泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理

泥水平衡盾构的工作原理
泥水平衡盾构的工作原理是在盾构机前部刀盘后设置隔板，形成一个密封的泥水压力室。

盾构掘进施工时，泥水加压后进入压力室，在一定压力下在开挖面上形成一层泥膜，平衡开挖面的水土压力。

同时，刀盘在泥水环境中旋转切削和推进，切削下的土体与泥水压力室内的泥水混合形成高浓度的泥水，然后由泥水泵抽出并经排泥管道输送到地面。

新鲜泥水通过循环的泥水系统处理添加，保持开挖面的平衡稳定性并控制地面沉降。

盾构掘进技术施工要点一、土压平衡盾构掘进（一）土压平衡式掘进特点土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。

通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。

在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。

为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。

（二）土仓压力管理（1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。

一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。

如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。

（2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。

（3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。

（4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：①用螺旋排土器的转数控制；②用盾构千斤顶的推进速度控制；③两者的组合控制等。

通常盾构设备采用组合控制的方式。

（5）要根据各施工条件实施良好的管理。

另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。

（三）排土量管理（1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。

可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。

另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。

泥水平衡盾构及其工作模式的分析与论述摘要：随着城市化建设的不断发展，隧道盾构法凭借自身优势逐渐成为城市地下轨道交通施工的重要设备。

且被广范应用于江河湖海隧道、铁路隧道、公路隧道和城市地下工程建设中。

本论文将通过对泥水平衡盾构的工作原理和性能进行分析介绍，继而论述其工作状态下的多种工作模式，从而对盾构的运行有更明确的认识，并对实际工程中工作模式的对应选择做出指导。

关键词：盾构机泥水盾构隧道工作模式0 引言随着我国经济技术的高速发展和城市化进程的快速推进，城市交通的发展也探寻出新的道路。

目前，城市交通的发展不仅局限于地面交通的铺建，也逐步向地下延伸建立更为全面的交通枢纽。

因此，我国各大城市应用以盾构技术为主体修建的城际地铁来缓解城市内部交通压力。

而采用更为高效安全的盾构施工机械来进行掘进，可以在经济性、环保性、技术性等方面都的得以保证。

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，目前是其发展的最好时期。

全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程建设装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。

泥水环流系统对整个地下施工也具有重要的影响。

因此，了解盾构技术的工作原理及模式对于城市地铁、地下排管工程的发展有着重要意义。

其中，通过泥水压力使切削面保持稳定平衡的盾构称为泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构，它是具备开挖、排渣、衬砌支护等综合施工能力的全断面隧道掘进设备。

本文将通过对泥水平衡盾构的工作原理进行介绍，并对其多种工作模式进行分析论述，充分体现出盾构为目前交通建设的发展所提供的便利。

1 泥水平衡盾构介绍泥水盾构是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泥土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置搅拌，而搅拌后的高浓度泥水通过泥浆泵运到地面，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。

2 泥水加压平衡盾构的性能特点泥水加压平衡盾构的特点之一在于将泥水送往开挖面，通过开挖面的加压从而使其达到稳定，并且用流体输送砂土。

2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理傅德明上海市土木工程学会2011.5.211 土压平衡盾构的结构原理1.1 土压平衡盾构的基本原理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6.1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。

1.1.1 稳定掘削面的机理及种类土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。

通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。

1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。

即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。

对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。

地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。

解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。

1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。

当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。

再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。

为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。

1.1.1.3 土压盾构的种类按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。

表1 土压盾构的种类图1 土压盾构基本形状②充满土舱内的掘削土的被动土压稳定掘削面。

盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。

盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。

这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。

而盾构的主要组成部分即为盾体。

盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。

前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。

承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。

前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。

中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。

2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。

它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。

刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。

电机的防护等级需大于IP55。

为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。

刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。

铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。

其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。