泥水加压盾构
第一节概述
泥水加压盾构最大的特点是，用有压泥水使开挖面地层保持稳定，施工时对土体搅动极小；盾构推进后，隧道上方地表的沉降量控制在10mm 以内，易于保护周围环境。此外，这类盾构靠泥水流体输送土颗粒间接出土，不设螺旋输送机等排土机械，且泥水可循环使用。
采用泥水加压盾构修筑隧道时，开挖面土体的稳定可分为推进时和停推时两种情况。推进时开挖面土体的稳定主要靠加压泥水保持。盾构停止推进时，因泥水压力消散与泥水中土颗粒沉淀，部分压力由刀盘面板承受。必要时可关闭进土槽口的闸门板，以提高支承能力。
盾构推进时决定开挖面土体稳定的因素有泥水压力、泥水质量和推进速度等，相比之下，泥水质量最为重要。就稳定地层的效果而论，泥水浓度和密度越高，稳定开挖面土体的效果就越好。通常情况下，可按以下指标范围控制泥水质量：
（1）重度：10.5～12.5（KN/m3）；
（2）粘度：20～40（s），漏斗粘度500/700mL；
（3）失水量：Q≤20mL（100Kpa，30min）；
（4）添加材料：粘土、膨润土、陶土＋CMC（1%）＋NaCO2（4%）。
在开挖面生成泥膜是有压泥水能使开挖面保持稳定的重要条件。土体开挖面能生成泥膜的条件主要是保持额定压力和采用规格泥水。通常，比土层侧向压力大一定数量的加压泥水在一定的渗流条件下，可在较短的时间内使开挖面土体的表面形成透水性很低的泥膜（或透水域），位于土层和加压泥水之间的泥膜，性能优于土层，使泥水压力可通过泥膜向土层传递，形成地层土水压力的平衡力。
实践表明，泥水加压盾构不很适用于疏松的卵石层和坚硬土层。在松散的卵石层中施工时，泥水压力并不稳定；而在坚硬的粘土层中开挖时，
粘土常会在刀盘和进土槽口上粘附，使施工变得麻烦。此外，在粘土含量很高的粘土层中施工时，有泥水分离成本高，代价大的缺点。一般认为，在砂性土为主的洪积层中，以及在不需要作泥水分离的工程中，采用泥水加压盾构才较为有利。在某些地表沉降控制要求很高的工程区段，也可优先考虑采用泥水加压盾构。在工程地质条件方面，这类盾构适用的情况为：（1）细粒土（粒径74μm以下）的含有率在粒径加积曲线10%以上；
（2）砾石（粒径2mm以上）的含有率在粒径加积曲线60%以上；
（3）自然含水量ωl>18%；
（4）无200mm～300mm粒径的粗砾石；
（5）渗透系数K<10-4m/s。
第二节盾构构造
泥水加压盾构由刀盘、泥水室、搅拌器、泥浆泵和泥水处理设施等主要部件组成。其中刀盘位于盾构前端，用于切削土体；刀盘后方为泥水室，由隔板和后方隔开，用于充贮有压泥水；泥水室内装有搅拌器，用于拌和进入泥水室的切削土体和稀泥水，使之成为水、土混合的浓泥水；泥浆泵用于泵送泥水，包括将稀泥水泵入泥水室及将浓泥水泵出地面；泥水处理设施设在地面，用于将水、土分离。
一、刀盘构造
泥水加压盾构常采用轮幅式刀盘，幅条上装有刀头，用于切削开挖面土体。大刀盘的支承形式有中心支承式和周边支承式两种。两种支承形式在使用中各有优缺点，对比分析见下表。
二、进土槽口
刀盘上设有面板，面板上开有用于使切削土体进入泥水室的槽口。进土槽口的形状和宽度因地质条件和盾构直径的不同而异。槽口的基本形状有“一”字形、“Y”形和“十”字形等，宽度一般为100mm～500mm。地层为砾石层和卵石层时，宽度应至少大于砾石的最大直径。槽口数量与盾构直径有关，直径较大时，一般在外圈增设槽口。
槽口启闭装置的构造形式有挡土板式、滑板式和转板式三种。
不同刀盘支承方式在构造上的性能比较表
三、刀盘扭矩
设计泥水加压盾构时，刀盘扭矩可按下述经验公式确定：
T c=αD3 （1）式中：T c—刀盘扭矩的设计值（KNm）；
D—盾构外径（m）；
α—系数，可根据地质条件，开挖距离等因素决定，一般取值
1.0～1.5。
除按上述经验公式计算外，确定刀盘扭矩时，还应考虑支承形式的影响，并按以下各式计算和校验：
1、中心支承式刀盘
T c＝T1+T2+T3 （2）式中：T1—土体切削阻力扭矩（KNm）；
T 2—刀盘与土之间的摩擦阻力扭矩（KNm ）；
T 3—纵向荷载下机械自身阻力的扭矩（KNm ）；
2、周边支承式刀盘
T c ＝T 1+T 2+T 3＋T 4+T 5 （3）
式中：T 4—径向荷载下机械自身阻力的扭矩（KNm ）；
T 5—刀盘密封摩阻力扭矩（KNm ）；
其余符号的含义同（2）式。进行上述计算后，将（1）式的结果与（2）、
（3）式的结果相比较，并以数值较大者为设计依据。
四、盾构推力
泥水加压盾构的推力用于在盾构顶进时克服外壁与周围土体的摩阻力，开挖面土体作用于盾构的正面阻力，管片与盾尾的摩擦力，以及后车架的牵引阻力等。
1、盾构外壁与周围土体的摩阻力
盾构外壁与周围土体的摩阻力主要是纵向阻力。由于泥水加压盾构的外壁带有泥浆，这项阻力的量值通常小于其他类型的盾构，但在实际计算时，一般仍按惯用公式计算。土体为砂性土时阻力F 1的计算式为：
μ～～π4
22111g e e e e P q P q P Dl F ++?= （4） 土体为粘性土时，计算式为：
F 1=πDlC （5）
式中：D —盾构外径（m ）；
l —盾构长度（m ）；
P e1—垂直土压（Kpa ）；
P e2—底部垂直土反力（Kpa ）；
P g —底部竖向自重反力（Kpa ）；
q e1—顶部侧压（Kpa ）；
q e2—底部侧压（Kpa ）；
μ—盾构外壁与周围土体间的摩擦系数，粘土和松砂为0.3，
硬粘土和密实砂为0.5；
C —地层土体内聚力（Kpa ）。
2、开挖面土体作用于盾构的正面阻力
泥水加压盾构的正面阻力由作用于开挖面的土压和泥水压组成。计算时，可将其取为作用于盾构中心点的合力P s ，故阻力F 2的计算式为：
F 2=P s =γw h 0+K 0[γt (H-h 0)+ γs h 0] （6）
式中：K 0—侧压力系数，一般取静止土侧压系数；
H —覆土层厚度，或松动圈高度（m ）；
h 0—地下水位高度（m ）；
γt —地下水位以上土体的重度（kN/m 3）；
γs —地下水位以下土体的重度（kN/m 3）；
γw —水的重度（kN/m 3）。
3、管片与盾尾间的摩擦力
管片与盾尾间的摩擦阻力F 3的计算式为：
F 3=n s W μs （7）
式中：n s —管片环数；
W —每环管片的重量（kN ）；
μs —管片与盾尾之间的摩擦系数一般在0.3～0.5的范围内取
值。
考虑到尚有其他可引起摩擦阻力的因素存在，且需有一定的富余量，设计时可将泥水加压盾构的推力F J 取两倍于以上计算结果，即为：
F J ＝2（F 1+F 2+F 3） （8）
也可按以下经验公式求得盾构推力F J ：
42D P F J J π= （9）
式中：P J 为单位开挖面面积所需的推力，取值范围通常为0.7～1MPa 。
第三节 盾构操作
一、泥水压力控制
泥水加压盾构推进时，开挖面土体的稳定性主要取决于泥水压力选择的合理性。合理的泥水压力值主要依据开挖面上地层的侧向土水压力确定。土层为砂性土或粘性土时，作用于盾构开挖面的侧向土水压力P s 可由公式计算，也可取用实测值。
施工区域的土体为砂性土时，可按（6）式计算土水压力的合力，并将泥水压力值P 取为：
P=Ps+α （10）
土层垂直压力P l 已知时，也可按下式直接计算泥水压力值：
P=P l K 0+α （11）
以上两式中，K 0为侧压力系数，α为施工因素的附加泥水压力值。α的大小可根据地层实际情况确定，通常取为0.02MPa 。由（10）、（11）式
计算得到的泥水压力值为用于施工管理的目标值。实际施工过程中，泥水压力的控制值常因受以下因素的影响而随时发生变化：
1、土体开挖量变动，引起排泥量发生变化；
2、泥水中土颗粒的含量发生变化，或重复进行的泥、水分离过程使泥水浓度和粘度产生变化，导致流体阻力随之发生变化；
3、盾构推进时，送、排泥水的管路不断加长，使流体阻力增大。
因此，施工中应随时注意调整泥水压力的控制值，使开挖面上的泥水压力值保持与目标值接近。盾构推进过程中，沿管道的泥水压力并非常量，而是变量。
盾构停止推进时，与之相关的泥浆泵均停止工作，靠工作面的截流阀呈关闭状态，使开挖面上的泥水压力自行降低，并与地下水压力相接近。鉴于仅靠刀盘常不足以使土层保持稳定，一般在主管路的阀部另接一根小口径支管路，从地面直接引入具有一定压力的静水，以使开挖面上的泥水压力仍与目标值接近。
泥水加压盾构操作时可能遇到的另一类情况，是有压泥水有时会经由密闭条件较差的盾尾密封环向盾构内泄漏，使开挖面上的泥水压力值低于目标值。因此，泥水加压盾构的盾尾一般设有封水性能较为理想的刷子状的密封环。
二、排土量计算与开挖面稳定条件
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 1 土压平衡盾构的结构原理 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
盾构法地铁施工工艺流程 袁存防 1 前言盾构法作为目前最为安全有效、品质兼优的城市轨道施工工艺，已经被绝大多数市政工程所青睐，在21 世纪中国社会、经济高速发展的时代，全国范围内各大中型城市都倾向于城市地铁及类似的市政工程的修建，因此盾构法施工在目前国内的市场不可估量。 盾构法施工糅合了传统和现代的各项技术革新，有着固定的施工工艺流程，包含了诸多施工环节，每一个环节或工序都必须有技术含量较高的专项方案指导施工，并辅以经验丰富的管理操作人员，才能充分发挥盾构法施工的优越性，实现工程的最大收益。现将盾构法地铁施工工艺流程总结如下，各分部、分项工程施工应参考专项方案。 2 场地规划 2.1 临建设施根据项目所在地政府和业主等上级主管部门的要求，确定临建设施所需板材和样式，围挡等临建应当和项目所在地同类项目一致建设。 生活区和生产区应该严格区分，并在场地内各显著位置悬挂安全生产标语。生活区应该包括办公区和住宿区，应合理规划，办公区要划分会议室和办公室，同时还要单独确定食堂和厨房位置，绝对避免安全隐患。 生产区应该设置进出口，并用专用围栏和生活区隔断，在进出口位置悬挂安全生产标语。生产区内应该合理规划库房和材料堆放地等。 2.2 临时设施（1）碴坑碴坑设置于始发井旁边，原则是利于出渣用吊机倾倒渣土，并便于土方车外运。碴土坑 采用 C20砼，底板及侧墙厚不低于30cm。每个碴土场四周设置挡碴板，碴土场总存碴能力》1500m3。 （2）管片堆放场根据盾构施工龙门吊设置情况，管片堆放场设置在吊机轨道之间，原则是利于吊机吊放，同 时考虑管片运输车便于进场。正式管片堆放场的管片存放能力》210块（35环）。 （3）砂浆拌合站结合盾构施工列车编组情况及盾构施工预留口位置，将拌合站设置在始发井入口区域内。拌 合站包括拌合楼、砂石料场、水泥储存罐、粉煤灰储存罐及砂浆储存罐。 砂浆拌合站场地全部钢筋混凝土硬化，并施作储存罐基础。 （4）冷却塔及砂浆中转站冷却塔及砂浆中转站设置在始发井出口位置附近，用H 型钢或工字钢搭设冷却塔放置平台。 （5）通风机通风机临时设置在盾构始发井出口位置，根据掘进情况，在过站后可在车站口位置另行设置。
针对本项目的特性技术方案简述 施工技术篇 一、工程概述 二、总体施工部署及施工思路 2.1 初步施工安排 2.2 总体计划 2.3 工程管理目标 2.4 施工的前准备工作 2.5 施工组织管理 2.6 项目施工总体思路及工艺 2.7 施工总平面图布置规划 三、重点、关键和难点工程的施工方案、工艺及其措施简述 3.1 重点、关键和难点工程分析及应对措施 3.1.1 城市中心区的和谐施工 3.1.2 交通疏解、管线改迁及征地拆迁对工程前期推进影响大 3.1.3 盾构始发与到达施工难度大 3.1.4 基坑安全施工 3.1.5 顶管施工重难点分析及应对措施 3.1.6 泥水盾构刀盘、刀具设计 3.2 本项目主要工程施工方案及工艺简述 3.2.1 竖井（工作井）施工 3.2.2 顶管施工 3.2.3 盾构施工 3.2.4 管道功能性试验 3.2.5 其他附属及机电安装工程 四、交通疏导方案规划 4.1 交通疏导原则及规定 4.2 交通疏解实施程序 4.3 交通疏解方案
五、地下管线及其他地上地下设施的保护加固措施 5.1 地下管线保护措施 5.2 建构筑物保护措施 六、施工保障措施 6.1 施工质量保障措施 6.1.1 质量目标 6.1.2 质量保证体系 6.1.3 质量保证制度 6.1.4 主要工程施工质量控制措施 6.2 施工安全保障措施 6.2.1 安全目标 6.2.2 安全保证体系 6.2.3 安全保证制度 6.2.4 主要工程施工安全控制措施 6.3 应急预案 6.3.1 应急救援中心的职责 6.3.2 信息报告及处理 6.3.3 应急决策及响应 6.3.4 应急救援的资源配置 6.4 文明施工及环境保护措施 6.4.1 管理体系 6.4.2 文明施工措施 6.4.2 环境保护措施 七、本项目拟配备的机械设备情况
隧道盾构掘进施工主要工艺 1、盾构始发与到达掘进技术 1.1 始发掘进 所谓始发掘进是指利用临时拼装起来的管片来承受反作用力，将盾构机推上始发台，由始发口贯入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。本工程中每台盾构机都要经过两次始发掘进，第一次是盾构机组装、调试完后从三元里站始发，第二次是盾构机通过广州火车站后二次始发。 1.1.1 始发前的准备工作 （1）始发预埋件的设计、制作与安装 盾构机始发时巨大的推力通过反力架传递给车站结构，为保证盾构机顺利始发及车站结构的安全，需要在车站的某些位置预埋一些构件。同时盾构机盾尾进入区间后为减小地层变形需要立即进行回填注浆，为了防止跑浆也需要在车站侧墙上预埋构件以实现临时封堵。 三元里车站始发预埋件大样及预埋位置如图：隧盾-施组-SD01、02所示。 （2）洞门端头土体加固 三元里车站隧道端头上覆2米厚〈8〉类土（岩石中等风化带），开挖后侧壁基本稳定。始发前不对端头进行加固。 （3）端头围护桩的破除 始发前需要对洞门端头围护桩予 以拆除，确保盾构机顺利出站。三元里 站端头围护桩厚1.1米，洞门预留孔直 径6.62米。计划对围护桩进行分块拆除 如图7-1-1。 环形及横向拉槽宽度50cm，竖向 拉槽宽度20cm，竖向槽沿围护桩接缝凿 除。 盾构机推进前割断连接钢筋，拉开 钢筋砼网片，清理石碴并处理外露钢筋 头，避免阻挂盾壳。围护桩拆除后，快 速拼装负环管片，盾构机抵拢工作面，避免工作面暴露太久失稳坍塌。拉槽 图7-7-1 凿除分块示意图
1.2 盾构机始发流程 盾构机始发前首先将反力架连接在预埋件的位置，吊装盾构机组件在始发台上组装、调试；然后安装400宽的负环钢管片，盾构机试运转；最后拆除洞门端墙盾构机贯入开挖面加压掘进。 盾构机始发流程见下图： 盾构机始发时临时封堵操作工艺流程如下： 安装反力架、始发台 盾构机组件的吊装 组装临时钢管片、 盾构机试运转 拆除端头维护桩 盾构机贯入开挖面加压掘进（拼装临时管片） 盾尾通过入，压板加 固、壁后回填注浆 端头地层加固 检查开挖面地层 始发准备工作 拆除端头围护桩 掘 进 安装螺栓、橡胶帘布板及钢压板 上拉压板，置于盾构机通过位置 盾尾通过始发口 下拉压板 盾尾同步注浆
①地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。 ②所用设备集成度高，技术含量高。 ③涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。 2、盾构法施工的优点 （1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。 在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。 （2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。 盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。 在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。
①需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂； ②施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大； ③盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m的隧道经济性差。 4、盾构施工工艺流程 4.1大流程：盾构总体施工流程 大流程：盾构总体施工流程 始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=约100m）→负环拆除及其它调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理准备验收。 4.2小流程：盾构掘进流程 准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→停止掘进→安装管片→回填注浆→准备下一环掘进。 开挖→出土→拼装→注浆。
精心整理大型泥水盾构施工中的 泥 水 分
第一章绪论 一、泥水加压式盾构及其泥水分离处理系统概述 盾构法施工已有170余年历史，随着科学水平的不断提高，盾构技术也得到不断发展和完善。至今，盾构已发展成为软土地层修建隧 施工提供了广阔的舞台。 泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后
形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。在地面调整槽中，将泥水调整到合适地层土质状态后，由泥水输送泵加压后，经管路送到开挖面泥水压力室，泥水在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆，再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥水，根据土砂颗粒直径，通过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱 在实际施工中，泥膜的形成是至关重要的。当泥水压力大于地下水压力时，泥水理论按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，在“阻塞”和“架桥”效应的作用下，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的渐渐推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力远大于正面
土压时，产生泥水平衡效果。 2、泥水管理控制 （1）、进浆泥水指标 泥浆能否在渗入土壤时形成优质泥膜，能否稳定切口前方土体， 泥水的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不易过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。 泥水比重的范围应在1.15～1.30 g/cm3，下限为1.15 g/cm3，上限根据施工的特殊要求而定，在砂性土中施工、保护地面建筑物、盾构穿越浅覆层等，可达1.30 g/cm3。甚至可达1.35 g/cm3。
施 工 技 术 CON STRU CT I ON T ECHNOLO GY 2001年2月 第30卷 第2期 [单位地址]上海市漕溪路201号 200233,电话:(021) 64387243—39,主要完成者:华学新、丁志诚、周文波、曾林鹤、任 道真。 泥水加压平衡盾构工法 (YJ GF 02-98) 上海隧道工程股份有限公司 [中图分类号]TU 621;TU 94+1[文献标识码]B [文章编号]100228498(2001)022******* Con struction M ethod of M ud -wa ter Pressure -add i ng Ba lance Sh ield (JGF 02-98) S hang ha i T unnel E ng ineering S tock Co .,L td . 泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的泥水工法中发展起来的,它起源于英国,日本代表着当今世界的新潮流。上海隧道工程股份有限公司于1994年引进了日本设计并制造的 11220mm 大型泥水平衡盾构,并将其运用于延安东路隧道南线的圆隧道施工,其中《超大型泥水平衡盾构施工参数及地面沉降控制研究》等几项科研项目获得1997年上海市科技进步奖。 1 特点 粘性土层具有平衡效果好、施工速度快、质量和精度更高的特点。泥水加压平衡盾构具有以下特点: (1)在不稳定的地层中当开挖面受阻时,采用泥水加压 能使开挖面保持稳定,确保施工安全。 (2)在水位以下挖掘隧道,能在正常大气压下进行。(3)不会发生气压盾构那样的跑气喷发危险。 (4)对于气压盾构无法施工的滞水砂层,含水量高的粘 土层及高水压砾石层,泥水盾构均能进行施工,其适应土质的范围较广。 (5)由于采用了水力机械输送泥浆,管道占用空间小,故 井下作业环境好,作业人员的安全性高。 (6)可分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。2 适用范围 选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水,因此,施工水源要充足,还需要一套泥水处理系统来辅助施工。该工法适合在多种土层中掘进隧道。 泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D 的厚度,如果超过此范围,需采取特殊技术处理。 3 工艺原理 311 泥水加压平衡盾构 泥水加压平衡盾构与土压平衡盾构相比较有两点不同:①由技术特点决定了改土压舱为泥水舱;②由于出土形式的改变,省去了螺旋输送机,因此,盾构内部的空间扩大了许多,给设备的保养、维修带来了极大的方便。 312 工作原理 泥水加压平衡盾构工作原理如图1所示。图中M V 阀一般常闭,V 1…V 5阀为状态互换阀,通过阀的切换,分别形成循 环、推进、逆洗等三种状态。 由P 1泵将满足施工的泥浆从调整槽内送入盾构泥水舱,使泥水舱内保持一定的浓度、压力,推进时利用盾构前部的刀盘旋转切削,将正面土体切削下来的原状土以条状或块状通过挤压进入泥水舱,经过搅拌器充分搅拌,由P 1… P n 泵输送到泥水处理站,再从 混合泥浆中回收大部分泥浆进行调整进入调整槽重复利用,另一小部分劣浆或干土外运。 图1 泥水加压平衡盾构工作原理 值得注意的是在开挖面无论是推进阶段还是拼装阶段始终保持着一层泥膜,当刀盘刀头将泥膜切削后,新的泥膜很快形成,周而复始,即这层泥膜始终保持着开挖面的稳定。 4 工艺流程 施工准备(包括泥水系统、同步注浆、中央控制室等设备安装)→盾构就位、调试→系统总调试→盾构出洞→盾构推进、同步注浆(施工参数的采集与调整)→管片拼装→盾构进洞→拆除盾构、车架及其它设备→竣工。 5 施工要点 泥水盾构的施工要点基本类同于其它盾构,除了一些共性外,还需掌握以下要领。 511 泥水管理 泥水管理就是对泥浆质量的控制,即对泥浆四大要素的调整。四大要素为:最大颗粒粒径,粒径分布,泥浆水密度和泥浆水压力。 (1)泥水配合比 出洞初期要配制大量的工作泥浆。工 作泥浆的配制分2种,即天然土泥浆和膨润土泥浆,前者成本低,但在天然粘土中或多或少存在些杂质、粉砂等,故质量不太高;后者成本高,但浆液的质量可得到保证。 天然土泥浆配合比(重量比)为天然粘土 C M C 纯碱 水 =400 212 11 700。 膨润土泥浆配合比(重量比)为膨润土 C M C 纯碱 水= 330 212 11 870。 泥浆质量指标如下:泥浆密度112g c m 3;泥浆粘度30s (漏斗粘度);析水率<5%;颗粒<74Λm 。 8 4
盾构机主要部件组成及施工工艺 雷宏 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。 盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。 1、刀盘和刀具 刀盘：根据北京地铁特殊地质条件设计。辐条式刀盘，开口率约为50%。6个刀梁。刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，确保刀盘的耐磨性。刀盘具有正反转功能，切削性能相同。 刀具：中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保径刀24把；合计：143把。另配超挖刀2把。 2、盾体 盾体钢结构承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。 盾体包括：前盾、中盾、盾尾。 ●前盾 前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的前闸门。前盾的隔板上装有土压传感器。 ●中盾和盾尾 中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。 中盾内布置有推进油缸、铰接油缸和管片安装机架。中盾的盾壳园周布置有超前钻孔的预留孔。
中盾和盾尾之间通过铰接油Array缸连接，两者之间可以有一定的 夹角，从而使盾构在掘进时可以 方便的转向。 盾尾安装了三道密封钢丝刷 及8个油脂注入管道、8根内置 的同步注浆管道（4根正常使用4 根注浆管为备用）。 3、主驱动系统 主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖 车上的主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓与主轴承的内齿圈联接在一起，刀盘 驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。 主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。 4、推进系统 盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括32个推进油缸 和推进液压泵站。推进油缸按照在圆周上的区域分为四组，顶部3对油缸一 组、左侧4对油缸一组、右侧4对油缸一组、底部5对油缸一组。油缸的后
大型泥水盾构施工中的 泥 水 分 离 处 理 系 统
第一章绪论 一、泥水加压式盾构及其泥水分离处理系统概述 盾构法施工已有170余年历史，随着科学水平的不断提高，盾构技术也得到不断发展和完善。至今，盾构已发展成为软土地层修建隧道的一种专用施工机械，盾构施工法也已成为当今城市隧道和地铁工程中不可缺少的一种施工法。 为了满足城市隧道建设的地表沉降控制和加快施工速度，泥水加压式盾构逐渐发展并成熟，泥水加压式盾构用泥浆代替气压，用管道输送代替轨道出土，加快了掘进速度，改善了劳动条件和施工环境，能较好地稳定开挖面和防止地表隆陷，成为当今一种划时代的盾构新技术。 1996年，上海采用直径11.22m泥水加压式盾构，成功穿越7m 浅覆土河床和4.2m超浅覆土软土地层，完成延安东路南线水底公路隧道施工，标志着中国隧道施工技术已达到国际先进水平。 近来，上海市相继开始建设大连路和复兴东路越江隧道工程，并采用直径11.22m泥水加压式盾构施工，为该施工工艺在软土地基中施工提供了广阔的舞台。 泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后
形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。在地面调整槽中，将泥水调整到合适地层土质状态后，由泥水输送泵加压后，经管路送到开挖面泥水压力室，泥水在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆，再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥水，根据土砂颗粒直径，通过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱水后，排去分离后的水，经调整槽进行再次调整，使其成为优质泥水后再循环到开挖面。 二、泥水平衡机理及指标 1、泥水平衡机理 泥水平衡盾构是在切削刀盘与隔板之间形成的密封舱中，注入满足施工要求压力的泥浆，使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的大刀盘切削土体表层泥膜，由刀盘开口进入密封舱与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排泥泵及管道输送至地面进行处理，整个过程通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡自动控制系统统一管理。盾构掘进机设有操作步骤设定，各操作步骤间设有联锁装置，制约因误操作而引起事故，施工安全可靠。 在实际施工中，泥膜的形成是至关重要的。当泥水压力大于地下水压力时，泥水理论按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，在“阻塞”和“架桥”效应的作用下，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的渐渐推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力远大于正面
泥水盾构泥水系统技术 傅德明 上海申通地铁集团公司 2010.3 1 泥水盾构简介 ?1818年，英国的布鲁诺从蛀虫钻孔得到启示，提出盾构掘进隧道设想。 ? 1825--1843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧（11.4m× 6.8m）。 ? 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。
1874年Greathead提出泥浆盾构专利 1896年，开始应用刀盘式盾构掘进机 不 ?20世纪60年代初，穿越不稳定和含水地层的隧道工程辅助技术有：降水法、气压 法、地层加固法和冻结法。 ?气压法最经济有效，由于安全和健康等原因，希望有一种能不干扰地面和使工人不 在气压下施工的隧道掘进机，欧洲国家提出“局部气压方法”，但这种对工作面不能提供不变的和有规则的支护。 ?英国隧道专家建议在隔舱板前用喷水“水力盾构”，但水不能支护开挖面，无法阻 止开挖面不停地流动。这种情况与充满水的挖槽相类拟，从而提出在开挖面用类同槽壁法的支护，这样就诞生了泥水加压盾构掘进机。 ?1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。 ?1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。 ?1987--1991年，英国、法国采用11台盾构掘进深50km长的英法海峡隧道，创造单 台盾构连续掘进21km的记录。 ?1989--1996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水加压盾构，掘进东京湾海 峡隧道，2条隧道各长9.4km。 英国体系泥水盾构
?1964年英国Mott, Hay和Anderson的John Bartlett 申请了泥水加压平 衡盾构掘进机原理专利(英国专利号1083322)。 ?1971年开挖直径4.1m、长140m的试验段。英国体系泥水加压平衡盾构掘 进机与同类德国体系相对照，其研制的特征是有长槽的鼓轮状的切削头、提取来自压力室的泥浆，有粗和细两套分离装置，以及以控制弃土出口压力(阀或泵)的方法保持开挖面的压力。当时，英国由于缺乏能适合促进这种技术的隧道工程，这种技术的发展受到了限制。 日本体系泥水盾构 ?日本工程师相信液体支护隧道开挖面的原理、他们称为“泥水加压平衡盾 构”(即泥水加压平衡盾构)。 ?1970年日本铁建公司在京叶线森崎运河下，羽田隧道工程中采用了直径 7.29m的泥水加压盾构施工，土质为冲积粉砂土层和洪积砂层，N值为2-50，施工 长度为865× 2条=1712延米，见图1。 ?直径7.29m泥水加压盾构掘进机，在隧道施工中获得了极大的成功，它是 当代时最大直径的泥水加压平衡盾构。 ?纵观日本在近30年的泥水盾构发展，自日本泥水盾构问世以来，泥水盾 构一直持续发展。
洞门加固 洞门凿除 反力架安装 接收托架安装 - 盾构机托架安装 盾构机下井 盾构机就位 初始掘进 参数调整 正常掘进洞门密封圈安装 盾构机到达洞门处车站围护桩凿除 洞门施工 总体流程图
浆液配制 废浆排放 沉淀池 废水排放、沉渣外运 水泥浆配制 - 测量定位 钻机就位 钻进造孔 终孔 合格 高喷台车就位 下管喷射 浆液喷射 旋摆提升 成桩 移机至下一孔位 图 1高压旋喷桩施工工艺流程图 不 合 格 废浆沉淀 硬化、外运
- 盾构施工主要工艺流程及操作要点 组装场地的准备 井下轨道及始发 基座的准备 吊机组装就位 后配套拖车吊装与管线连接 主机吊装与连接 安装反力架 主机定位及与后配套连接 空载调试 安装负环管片 负载调试 盾构机组装调试示意图
- 不合格 端头加固洞门端头土体检测始发托架、反力架整备 合格 合合格格 洞门第一次凿除安装始发托架 安装洞门密封盾构组装、安装反力架 洞门第二次凿除 安装负环管片 始发段试掘进 转入正式掘进 盾构始发施工工艺流程图
- 洞门端头地层检测到达掘进控制 不合格合格 刀盘抵至围护结构 土不 管片壁后二次注浆 不合格体用 加加 不合格 固固超前注浆 止水效果检查 补 充合格合格合格合格 加 固 洞门凿除 洞门密封安装 接收装置安装管片壁后二次注浆洞门注浆 盾构顶出 盾构主体出洞 后配套、盾构主体分离 盾构到达施工工艺流程图 ``
- 管片进场 不合格 管片退场管片验 合格 防水胶条粘 电线 油脂 水管 风管等材准备 砂浆地面拌 合格 抽检 隧道内运输 同步注浆 推进油缸推 拼装管片 管片位置调 拧紧管片螺 不 合 格 拧紧质量 不 合 格 粘贴验收 吊运下井 不 合 格 隧道水平运 盾构掘进 盾尾间隙量 掘下 进环 参管 数片 调型 整号 计选 划定 地面情况 地质情况 线路类型 掘进计划 地测 面点 沉坐 降标 监输 测入 螺旋机出土 皮带机运输 渣土排入渣 渣土外运 门吊提升出 泄入渣坑 进入下一环施工
掌握土压仓内土砂塑性流动性的方法 塑流化改良控制是土压平衡式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。 1．根据排土性状 取样测定（或根据经验目视）土砂的坍落度，以把握土压仓内土砂的流动状态。采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。 2．根据土砂输送效率 按螺旋输送机转数计算的排土量与按盾构推进速度计算的排土量进行比较，以判断开挖土砂的流动状态。一般情况下，土压仓内土砂的塑性流动性好，盾构掘进就正常，两者高度相关。 3．根据盾构机械负荷 根据刀盘油压（或电压）、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力等机械负荷变化，判断土砂的流动状态。一般根据初始掘进时的机械负荷状况和地层变化结果等因素，确定开挖土砂的最适性状和控制值的容许范围。 泥水平衡盾构掘进中泥浆的作用 泥水平衡式盾构掘进时，泥浆起着两方面的重要作用： 一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的；二是泥浆作为输送介质，担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。 因此，泥浆性能控制是泥水平衡式盾构施工的最重要要素之一。 泥水平衡盾构掘进对泥浆的性能指标要求 泥浆性能包括： 物理稳定性、化学稳定性、相对密度、黏度、pH值、含砂率。
土压平衡式盾构出土运输方法与排土量控制 土压平衡式盾构的出土运输（二次运输）一般采用轨道运输方式。 土压平衡式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。重量控制有检测运土车重量、用计量漏斗检测排土量等控制方法。容积控制一般采用比较单位掘进距离开挖土砂运土车台数的方法和根据螺旋输送机转数推算的方法。我国目前多采用容积控制方法。 泥水平衡式盾构排土量控制方法 泥水平衡式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量（干土量）控制. 容积控制方法如下，检测单位掘进循环送泥流量Q1与排泥流量Q2，按下式计算排土体积Q3：Q3= Q2－Q1 对比Q3与Q，当Q＞Q3时，一般表示泥浆流失（泥浆或泥浆中的水渗入土体）；Q＜Q3时，一般表示涌水（由于泥水压低，地下水流入）。正常掘进时，泥浆流失现象居多。 干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积 干砂量控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量V1与排泥干砂量V2，按下式计算排土干砂量V3，V3= V2－V1 对比V3与V，当V＞V3时，一般表示泥浆流失；V＜V3时，一般表示超挖。 盾构管片拼装成环方式 盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。 盾构管片拼装顺序 一般从下部的标准（A型）管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接（B型）管片，最后安装楔形（K型）管片。
泥水平衡盾构机施工总结 本工程是我单位常规直径地铁盾构第一次采用泥水盾构机施工。在施工、操作方面可借鉴经验不多，造成在施工中走过了不少弯路，出现了许多问题。泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口压力在技术交底范围内稳定和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。切口压力的稳定是保证地面沉降、安全掘进的前提条件，而盾构机姿态决定隧道走向是否与设计路线符合，成型隧道符合设计要求的先决条件。如果在掘进期间，切口压力不稳定，波动较大的话，轻则沉降较大，重则引起地面塌方。所以在操作泥水盾构机的时候，每一个操作手必须清楚的明白，保证切口压力稳定的重要性。而盾构机姿态是决定我们的施工是否按设计路线施工，如果出现姿态超限，轻则隧道管片出现错台、开裂、漏水等质量问题，重则需要联系设计单位和业主，进行调线。通过一年多的泥水盾构机施工经验，结合自己以前土压平衡盾构机的操作经验，对泥水盾构机的施工和质量控制方面的一些想法做如下总结。 一．工程概况： 东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）[2303A标：榴花公园站、茶山站～榴花公园站区间]土建工程施工项目，位于方中路上的茶山站后，正线隧道与出入段线隧道并行约100m由东向西穿越宽约200米的寒溪河，进入东岸大片农田（此时出入段线进入寒溪河东岸的东城车辆段）、通过中间风井及河西岸的数幢别墅后进入莞龙路。线路继续沿莞龙路前行，绕避了数架人行天
桥后到达榴花公园前的榴花公园站结束。 本标段起讫里程YDK2+298.728~ YDK5+502.598，包含1个明挖车站（【榴花公园站】）和1个区间（【茶山站～榴花公园站区间】），1条出段线盾构隧道（【中间风井~出段线盾构井】），1条入段线盾构隧道（【茶山站~入段线盾构井】）。其中正线段茶山站~榴花公园站区间左线起讫里程为：ZDK2+301.000~ZDK3+497.720、 ZDK3+653.485~ZDK4+118.812，左线长1662.041m; 右线起讫里程为：YDK2+298.728~YDK3+434.162、YDK3+601.659~ YDK4+110.000，右线长1643、775m；区间正线总长3406.628m。其中ZDK3+653.485~ZDK3+746.000、YDK3+601.659~ YDK3+690.000采用矿山法开挖，盾构管片衬砌。 二.操作注意事项： （一）泥浆粘度控制 在泥水盾构中，泥浆的作用有两种：维持开挖面稳定和运送弃土。泥水盾构机施工时稳定开挖面的原理为：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，控制掌子面变形和地面沉降；在掌子面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于掌子面。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的渣土以流体形式输送，经地面泥水处离处理设备分离，将处理过的渣土运至弃土场。 泥浆的比重和粘度等性能决定它稳定开挖面和携带渣土的能力。（1）泥浆比重 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
狮子洋隧道盾构施工技术 1工程相关简介 1.1 工程概况 狮子洋隧道广深港铁路客运专线的控制性工程，工程位于珠江入海口、虎门大桥上游，处于线路东涌站～虎门站之间，下穿珠江主航道——狮子洋水道，隧道工程全长10.8km，设计时速350公里，是我国首座水下铁路隧道，同时也是目前国内水深最深、长度最长、标准最高的水下盾构隧道，被誉为“中国铁路的世纪隧道”。 狮子洋隧道分为进口（SDⅡ标）、出口（SDⅢ标）两个标段，盾构隧道投入四台直径Φ11.18m气压调节式泥水平衡盾构机，采用“相向掘进，地下对接，洞内解体”方式组织施工。我中铁隧道集团承担狮子洋隧道出口标段（SDⅢ标）的施工任务，合同总价亿元。 SDⅢ标段工程包括引道敞开段180m，明挖暗埋段长597m，工作井长23m，明挖工程总长800m；盾构段左线长4450m，右线长4750m；另外，还包含敞开段雨棚、设备用房、11处联络通道和泵房等附属工程。左线正线长度 5.25km，右线正线长度5.55km。 盾构隧道采用预制拼装式管片衬砌，管片采用“5+2+1”双面楔形通用环管片，错缝拼装。管片内径9.8m、外径10.8m、管片厚度500mm、管片环宽2.0m，楔形量为24mm。盾构隧道以管片自防水为主，接缝采用两道弹性密封止水条防水。 隧道最大纵坡20‰，最小纵坡3‰。盾构隧道最大覆土52.3m，最小覆土7.8m；狮子洋水道最大水深26.4m，水深最大处的隧道覆土26.0m。隧道轨面最低点标高为-60.988m，与百年一遇高潮位的高差约64.2m。 盾构隧道大部分处于微风化泥质粉砂岩、砂岩和砂砾岩中，局部位于淤泥质与粉质黏土中，部分地段穿越软硬不均底层，并通过多处断裂带和风化深槽；穿越基岩的最大单轴抗压强度为，渗透系数达×10-4m/s，石英含量最高达%，岩石地层的黏粉粒（≤75μm）含量达%。地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，且具承压性，本标段隧道最大水压为。 本标段工程有工程规模大、设计标准高、涉及工法多、工期紧、工程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特点。同时，本工程存在明挖基坑地层软弱、长距离盾构掘进及刀具管理、高水压带压作业以及江底地中盾构对接与拆解等重难点。
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
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。
（建筑施工工艺标准）盾构施工工艺工法(土压泥水)
盾构施工工艺工法 0前言 盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 本施工工法中所描述的盾构分为两类：土压平衡盾构和泥水平衡盾构。 土压平衡式盾构是把土料(必要时添加泡沫、膨润土等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 泥水式盾构是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。 （2）本工法内容包括 ①主要内容 本工法的主要内容包括：盾构组装、调试作业，盾构始发作业，盾构正常掘进作业，盾构到达作业，盾构过站、调头作业，盾构拆卸、吊装、存放作业，刀盘刀具的检查与更换作业，施工运输作业，施工通风及洞内轨道、管线布置作业，盾构施工测量作业10部分。每部分按工序细分，各项作业按照紧前工序达到标准、适用条件、作业内容、作业流程及控制要点、作业组织、紧后工序- 2 -
等内容进行编制。 ② 总体施工流程图 盾构法隧道总体施工流程图见图1 ③ 盾构法隧道施工阶段划分及工作要点 图Ⅲ.1盾构法隧道总体施工流程图 施 工准备阶段 正 常 施工阶段 收尾阶段
第五章四、开罗泥水加压平衡盾构隧道 1 盾构选型 (1)工程概况 1975年，埃及政府启动了大开罗污水治理项目，邀请了近40家特别擅长于下水道工程和污水处理的国际公司，为整治尼罗河东、西两岸污水提出建议。 英国Taylor Binnie & Partners公司(它是由John Taylor财团，现名Acer John Taylor,和Binnie & Partners海外有限公司组建)联合埃及顾问工程师Abdal Warith博士，被选中负责东岸项目。 1979年TB&P提出了设计总方案，除了对现有系统作适当的改善外，主要为2010年预测流量提供一个综合的设计和监控系统。埃及政府审批了这个设计总 方案。 1978年下半年，美英顾问机构(Ambric)获得英国和美国政府的许可，它是 由英国TB&P和美国的两家咨询工程公司Camp Dresser & Mckee和Black & Vealch(国际)组成的一个国际财团。 1979年开始对该系统进行调研和设计。 最初设计包括对现有污水系统状况的较大范围的调研，调研预测人口的增长和分布、需水量和所产生的污水。这次调研揭示了尼罗河两岸的污水系统存在着严重的超负荷，它们的容量因沉积的砂砾和其它有害杂质而减小很多。 为了解决这些问题，新设计的系统根据最小平均估计流量，采取最小平均流速为0.6m/s，最小沉淀迁移量为200mg/l。 据此得出内径为1.2m和5m的污水管最小坡度各为1∶950和1∶1090，对 照1913年建造的内径1.6m的第一条污水总集管的坡度，其坡度只有1∶2500。 根据污水管道尺寸大小和管内底深度在18m和20m之间，新污水管道系统需采用隧道技术来建造。隧道法施工还能尽量减小对开罗市中心商业和居民生活 的干扰，否则用开槽埋管法施工将会带来很大麻烦，并需在施工中迁移大量有妨碍的地下管线。施工所需的出入口竖井井位均座落于新污水系统管线的关键点处，它既要与现有系统相连通，又要尽量减少对交通的干扰。 现场调查表明所有隧道都将设在地下水位以下，其中大部分穿过中砂到粗砂的地层，并含有粘土或粉砂夹层和透镜体，偶见砂砾和圆石。最南端隧道，位于Fostat下，将遇到含水的强度由中到弱的裂隙岩层。 细颗粒的土质再结合高地下水位，给竖井下沉和隧道施工带来了极大的困难，要求对隧道线路以及施工的形式和方法作特殊设计。 开罗处于高密度拥挤的环境，尽量减小地面沉降的要求是十分重要的(大多 数隧道施工技术不可能消除地面沉降)。只要有可能，隧道线路尽量布置在街道 下面。这样的线路布置，除了对处理沉降影响问题有利外，还能尽量减小财产购置和相应的法律问题。 顺着街道走向布置的隧道线路会产生出入口竖井之间的大多数隧道线形呈 曲线形。线路最小设计曲率半径见表34。 大开罗污水治理项目隧道曲率最小设计半
安徽砼宇新产品：泥水平衡盾构机 安徽砼宇特构科技有限公司是一家以生产混凝土管材、装配式检查井、装配式箱涵以及异型砼构件为主的高新技术企业。公司成立于2007年6月，专注从事新型混凝土构件研发、生产、销售和服务与非开挖管道施工项目。 多年来，企业一直以新产品研发并转化应用为目标，而经过近几年公司的不断努力、创新、发展，目前又一新产品项目——第一台直径1.5米F型顶进管道使用的泥水平衡盾构机诞生。这是公司由传统的水泥构件产品走向另一装备制造业高端行业的新的发展成果。 由于泥水平衡机器不需要开挖地面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，节省大量的投资和时间，这项技术的快速发展也使市政工程需敷设的大量上、下水道、煤气、电力、通信工程时，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低。是真正的无污染、高效率的施工技术。 机器通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，在机械式盾构的刀盘的后侧，其刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离场，经分离后泥浆重复使用。 8月31日，我公司泥水平衡机器已于上午11时在工友的协助下发往铜陵工地。建设单位为铜陵市义安区住房和城乡建设局，施工单
位为铜陵营造有限责任公司，使用项目于铜陵市东部城区钟鸣路。 产品技术参数 1、最大回转力110KN/m;回转速度2.8rp/m; 2、纠偏油缸数量4只；油压31.5MPa；行程50mm； 3、最大纠偏角度3° 产品具体参数
产品内部细节图：