泥水盾构工作原理
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6.2.18泥浆循环系统(1)泥水循环原理设计泥水平衡盾构工法的基本原理是:经过合理调整比重、压力和流量的泥浆被送入盾构机的压力仓,与切削后的泥土混合后被排出,经流体输送设备输送至泥水处理站,分离出泥土,并调整泥浆比重后再次循环使用。
本区间进、排浆管路的直径设计为DN300mm,设计的进浆排量为860m³/h,排浆排量为970m³/h。
泥浆循环原理图如下:图5-30:泥浆循环原理图泥水循环工作模式主要分为旁通模式、推进模式、保压模式和换管模式等。
图5-31:模式转换顺序(2)泥浆循环系统设计计算书1)送排泥流量计算➢出渣量V=60π*D2*ν/4/100≈112m3/h ➢排浆流量V排=V*(ρ-ρ1)/(ρ2-ρ1)≈970m3/h➢进浆流量V进=(V排*ρ2- V*ρ)/ρ1≈858m3/h2)送排泥管道直径计算对应设计流量,设计充满度的管道内的水流平均速度叫做设计流速。
为了防止管道中产生淤积或冲刷,设计流速不宜过小或过大,最好在最大和最小设计流速范围之内。
最小设计流速是保证管道内不致发生淤积的控制流速。
含有大颗粒的管道,其最小设计流速宜适当加大,其值要根据试验或调查研究决定。
此流速由临界流速计算可得。
最大设计流速与管材相关,是保证管道不因长期剧烈冲刷而缩短运行寿命的控制流速。
通常,金属管道的最大设计流速为10m/s,非金属管道的最大设计流速为5 m/s。
而通常此流速取值范围为2<V<4 m/s,更大的流速不仅没有必要,甚至是有害的,因为管道中的阻力将随速度的平方而增大。
并且管道的磨损也将随速度的提高而显著地加剧起来。
管道阻力的增大,就要提高输送泵的功率,从而增高能源费用。
管道磨损的加剧也将导致折旧费的提高,而且有时造成管道在施工中损坏,以致不得不停止推进,以便更换管道。
根据液体的流量和流速的大小,可按下式计算管路的直径d ≥ • 式中 Q------------流量(L/min ); • V------------流速(m/s )。
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。
泥水式盾构机发展概况及工作原理泥水式盾构机1发展概况泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面;由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖;开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。
泥水式盾构机适用于各种松散地层,有无地下水均可。
采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法,在稳定的地层中其优点更加明显。
最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。
由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难,1874年,Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构,开挖出的土料以泥水流的方式排出。
1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利,该盾构以液体支撑开挖面,其开挖室是有压和密封的。
1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。
1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面,而H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。
1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。
在德国,第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。
泥水式盾构机的发展有三种历程,即日本历程、英国历程和德国历程。
到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。
日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。
以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构,而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。
德国和日本体系的主要区别是,德国式的在泥水舱中设置了气压舱,便于人工正面控制泥水压力,构造简单;日本式的泥水密封舱中全是泥水,要有一套自动控制泥水平衡的装置。
1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构,直径为3.10m 的样机取得经验后,1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。
盾构机泥水环路操作规程盾构机是一种用于地下隧道施工的设备,其泥水环路是盾构机工作中的重要组成部分。
泥水环路的操作规程对于保证盾构机施工的安全和高效具有重要意义。
下面将详细介绍盾构机泥水环路操作规程。
一、泥水环路的基本原理泥水环路是盾构机中的一个循环系统,主要包括泥浆搅拌装置、切水机构、脱水器和泥浆输送管道等组成部分。
在盾构机施工过程中,泥浆通过泥浆搅拌装置搅拌均匀后,经过切水机构对土层进行切割,并通过脱水器将泥浆中的固体颗粒和水分分离,最后通过泥浆输送管道将泥浆排出隧道。
二、泥水环路的操作规程1. 开始施工前,必须检查所有泥水环路设备的运行状态,确保各个部件的正常工作。
2. 在施工过程中,应定期检查泥浆的流量和压力等参数,确保泥浆供应的稳定性。
3. 在切水机构切割土层时,应根据地质情况和切割要求适时调整切割速度和切割力度。
4. 在泥浆输送管道中,应定期清理管道内的堵塞物,确保泥浆的畅通。
5. 对于脱水器,应根据泥浆中固体颗粒的含量和水分的含量进行调整,以达到最佳的脱水效果。
6. 定期检查泥水环路设备的润滑情况,确保设备的正常运转。
7. 在泥水环路操作过程中,应严格按照施工工艺要求进行操作,不得随意更改参数。
8. 如发现泥浆中固体颗粒过多或水分过高,应及时停止施工,清理设备,并调整操作参数。
9. 泥水环路设备的维护保养应按照设备说明书进行,定期进行检查和保养。
10. 在泥水环路操作过程中,应加强安全意识,严禁操作人员站在泥浆输送管道下方。
11. 操作人员应定期接受培训,熟悉泥水环路设备的操作和维护知识,提高操作技能。
三、泥水环路操作注意事项1. 在操作泥水环路设备时,应佩戴好安全帽、防护服和防护眼镜等个人防护设备。
2. 在维护保养泥水环路设备时,应切断电源,并进行相关的安全措施。
3. 对于泥浆中固体颗粒的处理,应选择合适的方法,避免对环境造成污染。
4. 在清理泥浆输送管道时,应注意操作人员的安全,避免发生意外事故。
泥水式盾构机盾构机,全名叫盾构隧道掘进机,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、拼装隧道衬砌、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“量体裁衣”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、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构,挤压式盾构,半机械式盾构(局部气压、全局气压),机械式盾构(开胸式切削盾构、气压式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异型盾构)。
现以泥水式盾构机(全称为泥水加压平衡盾构机)为例就其技术发展过程、技术特点等作介绍如下。
泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面;由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖;开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。
泥水式盾构机适用于各种松散地层,有无地下水均可。
采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法,在稳定的地层中其优点更加明显。
最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。
由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难,1874年,Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构,开挖出的土料以泥水流的方式排出。
1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利,该盾构以液体支撑开挖面,其开挖室是有压和密封的。
1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为 3.35 m的盾构。
1960年Schneidereit 引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面,而H.Lorenz 的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。
1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。
在德国,第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss & Freytag开发并投入使用。
1发展概况泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面;由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖;开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。
泥水式盾构机适用于各种松散地层,有无地下水均可2工作原理泥水式盾构机施工时稳定开挖面的机理为:以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定,同时,控制开挖面变形和地基沉降;在开挖面形成弱透水性泥膜,保持泥水压力有效作用于开挖面。
在开挖面,随着加压后的泥水不断渗入土体,泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中,可形成渗透系数非常小的泥膜(膨润土悬浮液支撑时形成一滤饼层)。
而且,由于泥膜形成后减小了开挖面的压力损失,泥水压力可有效地作用于开挖面,从而可防止开挖面的变形和崩塌,并确保开挖面的稳定。
因此,在泥水式盾构机施工中,控制泥水压力和控制泥水质量是两个重要的课题。
为了保持开挖面稳定,必须可靠而迅速地形成泥膜,以使压力有效地作用于开挖面。
为此,泥水应具有以下特性:(1)泥水的密度为保持开挖面的稳定,即把开挖面的变形控制到最小限度,泥水密度应比较高。
从理论上讲,泥水密度最好能达到开挖土体的密度。
但是,大密度的泥水会引起泥浆泵超负荷运转以及泥水处理困难;而小密度的泥水虽可减轻泥浆泵的负荷,但因泥粒渗走量增加,泥膜形成慢,对开挖面稳定不利。
因此,在选定泥水密度时,必须充分考虑土体的地层结构,在保证开挖面的稳定的同时也要考虑设备能力。
(2)含砂量在强透水性土体中,泥膜形成的快慢与掺入泥水中砂粒的最大粒径以及含砂量(砂粒重/粘土颗粒重)有密切的关系,这是因为砂粒具有填堵土体孔隙的作用。
为了充分发挥这一作用,砂粒的粒径应比土体孔隙大而且含量适中。
(3)泥水的粘性泥水必须具有适当的粘性,以收到以下效果:①防止泥水中的粘土、砂粒在泥水室内的沉积,保持开挖面稳定;②提高粘性,增大阻力防止逸泥;③使开挖下来的弃土以流体输送,经后处理设备滤除废渣,将泥水分离。
土体一经盾构机开挖,其原有的应力即被释放,并将产生向应力释放面的变形。
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理上海市土木工程学会1土压平衡盾构的结构原理1.1 土压平衡盾构的基本原理图1 土压盾构基本形状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2 土压平衡盾构种类面板式土压盾构辐条式土压盾构,不1.1.2. 构成系统采用土压盾构时,必须根据地层土质条件建立一个施工系统。
泥水盾构机工作原理
泥水盾构机是一种用于地下隧道建设的大型机械设备,工作原理如下:
1. 掘进:泥水盾构机通过前端的掘进机构将地面的土层削减、掘除。
通常采用的是刀盘掘进机构,其中刀盘上装有刀片,可以将土层破碎并向后方输送。
2. 排土:在掘进过程中,盾构机将削除的土层通过输送带或螺旋输送机送至机身后部的推进带上。
推进带采用连续运输方式将土层搬离掘进面。
3. 土壤支护:在掘进面周围,随着盾构机的推进,土壤会失去支撑,容易发生塌方。
因此,需要在掘进面前方喷射浆液或者封闭的混凝土璧墙进行支护,保持推进面的稳定。
4. 进口料斗和搅拌装置:盾构机的机身上设有进口料斗和搅拌装置,用于将土层和注入的泥浆混合,形成泥浆状的异质物料,便于输送出去。
5. 螺旋输送机和离心泵:通过螺旋输送机和离心泵,将土浆排放到隧道外。
螺旋输送机会连续地搅拌泥水并将其向后方输送,离心泵则将泥浆抽出并通过管道输送出去。
通过以上工作原理,泥水盾构机能够实现地下隧道的快速、安全、高效建设。