，能充分适应盾尾与管片间的空隙，盾尾结构示意图一般采用效果较好钢丝刷加钢片压板结构。钢丝刷中充满油脂，既有弹性又有塑性。盾尾密封的道数要根据隧道埋深、水位高低来定，一般为,2-3,道。,盾尾刷,57,盾尾,58,盾尾,59,盾尾密封,：,盾尾止水采用钢丝刷密封装置，是集弹簧钢、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间供应油脂，以提高止水性能。,60,4.2.8,螺旋输送机,螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马达、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能：,将盾构土仓内的土体向外连续排出，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。,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。,61,螺旋输送机由液压马达减速装置驱动，驱动装置与螺旋输送机采用球形铰接，以适应螺旋轴的自由摆动。为防止渣土的侵入，其输出端采用了与主轴承外密封相同的结构，并自动注脂。螺旋机转速范围可以在,022rpm,内无级调速，出土量控制很方便，调节螺旋输送机的出土速度是控制土仓压力的重要方法之一。,62,螺旋机,63,64,带式螺旋机,65,66,4.2.9,皮带输送机,皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车里。皮带输送机的驱动方式采用电动驱动或液压驱动，皮带机由皮带机支架、前随动轮、后主动轮、上下托轮、皮带、皮带张紧装置、皮带刮泥装置、和带减速器的驱动电机等组成。安装布置在后配套连接桥和拖车的上面。为安全起见，其上设有,3,处急停开关。,67,68,69,4.2.10,管片安装机,管片安装机的主要功能是通过拼装机上一般具有的,4,个自由度动作进行管片的拼装。由于管片安装机必须具有独立旋转的功能，所以一般设有独立的密封液压油箱，并配备电缆卷筒进行电气上的控制。,管片拼装机的回转驱动方式采用液压驱动，并配备失压刹车，其他动作采用液压油缸驱动。,70,管片安装流程,71,管片拼装机的推力、上提力、旋转力、旋转速度、臂的伸缩速度、前后滑动距离性能等指标，应据管片种类形状、重量、拼装方法等因素确定。,推力通常定为管片最大重力的,5,倍，上提力为管片最大重力的,2,倍,72,73,机构配重,回转盘体,垂直导杆,升降油缸,悬臂梁,管片夹取装置,提升横梁,水平导杆,平移油缸,74,管片安装机有,2,种类型：,机械抓取式 真空吸盘式,75,76,4.2.11,碴土改良系统,主要有泡沫系统和膨润土添加系统，是盾构掘进的调节媒介。采用该系统，对于不同的地质条件，通过添加塑流化改性材，改善盾构土仓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。,碴土改良添加材料常用的主要有：泡沫剂、分散剂、聚合物、膨润土浆液等,77,碴土改良系统示意图,78,79,不同膨胀率下的发泡质量,FER=8,FER=10,FER=20,FER=V,压缩空气,/V,泡沫剂水溶液,FER=8,FER=10,FER=20,79,80,81,使用泡沫处理过的软土,没有使用泡沫处理的软土,82,膨润土注入挤压泵,83,最佳改良效果,84,改良前或只加泡沫 膨润土加泡沫改良,85,4.2.12,同步注浆系统,同步注浆系统的主要功能为在盾构掘进过程中，注入浆液充填管片脱出盾尾后产生的建筑空隙，减少地面沉降。同步注浆系统采用一台或二台柱塞泵将浆液搅拌筒内的浆液通过各分路向盾尾外部注出。同步注浆系统的控制方式有手动控制和自动控制，自动控制又分为压力控制和流量控制。,盾尾注浆系统分类：,从时效性上可将盾尾注浆分为三大类：,（,1,）同步注浆：超挖间隙形成的同时，立即注浆，使浆液即时填充超挖间隙的方式。,86,（,2,）及时注浆：掘进了一环或数环后，盾尾已存在大量间隙空间，才对超挖间隙进行注浆的方式。这种注浆方式由于不能迅速对超挖间隙进行填充，增大了对土的扰动性，不利于地面沉降控制，而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状态，受力状态较差，容易发生错台。因此，仅在地质情况良好、对地表沉降要求较低时才能使用。,（,3,）二次注浆：一次注浆效果不理想时，需要通过二次注浆对前期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异常及一些特殊地段使用。,87,注浆压力选择为,1.1,1.2,倍周围水土压力，一般选择,0.3,0.5MPa,，并根据监测数据、施工情况（隧道埋深、地面建筑物特点等）进行确定和调整。,88,注 浆 时,开,注浆材料,后 体,可以注双液浆的注浆装置,89,可以注双液浆的注浆装置,冲,洗,时,关,冲洗水,90,根据浆液的输送形式，盾尾注浆分为：,（,1,）直接压送式：由地面拌浆设备直接把浆液压送到管片等注入口处的注入方式。盾构直径小、推进距离短时使用。,（,2,）中继设备式：由地面拌浆设备把浆液压送到放置在后方台车上的中继设备上，由装在台车上的注浆泵注入的方式。推进距离长、盾构直径较大的场合使用。,（,3,）洞内运输式：坑外拌浆设备压入到水平列车砂浆罐中，经洞内运输，用台车上的注浆泵注入的方式。不用担心输浆管堵塞和水清洗，适于定量注入。,（,4,）洞内拌浆：各种浆液材料搬到装在洞内后方台车上的洞内拌浆设备上，然后混拌注入。,91,（,1,）,单液浆：由粉煤灰、砂、胶凝材料、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成。,根据凝胶材料的加入情况，单液浆又可分为惰性浆液和硬性浆液。,惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质，早期强度和后期强度均很低的浆液。,硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质，具备一定早期强度和后期强度的浆液。,浆液的种类,92,（,2,）双液浆：由水泥砂浆等搅拌成的,A,液与由水玻璃等组成的,B,液混合而成的浆液。,根据凝结时间和固结形态，可以分为以下几类：,缓凝型：凝胶时间大于,30s,。可塑态固结区时间很短,瞬凝型：凝胶时间小于,20s,。可塑态固结区时间较短,可塑型：凝胶时间,6-20s,。可塑态固结区时间较长,（,3,化学浆液：聚氨酯等,93,浆液的主材,浆液指由主剂（主要原材料）、溶剂（水或其他溶剂）及各种外加剂按一定比例配制而成的混合液体。,浆材分为化学浆材（水玻璃类及高分子类）、非化学浆材（水泥、粘土、砂、粉煤灰等）,。,94,双泵双缸,4,路注浆管,95,盾构机,管片,浆液未凝固,浆液已凝固,开挖轮廓线,6280,注浆浆液,隧道外径,6000,盾尾外径,6340,隧道内径,5400,隧道外径,6200,盾壳,管片内径,5500,96,4.2.13,盾尾密封油脂系统,盾尾密封油脂系统的主要功能为在各道盾尾密封刷之间的空腔内充填盾尾密封油脂，防止盾尾外部的水和泥浆进入至盾构内部来。盾尾密封油脂系统采用气动油脂泵通过各分路阀将盾尾密封油脂注入到各分路，其控制方式有手动控制和自动控制，自动控制又分为压力控制和时间控制。,97,98,99,4.2.14,数据采集系统,数据采集系统,“,采集、处理、储存、显示、评估出现的与盾构有关的数据,”,。采用此系统，可输出环报、日报、周报等数据；,有各种参数的设定、测量、掘进、报警以及历史曲线和动态曲线。所有采集数据均能保存下来，供日后分析、判断和参考。,100,101,中铁装备盾构机监视,102,推进速度、刀盘扭矩、总推力的曲线图,103,泡沫注入系统,104,同步注浆,105,各种掘进参数选择制表,106,盾构机操作室,107,4.2.15,导向系统,导向系统由经纬仪、,ELS,靶、后视棱镜、计算机等组成，能连续不断地提供关于盾构姿态的最新信息。通过适当的转向控制，可将盾构控制在设计隧道线路允许公差范围内。导向系统的主要基准点是由一个,从激光经纬仪发射出的激光束，经纬仪安装在盾构后方的管片上。,108,109,PPS,激光导向系统,包括下列硬件：,工业用,PC,机,激光全站仪,双轴倾斜计,PC,机与激光全站仪之间的无,线电联系,激光全站仪的电源,2,个电动棱镜，,1,个参考棱镜,1,套电缆,110,111,4.2.16,后配套台车,主要配置盾构机各系统所需的动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统以及人工操作等系统,112,5,泥水盾构结构原理,113,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,泥水系统的作用和组成,5,地质适应范围,114,5.1,泥水加压平衡盾构的概念,泥水加压平衡盾构，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。,115,泥水缓冲气压室,气压仓,半隔板,泥水仓,半隔板开口,压缩空气管路,进泥管路,排泥管路,隔板,116,117,5.2,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,118,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。,119,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。,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，,120,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。,地 层,刀盘,进泥管,排泥管,泥浆,压缩空气,连通管,压缩空气,泥模形成区,121,两种体系的比较,间接控制型泥水盾构（,+/-0.05bar,）,直接控制型泥水盾构,(+/-1.0bar),从上可以看出，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。,122,5.3,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。,123,破碎机,安装了一台双颚板式破碎机，,碎石机上方左右两侧分别安装一根进浆管,冲洗破碎区域避免堵塞。破碎机最大破碎粒径,400mm,。,为了破碎进入泥水仓的漂石，使其能通过排碴管排出。在气垫仓的底部、排碴管的前面,124,5.4,造浆系统,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。,125,泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、,CMS,搅拌槽、,CMS,搅拌器、,CMS,泵、分配阀和加水设备组成。,CMS,搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的,CMS,化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。,泥水拌制系统,126,127,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。,128,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：,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。,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。,129,130,131,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。,132,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。,结束语,133,土压和泥水平衡盾构优缺点,土压平衡盾构优点：,成本低,出土效率高,适用地层范围宽,目前土压盾构工法几乎对所有土层均可适用。,土压平衡盾构缺点：,掘削扭矩相对泥水平衡盾构较大,地层沉降相对泥水平衡盾构较大,134,泥水平衡盾构优点：,对地层的扰动小、沉降小,适于高地下水压,江底、河底、海底隧道施工。,适于大直径化,适于高速化施工适用土质范围宽,掘进中盾构机体的摆动小,135,泥水平衡盾构缺点：,成本高,排土效率低,地表施工占地面积大并影响交通、市容,不适于在硬粘土层中掘进,不适于在松散卵石层中掘进,136,谢谢！,137,