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一、泥水盾构技术1、原理2、适用条件3、功能组成4、施工工艺流程二、泥水平衡盾构机操作1、泥浆粘度控制2、泥浆循环系统控制3、盾构机姿态控制4、其他操作三、操作质量控制1、管片选型控制2、管片拼装控制3、注浆控制四、掘进中常见问题的处理1、盾尾漏浆处理2、地表沉降处理3、渗漏水处理上海斯美科汇建设工程咨询有限公司盾构施工技术现代盾构机主要分为土压平衡式、泥水平衡式、硬岩式、复合式等类型。传统的盾构施工法大多有赖于气压、降水、注浆加固等措施来对付不稳定地层的局面,而泥水加压式盾构是用泥浆加压确保切削面稳定,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。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术1、原理2、适用条件3、功能组成4、施工工艺流程上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术1、原理泥水加压式盾构是在机械切削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板,它与刀盘之间形成泥水压力室,将加压的泥水送入泥水压力室,使泥水对切削面上的土体作用有一定压力,来达到开挖面的稳定。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的泥水分离系统,待土、水分离后,再把滤除切削土砂的泥水重新压送回压力室,如此不断循环完成切削、排土、推进。因为是泥水压力使切削面稳定平衡的,故称泥水加压平衡盾构法,简称泥水盾构。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司20世纪60年代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。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司20世纪70年代日本的泥水盾构机上海斯美科汇建设工程咨询有限公司日本的大直径泥水平衡盾构机上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术1、原理泥水系统的作用①及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求；②及时把切削土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。③泥水系统与盾构机的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质工况条件取决了不同的泥水系统模式。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术1、原理泥水加压式盾构开挖面土体是依靠泥水压力对开挖面上的水土压力发挥平衡作用以求得稳定。泥水压力主要是在掘进中起支护作用。此外,由于泥水中的粘粒受到上述压力差作用在开挖面形成一层泥膜,对提高开挖面的稳定性起到极其重要的作用,尤其在均匀系数较小的砂层中的稳定作用尤为显著。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术1、原理支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：①在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。②支承、稳定正面开挖面土体。③盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。④对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术2、适用条件泥水加压平衡盾构工法采用泥水加压平衡刀盘切削面,能使开挖面保持稳定,确保隧道施工安全,具有对地层扰动小和沉降小等优点。泥水平衡式盾构机工作特点：适应土层为中细砂、粗砂和砂砾石等各类软土地层。最适宜于开挖区难以稳定、滞水砂层、含水量高的松软粘性土层及隧道上方有水体的场合。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术2、适用条件泥水盾构对硬岩也有较强的适应性：◇⑴泥水盾构可以降低施工风险⑵采用泥水盾构能使现场施工条件要求降低：上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成泥水加压平衡盾构机主要由五大系统组成:(1)盾构掘进系统;(2)泥水加压和循环系统;(3)控制系统;(4)泥水分离处理系统;(5)壁后注浆系统。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(1)盾构掘进系统掘进系统包括泥水加压平衡盾构掘进部分和使其运转的动力设备、装载动力设备以及与掘进机同时前进的后方车架。泥水加压平衡盾构掘进部分由刀盘、盾壳、刀盘动力驱动马达、推进千斤顶和管片拼装机等设备组成。右图是Φ6260泥水平衡式盾构机主体结构简图上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(2)泥水加压和循环系统泥水加压平衡盾构的特征之一是将泥水送往开挖面,通过对开挖面加压使其达到稳定,并用流体输送砂土。泥水通过泥浆泵进行循环、加压、流体输送土砂、泥水分离后重新循环到开挖面,这一系统称为泥水加压、循环系统。泥水加压、循环系统的控制包括：泥浆循环模式的选择；泥浆循环参数的选择；泥浆中碎石的处理；管路的延伸。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(2)泥水加压和循环系统该系统需要达到以下两个目的:①流体输送掘削出来的土砂(含砾石);②控制开挖面水压的稳定。泥水在盾构机至泥水处理系统之间的循环是由泥水输送系统实现的,盾构机开挖下来的土砂进入切削仓,经搅拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至泥水处理系统,在泥水场进行处理,通过一次分离设备和二次分离设备将土砂从泥水中分离排除,分离后的泥水经调整密度,粘度等指标后再泵回开挖面,如此循环。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(2)泥水加压和循环系统泥浆循环模式包括：①旁通模式（待机模式）：拼装管片时用，将开挖面的泥浆隔离；②开挖模式：通过流量泵来控制泥浆的压力、流量；③反循环模式：泥浆逆向流动，在开挖室堵塞或清理管路时使用；④隔离模式：与地面泥浆系统完全隔离，在管路延伸时使用；⑤长时间停机：开挖室保压、此时泥浆液面自动校正。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司左图为新浆制作流程图上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(3)控制系统（含自动导向系统）泥水加压式盾构法,是用泥水加压密闭的开挖面,不能直观目视开挖面状态及切削状况。为此,采用PLC控制管理送排泥状态、开挖面泥水室压力以及泥水处理设备等运转状况来进行推测,以便及时处理突如其来的异常情况。泥水加压式盾构的控制管理系统,不是单纯的信息中心,而是作为整体运转所不可缺少的一个体系。将这些信息集中在一起并迅速作出反应的某一处理称为中央控制,操作人员的操作技能是兼下达土木、电气、机械等综合判断指令的技术于一体,并在数据分析中起到显著的作用。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(3)控制系统（含自动导向系统）控制系统通过对盾构掘进速度、切口水压、泥水密度、排泥流量等数据采集、分析来监视开挖面稳定状况,并通过调整泥水各项。性能指标确保开挖面的稳定。比如检查相当于一环的掘削土量,若发现比事先预定的土砂量(用钻孔采集的资料,根据含水率,土质等计算出来的土砂量)相差多,则说明开挖面稳定受到破坏,应立即采取提高泥水比重,增加泥水压力等适当的措施进行管理。控制系统含盾构机的自动导向控制，不另介绍。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(3)控制系统（含自动导向系统）左图为小松盾构机控制屏上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成小松盾构机的自动导向系统显示屏上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(4)泥水分离处理系统泥水分离处理系统是将切削下来的土砂形成的泥水,通过流体进行输出地面后,经分离成土砂和水,最后将土砂排弃的处理系统。在这个处理系统中,将大直径砾石和砂作机械筛分,小颗粒粉砂土、粘土胶体用凝集剂使其形成团粒后,采取强制脱水。通过一次处理分离大颗粒,二次处理分离小颗粒和泥水处理后,部分泥水再次与开挖面循环,其中泥水浓度的控制、开挖面稳定、泥水处理设备的运转以及弃土等所有各个环节,是作为泥水加压式盾构工法系统的一部分。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(5)盾尾壁后注浆系统盾尾壁后注浆的主要目的是控制地面沉降,防止向管片内漏水,使土压力作用均匀以及使管片组成的衬砌环早期稳定,防止管片上浮、侧移和错台。背填注浆方式,根据其实施时期可进行如下分类:a)同步注浆方式同步注浆与盾构掘进同时进行,通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管,在盾构向前推进盾尾形成空隙的同时,采用螺杆泵二管路(四注入点)同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术3、功能组成(5)盾尾壁后注浆系统b)即时注浆方式即时注浆是在每一环掘进完成后,从盾尾的管片注浆孔实施背填注浆的,以尽量缩短尾部空隙的发生和尾部填充时间的延迟。在特殊地段,如软弱土层和急转弯段,采用两套注浆系统同时进行盾尾同步注浆和管片即时注浆。c)补充注浆方式根据工程实际情况(如管片渗漏、隧道沉降等),可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次(或多次)背填注浆,控制滞后沉降,减轻隧道防水压力。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司一、泥水盾构施工技术4、施工工艺流程上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作1、泥浆粘度控制2、泥浆循环系统控制3、盾构机姿态控制4、其他操作上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口环压力在要求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。◇上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作1、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。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的弃土以流体形式输送，经泥水分离处理设备滤除废渣，将泥水分离。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。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作1、泥浆粘度控制⑴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，泥浆比重应比较高。◇一般情况下，在砂层中，泥浆比重要求偏大一些，在1.20~1.25g/cm3,在粘土层中应当偏小一点，一般在1.10~1.15g/cm3。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作1、泥浆粘度控制⑵泥水粘度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、砂粒在土仓内的沉积，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，经泥水分离处理设备滤除废渣，将泥水分离。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作1、泥浆粘度控制⑵泥水粘度泥浆粘度低，达不到携带弃土能力和稳定开挖面的要求，粘度太高会影响它的运输能力，易形成堵管。在掘进过程中，一般情况下，在全断面砂层中，粘度控制在35s~40s，上部有砂层，中底部为少量粘土时，粘度控制在25~30s,中上部是粘土层，下部有岩土层时，粘度控制在20-25s。在实际掘进中，应当结合地层分布情况、泥水分离系统的出渣情况、进出口泥浆粘度和比重的差值、泥水循环系统是否顺畅、地表沉降等原因综合考虑。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作2、泥浆循环系统控制泥浆循环系统控制受外界影响很多，有可控的，也有无法控制的。就可控的因素是：⑴地层因素地层的影响对切口环的压力最为关键，而我们泥浆循环操作的目的就是稳定切口环压力。不同的地层切口环压力需要值不一样，所以必须了解和熟悉在掘进状态下盾构机所处在的地层。当地层发生改变时，提前做好掘进数据记录，方便在相应的地层中寻求最佳的掘进状态。一般在进入不同地层前，做好技术交底，作出比较符合实际的、有效的交底，并在掘进中随时跟进交底的执行情况，切口环压力的计算应当在一个合理的范围，严格按交底进行操作。上海斯美科汇建设工程咨询有限公司二、泥水盾构机操作2、泥浆循环系统控制⑵泥浆循环液位的控制泥浆循环液位的上升与下降直观的放映出切口环压力的波动，客观的