土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)施工工藝分析PPT課件

1、中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司,土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)施工工藝分析比較,2018年8月25日,1,土壓盾構(gòu)機(jī),2,土壓平衡盾構(gòu)的概念,土壓平衡盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，在刀盤的旋轉(zhuǎn)作用下，刀具切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀盤開口進(jìn)入土艙，使土艙和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切削下來的泥土，依靠盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力通過隔板給土艙內(nèi)的土碴加壓，使土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力,3,土壓平衡盾構(gòu)的基本配置,刀盤 刀盤驅(qū)動(dòng) 刀盤支承 渣土改良系統(tǒng) 螺旋輸送機(jī) 皮帶輸送機(jī) 同步注漿系統(tǒng) 盾尾密封系統(tǒng) 管片安裝機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng),4,土壓平衡盾構(gòu)出渣系統(tǒng)的組成,土壓盾構(gòu)的出渣系統(tǒng)由三大部分組成

2、 渣土改良系統(tǒng) 螺旋輸送機(jī) 皮帶輸送機(jī),5,渣土改良系統(tǒng),主要有膨潤土添加系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)。 是盾構(gòu)掘進(jìn)的調(diào)節(jié)媒介。采用該系統(tǒng)，對(duì)于不同的地質(zhì)條件，通過添加膨潤土及泡沫，改善盾構(gòu)土艙內(nèi)切削土體的塑流性，既可實(shí)現(xiàn)平衡開挖面水土壓力，又能向外順暢排土，拓寬了土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)范圍,6,螺旋輸送機(jī),螺旋輸送機(jī)由伸縮筒、出渣筒、液壓馬達(dá)、螺旋軸、出渣閘門組成。是土壓平衡盾構(gòu)的排土裝置，主要有以下三個(gè)功能： 1、將盾構(gòu)土倉內(nèi)的土體向外連續(xù)排出， 2、土體在螺旋輸送機(jī)內(nèi)向外排出的過程中形成密封土塞，阻止土體中的水分散失，保持土倉內(nèi)土壓的穩(wěn)定。 3、將盾構(gòu)土倉內(nèi)的土壓值自動(dòng)與設(shè)定土壓值進(jìn)行比較，隨時(shí)調(diào)整向外排

3、土的速度，控制盾構(gòu)土倉內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)土壓平衡過程，確保盾構(gòu)連續(xù)正常向前掘進(jìn),7,皮帶輸送機(jī),皮帶輸送機(jī)將渣土從螺旋輸送機(jī)的出渣口運(yùn)到渣車內(nèi),8,泥水盾構(gòu)機(jī),9,泥水加壓平衡盾構(gòu)的概念,泥水加壓平衡盾構(gòu)（slurry pressure balance shield），簡稱SPB盾構(gòu)。是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，與刀盤之間形成泥水艙,開挖面的穩(wěn)定是將泥漿送入泥水艙內(nèi)，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離，分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整，再輸送到開挖面,10,泥水平衡盾構(gòu)基本配置,泥水

4、盾構(gòu)主要由以下五大系統(tǒng)構(gòu)成： 一邊利用刀盤挖掘整個(gè)開挖面、一邊推進(jìn)的盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)； 可調(diào)整泥漿物性，并將其送至開挖面，保持開挖面穩(wěn)定的 泥水循環(huán)系統(tǒng)； 綜合管理送排泥狀態(tài)、泥水壓力及泥水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的綜合管理系統(tǒng)； 泥水分離處理系統(tǒng)； 壁后同步注漿系統(tǒng),11,泥水平衡盾構(gòu)泥水系統(tǒng)的組成,泥水盾構(gòu)的泥水系統(tǒng)由四大部分組成 造漿分系統(tǒng) 泥水輸送分系統(tǒng) 泥水處理分系統(tǒng) 泥水監(jiān)控分系統(tǒng),12,造漿分系統(tǒng),包括泥水拌制分系統(tǒng)和漿液調(diào)整分系統(tǒng) 盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，需要進(jìn)行新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)開挖面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。 當(dāng)舊漿液漿量不足，需要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液，造漿系統(tǒng)根據(jù)漿液的粘度、比重等

5、技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。以便及時(shí)向盾構(gòu)泥水艙補(bǔ)充漿液，使開挖面快速形成泥膜，便于開挖面穩(wěn)定和盾構(gòu)順利掘進(jìn)。 拌制泥漿的主要材料是膨潤土、CMS等,13,泥水輸送分系統(tǒng),泥水輸送分系統(tǒng)將調(diào)整漿通過送泥泵與送泥管道輸送至盾構(gòu)泥水艙。 刀盤切削下來的土砂和泥水艙中的泥水合成的泥漿，通過排泥泵與排泥管道送往地面的泥水處理分系統(tǒng)進(jìn)行分離。 泥水輸送分系統(tǒng)主要由送排泥泵、閥、送排泥管道及配套部件等組成，通過泥水監(jiān)控分系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化操作,14,泥水處理分系統(tǒng),泥水處理分系統(tǒng)的作用是將刀盤切削土砂形成的泥水進(jìn)行顆粒分離。 選擇泥水處理設(shè)備時(shí)，必須考慮兩個(gè)方面： 必須能有效地分離排泥漿中的泥土和水分； 必須具有與推進(jìn)

6、速度相適應(yīng)的處理能力。 采用振動(dòng)篩作為首道初級(jí)分離，振動(dòng)篩的作用是對(duì)泥水作預(yù)處理，去除團(tuán)狀和塊狀等粗大顆粒。粗顆粒的分離一般采用雙層或三層振動(dòng)篩,15,泥水監(jiān)控分系統(tǒng),泥水系統(tǒng)的運(yùn)行和操縱由泥水監(jiān)控分系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 泥水監(jiān)控分系統(tǒng)由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過泥水監(jiān)控分系統(tǒng)的運(yùn)用，隨時(shí)為盾構(gòu)施工提供可靠的信息和采集泥水系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)。 泥水監(jiān)控分系統(tǒng)以旁通模式、掘進(jìn)模式、反循環(huán)模式、隔離模式和長時(shí)間停機(jī)模式控制等五種不同的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,16,土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)工作原理比較,土壓盾構(gòu),土壓平衡盾構(gòu)機(jī)是利用安裝在盾構(gòu)機(jī)最前面的全斷面切削刀盤，使正面土體切削下來進(jìn)入刀盤后面的儲(chǔ)留密封艙內(nèi)，并使倉內(nèi)具有適當(dāng)壓力

7、與開挖面水土壓力保持平衡，以減少盾構(gòu)機(jī)要推進(jìn)對(duì)地層土體的擾動(dòng)，從而控制地表沉降。在出土?xí)r，由安裝在密封艙下部的螺旋輸送機(jī)向排土口連續(xù)地將渣土排出,泥水盾構(gòu),泥水平衡盾構(gòu)機(jī)是在支撐環(huán)前面裝置隔板的密封艙中，注入適當(dāng)壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜，支撐正面土體，并由安裝在刀盤上的刀具切削土體表層泥膜，與泥水混合后，形成高密度泥漿，由排漿泵及管道輸送至地面處理，整個(gè)過程通過建立在地面中央控制室內(nèi)的泥水平衡自動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理,17,土壓盾構(gòu)施工的基本特點(diǎn),18,泥水盾構(gòu)施工的基本特點(diǎn),19,土壓盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)范圍,土壓平衡盾構(gòu)主要適用于粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土、粉砂層等粘稠土壤的施工。該類型土壤在螺

8、旋輸送機(jī)內(nèi)壓縮形成防水土塞，使土艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生土壓力來平衡掌子面的土壓力和水壓力。 土壓平衡盾構(gòu)用開挖土料作為支撐開挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，要求具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小。一般土壤不能完全滿足這些特性，要進(jìn)行改良。改良的方法通常為：加水、膨潤土、粘土、CMC、聚合物和泡沫等，根據(jù)土質(zhì)情況選用。 粘質(zhì)粉土和粉砂是最適合使用土壓平衡盾構(gòu)的土層，通過攪拌裝置在土艙內(nèi)的攪拌，即使十分粘著的土層也能變成塑性的泥土,20,泥水盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)范圍,泥水盾構(gòu)能適用于各類地質(zhì)的土層，對(duì)開挖面難以穩(wěn)定的土質(zhì)特別有效，還能克服地面條件和其它地下條件的因素所造成的種種困難，譬如上部是河或海等有水體

9、的地方；有道路、建筑物的地方；適合于要減少沉降的地方等。在這些場(chǎng)所采用泥水加壓盾構(gòu)，無論在工法上還是經(jīng)濟(jì)上都是有效的,21,土壓盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機(jī)理,土壓平衡盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定由下列各因素的綜合作用而維持： 土倉內(nèi)的土壓力平衡地層壓力和水壓力， 螺旋輸送機(jī)調(diào)節(jié)排土量； 適當(dāng)保持泥土的流動(dòng)性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)添加劑的注入量。 土倉內(nèi)的土壓力應(yīng)與地層壓力和水壓力相平衡,22,泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機(jī)理,泥水盾構(gòu)通過向密封的泥水艙內(nèi)輸送加壓的泥水來獲得開挖面的穩(wěn)定，對(duì)于不透水性的粘土，泥漿壓力適當(dāng)大于圍巖主動(dòng)土壓力，就可以保證隧道開挖面的穩(wěn)定； 對(duì)于透水性大的砂性土，泥漿會(huì)滲入到土層內(nèi)一定深度，并在很短時(shí)間內(nèi)，

10、在土層表面形成不透水的泥膜，使泥漿壓力在開挖面上產(chǎn)生與作業(yè)面上的土壓、水壓相抗衡的泥水壓，以保持作業(yè)面的穩(wěn)定,23,土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)地表沉降控制方法對(duì)比,土壓盾構(gòu),在掘進(jìn)過程中刀盤土倉內(nèi)土壓進(jìn)行控制； 對(duì)掘進(jìn)過程中的惡劣地層進(jìn)行控制以避免超挖； 土壓平衡盾構(gòu)通過渣土改良系統(tǒng)對(duì)土體進(jìn)行改造以適應(yīng)不同地質(zhì),泥水盾構(gòu),在掘進(jìn)過程中使用壓縮空氣對(duì)刀盤土倉內(nèi)的泥水壓力進(jìn)行控制； 在掘進(jìn)過程中可以對(duì)泥漿流量和密度進(jìn)行控制以避免超挖,24,土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)安全性對(duì)比,土壓盾構(gòu),土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，土倉無法形成泥膜，特別是上部更是無法較好地形成壓力，所以用土壓盾構(gòu)機(jī)的地表沉降比泥水更難控制。用土壓平衡盾構(gòu)

11、進(jìn)行隧道掘進(jìn)沉降會(huì)較高，不利于地面建筑物的安全,泥水盾構(gòu),泥水平衡盾構(gòu)對(duì)地層的擾動(dòng)小、沉降小。由于泥水平衡盾構(gòu)利用泥水壓對(duì)抗掘削地層的地下水和土壓，與此同時(shí)泥水摻入地層形成不透水泥膜，所以掘削土體對(duì)地層的擾動(dòng)小，沉降效果較好。泥水平衡盾構(gòu)的壓力控制精度較高，泥水壓力的控制精度一般都在0.01MPa，地表沉降會(huì)低于5mm,25,泥水盾構(gòu)的工程應(yīng)用,京沈客專望京隧道 望京隧道位于北京市朝陽區(qū)內(nèi)，盾構(gòu)下穿首都機(jī)場(chǎng)高速、機(jī)場(chǎng)輔路、地鐵15號(hào)線、300余口取暖熱源井以及多處污水處理廠、高壓塔架、多處居民區(qū)和高大建筑等重大風(fēng)險(xiǎn)源，沉降控制標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)最高，施工及環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)極大。通過對(duì)泥水盾構(gòu)刀盤進(jìn)行合理設(shè)計(jì)最終順利貫通，且施工沉降僅為0.68毫米，創(chuàng)造了國內(nèi)大直徑盾構(gòu)穿越既有建筑物沉降控制的最新紀(jì)錄,26,土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析,泥水盾構(gòu)比土壓盾構(gòu)掘進(jìn)整體費(fèi)用更高 土壓盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)施工所不同的是，土壓盾構(gòu)施工需要在地面上安裝一臺(tái)門式起重機(jī)進(jìn)行吊渣作業(yè)，隧道內(nèi)需要用渣車進(jìn)行渣土輸送，相比較來說出渣設(shè)備購置或攤銷費(fèi)用較低。而