土压与泥水盾构结构原理ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中铁隧道集团有限公司,2010.03.17,泥水盾构与土压平衡盾构结构原理,陈馈,中铁隧道集团有限公司泥水盾构与土压平衡盾构结构原理陈馈,1,第一篇 泥水盾构结构原理,第一篇 泥水盾构结构原理,2,提纲,1 泥水盾构的概念,2 泥水盾构的结构原理,3 泥水盾构的基本配置,4 泥水盾构开挖面稳定机理,5 泥水系统的作用和组成,6 地质适应范围,7 泥水盾构工程应用案例及视频,提纲1 泥水盾构的概念,3,1、泥水加压平衡盾构的概念,泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称SPB盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。,1、泥水加压平衡盾构的概念泥水加压平衡盾构（slurry p,4,2、结构原理,泥水盾构有两种体系。,泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同，泥水盾构分为:,直接控制型和间接控制型,2、结构原理泥水盾构有两种体系。,5,直接控制型泥水盾构,日本和英国一般采用,直接控制型,泥水盾构,直接控制型,泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。,泥水舱中的泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应，不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。,直接控制型泥水盾构日本和英国一般采用直接控制型泥水盾构,6,间接控制型泥水盾构,德国采用间接控制型泥水盾构，其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水舱内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。,地 层,刀盘,进泥管,排泥管,泥浆,压缩空气,连通管,压缩空气,泥模形成区,间接控制型泥水盾构德国采用间接控制型泥水盾构，其泥水系统由泥,7,两种体系的比较,间接控制型泥水盾构（+/-0.05bar ）与直接控制型泥水盾构(+/-1.0bar)相比，因间接控制型泥水盾构采用气压控制泥浆压力，气压具有缓冲作用，所以泥水压力的波动小,对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利。,两种体系的比较间接控制型泥水盾构（+/-0.05bar ）与,8,3、基本配置,泥水盾构主要由以下五大系统构成：, 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进的盾构掘进系统；, 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；, 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统；, 泥水分离处理系统；, 壁后同步注浆系统。,3、基本配置泥水盾构主要由以下五大系统构成：,9,4、开挖面稳定机理,泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；,对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。,4、开挖面稳定机理泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压的泥水,10,当泥水舱内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当泥水舱内的泥水压力小于地层压力和水压力时，地表将会下沉。因此泥水舱内的泥水压力应与地层土压力和水压力平衡。,当泥水舱内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当,11,泥水压力与水压力及土压力平衡,泥水压力与水压力及土压力平衡,12,泥水压力小于水压力及土压力之和,泥水压力小于水压力及土压力之和,13,泥水压力大于水压力及土压力之和,泥水压力大于水压力及土压力之和,14,5、泥水系统的作用和组成,泥水系统的作用,1 及时向开挖面的泥水舱提供盾构掘进需求的泥浆，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开挖面形成泥膜和稳定开挖面的要求；,2 及时把切削下来的土砂形成的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。,5、泥水系统的作用和组成泥水系统的作用,15,支护泥水的作用,支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：,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。,支承、稳定开挖面土体。,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。,对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作用。,支护泥水的作用支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：,16,泥水配比设计,主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成,膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性,CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度,纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒,泥水配比设计主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成,17,泥水的技术指标,泥水比重,为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥水处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜的形成。 一般的泥水比重在1.051.3范围内较适宜。,泥水的粘度,可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是采用,2540秒/500cc,左右值的泥水。,泥水的技术指标泥水比重,18,泥膜形成机理,类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。,类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成泥膜。,类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透，边形成泥膜。,泥膜形成机理类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。,19,泥水系统的组成,泥水盾构的泥水系统由四大部分组成,造浆分系统,泥水,输送分系统,泥水,处理分系统,泥水监控分系统,泥水系统的组成泥水盾构的泥水系统由四大部分组成,20,造浆分系统,包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统,盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构开挖面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。,当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液，使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。,拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。,造浆分系统包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统,21,泥水拌制系统,泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。,CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液,。,泥水拌制系统泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮,22,浆液调整分系统,浆液调整分系统具有新旧浆液搅拌调整功能，同时也起到贮存浆液作用。,回收的浆液经过盾构反复应用后，浆液的比重、粘度指标会不断发生变化，需要再次把切削土砂形成的混合泥浆通过新浆分系统分配的新浆重新进行浆液技术指标的调整。,浆液调整分系统浆液调整分系统具有新旧浆液搅拌调整功能，同时也,23,浆液调整系统,浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵和加水设备等组成，,调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水舱。,浆液调整系统浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余,24,泥水输送分系统,泥水输送分系统将调整浆通过送泥泵与送泥管道输送至盾构泥水舱。,刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通过排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理分系统进行分离。,泥水输送分系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套部件等组成，通过泥水监控分系统进行自动化操作。,泥水输送分系统泥水输送分系统将调整浆通过送泥泵与送泥管道输送,25,泥水处理分系统,泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗粒分离。,选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：,必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；,必须具有与推进速度相适应的处理能力。,采用振动筛作为首道初级分离，振动筛的作用是对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。粗颗粒的分离一般采用双层或三层振动筛。,泥水处理分系统泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水,26,旋流器,采用旋流器进行第二道分离旋流器的主要功能是将经过振动筛分离以后的中细颗粒浆液再次进行细化处理，逐次降低浆液粒径，一般采用多级旋流器进行处理。,旋流器的工作原理是依据水动力高速旋转产生的离心力达到处理目的，利用旋流泵在旋转过程使旋流器产生负压力，迫使旋流器内部悬浮的细微颗粒，通过离心作用产生螺旋式上升，通过上溢口被负压力挤出，浆液中粗重颗粒在自重的重力作用下落入下溢口弃浆槽内。,旋流器不同的内径和颈长比以及不同的工作压力，会起到不同的处理效果。,旋流器采用旋流器进行第二道分离旋流器的主要功能是将经过振动,27,泥水监控分系统,泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。,泥水监控分系统由PLC程序实现。通过泥水监控分系统的运用，随时为盾构施工提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。,泥水监控分系统以旁通模式、掘进模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式控制等五种不同的状态进行监控。,泥水监控分系统泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。,28,旁通模式,待机模式，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。这个模式也用于当盾构从一种功能切换到另一种功能时。特别是，旁通功能是用于安装管片的情况。,旁通模式待机模式，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。这个模式,29,掘进模式,开挖时使用此模式。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的排渣流量，对P1.1和P2.1的转速分别进行调整。调整P1.1泵的转速用以校正泥浆气垫界面液位达到所要求的值。,掘进模式开挖时使用此模式。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的,30,反循环,模式,这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特别情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理排渣管道。,反循环模式这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特别情,31,隔离模式,这个模式,使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔离的状态，但此时设在地面的分离厂的回路仍保持流通。这种模式常用于隧道泥浆管道延伸时的情况。,隔离模式这个模式使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔离,32,长时间停机模式,这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩空气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。,长时间停机模式这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开,33,6、泥水盾构地质适应范围,泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石、砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。,目前泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下水等的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎能适应所有的地层。,6、泥水盾构地质适应范围泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂,34,粘性土层,粘土矿物经相互间电化学结合而形成的粘性土层，近似变质了的琼胶块状体，由泥水比重和加压带来的力容易形成对开挖面的稳定，不论粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水盾构施工。,泥水盾构也适用于粉砂土地层施工,砂层,不含水的砂层由于漏浆，不能保持住对开挖面的加压和稳定。通常，在含有某一数量的粉砂土、粘土的冲积层中，几乎都有一定的含水量，全部都是细砂的地层是少见的，干燥的松弛砂也很少有，由于砂层内摩擦角有许多是在=28左右，所以大部分可用泥水加压来保持开挖面的稳定。松弛的含水量多的砂层，在其它盾构工法中很难保持土层稳定，可采用泥水盾构并提高其泥水比重、粘度和压力。,粘性土层,35,砾石层,对于水分多、不含有作为粘合剂的粉砂土及粘土等的砾石层和有大直径的砾石层，可采用泥水盾构施工，并在泥水舱内安装砾石破碎装置。,贝壳层,贝壳层很难称为一种土层，但含有水存在于土体中的贝壳很多，同上述砾石层一样更加坚硬，开挖面很难稳定，但使用泥水并用刀盘挖土就可以成为能适应的地层。,砾石层,36,泥水盾构能适用于各类地质的土层，对开挖面难以稳定的土质特别有效，还能克服地面条件和其它地下条件的因素所造成的种种困难，譬如上部是河或海等有水体的地方；有道路、建筑物的地方；适合于要减少沉降的地方等。在这些场所采用泥水加压盾构，无论在工法上还是经济上都是有效的,。,土压与泥水盾构结构原理ppt课件,37,7、泥水盾构的工程应用,东京湾海底公路隧道,日本于1998年建成通车的东京湾公路工程，全长15.1km，其中海底隧道长9.12km，由两条外径13.9m的单向公路隧道组成，采用了8台直径14.14m的泥水盾构施工,.,在海底隧道段的中间处筑造了川崎人工岛，从人工岛的竖井向东西两个方向推出4台盾构，在隧道的东端，也筑造了木更津人工岛，从此岛的竖井中向西推出2台盾构，这2台盾构与川崎人工岛竖井中向东推出的2台盾构在东侧海底地层中对接，川崎岛竖井向西推出的2台盾构与浮岛竖井中向东推出的2台盾构在西侧海底地层中对接。海底地形呈极平缓的船底形，中央最大海水深约28m。隧道段的土质，川崎侧以冲积粘性土、洪积粘性土为主体，木更津侧在冲积粘性土和洪积粘性土层中夹有洪积砂质土层；浮岛、木更津倾斜段为人造地基。,7、泥水盾构的工程应用东京湾海底公路隧道 日本于199,38,德国汉堡易北河第四隧道,易北河第四条隧道距原有隧道约3570m，全长3100.75m，其中2561m采用,14.2m泥水盾构施工。易北河第四条隧道1995年开工，1997年11月27日开始使用盾构，于2003年完工。,隧道掘进从南岸始发井开始，开始的500m段为填筑土（由砂、砾石和无级配回填物质结合各种垃圾组成）。中间的1000m为河下冰川物质层，由非常硬的粘土和砾石或砾岩混合而成。最后的1000m为易北河北部填筑层，土的状况与河中段相类似。,14.2m,泥水盾构,易北河第四隧道纵剖面示意图,北,德国汉堡易北河第四隧道易北河第四条隧道距原有隧道约3570,39,荷兰绿心隧道,长 7,176m的荷兰“绿心隧道”采用NFM公司制造的14.87m泥水盾构施工。穿越的地层为泥炭土、粘土和饱和砂层土 。“ 绿心隧道 ”于 2001年11月2日始发推进 ，于2004年1月7日贯通。最高月进尺为616m。,荷兰绿心隧道 长 7,176m的荷兰“绿心隧道”采用NFM公,40,上海长江隧桥工程,上海长江隧桥工程采用“南隧北桥”方案进行穿越，全长约25.5km。由上海隧道股份承建的上海长江隧道工程采用2台德国海瑞克公司制造的,15.43m泥水盾构施工,，,穿越长江南港水域8.9km。,详见视频,15.43m超大直径泥水盾构,盾构掘进与路面同步施工,上海长江隧桥工程 上海长江隧桥工程采用“南隧北桥”方案进行,41,第二篇 土压平衡盾构,1 土压平衡盾构的概念,2 土压平衡盾构的主要结构,3 土压平衡盾构的基本配置,4 刀具切削原理,5 开挖面稳定机理,6 地质适应范围,7 盾构施工视频,第二篇 土压平衡盾构1 土压平衡盾构的概念,42,1、土压平衡盾构的概念,土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土舱，使土舱和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土舱内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。,1、土压平衡盾构的概念土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔,43,2、土压平衡盾构的主要结构,土压平衡盾构主要由刀盘、刀盘驱动、推进油缸、人舱、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、同步注浆系统等组成。,2、土压平衡盾构的主要结构土压平衡盾构主要由刀盘、刀盘驱动、,44,工作原理,刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土舱，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,(详见视频),工作原理刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入,45,刀盘,刀盘,46,刀盘驱动,刀盘驱动,47,螺旋输送机,螺旋输送机,48,推进油缸,推进油缸,49,人舱,人舱,50,前盾,前盾,51,管片安装机,管片安装机,52,皮带输送机,皮带输送机,53,3、土压平衡盾构的基本配置,刀盘,刀盘驱动,刀盘支承,碴土改良系统,螺旋输送机,皮带输送机,同步注浆系统,盾尾密封系统,管片安装机,数据采集系统,导向系统,3、土压平衡盾构的基本配置刀盘,54,土压平衡盾构的刀盘,土,压平衡盾构的刀盘有两种形式：,1）面板式,2）辐条式,土压平衡盾构的刀盘土压平衡盾构的刀盘有两种形式：,55,面板式刀盘与辐条式刀盘比较,面板式刀盘强度大，且可设计开口关闭装置，在中途换刀时安全可靠，但开挖土体进入土舱时易粘结易堵塞，在刀盘上易形成泥饼。土体不稳定且没有开口关闭装置时也须带压作业或加固土体。,辐条式刀盘仅有几根辐条，土砂流动顺畅，不易堵塞。中途换刀安全性较差，需加固土体或带压进仓。,辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘较强；但结构强度较低，在风化岩及软硬不均地层或硬岩地层，宜采用面板式刀盘。,面板式刀盘与辐条式刀盘比较面板式刀盘强度大，且可设计开口关闭,56,刀盘驱动,驱动方式有三种,变频电机驱动,定速电机驱动,液压驱动,驱动部外形尺寸,中,大,小,后续设备,少,少,较多,效率,0.95,0.9,0.65,起动力矩,大,较小,较大,起动冲击,小,大,较小,转速微调控制,好,不能无级调速,好,噪声,小,小,大,盾构温度,低,较低,较高,维护保养,易,易,较复杂,刀盘驱动驱动方式有三种变频电机驱动定速电机驱动 液压驱动驱动,57,刀盘支承,刀盘支承方式有3种：,1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）,2）中间支承式（适用于中大型直径盾构）,3）周边支承式（适用于小型直径盾构）,中心支承方式,中间支承方式,周边支承方式,刀盘支承刀盘支承方式有3种：中心支承方式 中间支承,58,碴土改良系统,主要有膨润土添加系统和泡沫系统。,是盾构掘进的调节媒介。采用该系统，对于不同的地质条件，通过添加塑流化改性材料，改善盾构土舱内切削土体的塑流性，既可实现平衡开挖面水土压力，又能向外顺畅排土，拓宽了土压平衡盾构的适应范围。,碴土改良系统主要有膨润土添加系统和泡沫系统。,59,螺旋输送机,螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马达、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能：,1）将盾构土仓内的土体向外连续排出，,2）土体在螺旋输送机内向外排出的过程中形成密封土塞，阻止土体中的水分散失，保持土仓内土压的稳定。,3）将盾构土仓内的土压值自动与设定土压值进行比较，随时调整向外排土的速度，控制盾构土仓内实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。,螺旋输送机螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马达、螺旋轴、出碴,60,皮带输送机,皮带输送机,皮带输送机将碴土从螺旋输送机的出碴口运到碴车内。,皮带输送机皮带输送机,61,同步注浆系统,同步注浆系统的目的主要有以下三个方面：, 及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；, 凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，防止地下水或地层的裂隙水向管片内泄漏，增强盾构隧道的防水能力；, 为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，限制隧道结构蛇行，有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。,同步注浆系统同步注浆系统的目的主要有以下三个方面：,62,盾尾密封系统,盾尾密封系统是盾构正常掘进的关键系统，盾构法隧道施工所发生的安全事故常常在盾尾。铰接式盾构的盾尾密封系统包括铰接密封和盾尾密封,。,1)铰接密封,2),盾尾密封,盾尾密封系统盾尾密封系统是盾构正常掘进的关键系统，盾构法隧道,63,铰接密封,单排充气式 双排充气式,铰接密封 单排充气式,64,盾尾密封,盾尾止水采用钢丝刷密封装置，是集弹簧钢、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间供应油脂，以提高止水性能。,盾尾密封盾尾止水采用钢丝刷密封装置，是集弹簧钢、钢丝刷及不锈,65,管片安装机,管片安装机有2种类型。,机械抓取式,真空吸盘式,管片安装机管片安装机有2种类型。,66,数据采集系统,数据采集系统,“采集、处理、储存、显示、评估出现的与盾构有关的数据”。采用此系统，可输出环报、日报、周报等数据；有各种参数的设定、测量、掘进、报警以及历史曲线和动态曲线。所有采集数据均能保存下来，供日后分析、判断和参考,数据采集系统数据采集系统“采集、处理、储存、显示、评估出现的,67,导向系统,随时掌握和分析盾构在掘进过程的各种参数，是指导盾构正常掘进不可缺少的条件。,导向系统由经纬仪、ELS靶、后视棱镜、计算机等组成，能连续不断地提供关于盾构姿态的最新信息。通过适当的转向控制，可将盾构控制在设计隧道线路允许公差范围内。导向系统的主要基准点是由一个从激光经纬仪发射出的激光束，经纬仪安装在盾构后方的管片上。,导向系统随时掌握和分析盾构在掘进过程的各种参数，是指导盾构正,68,4、刀具的切削原理,切刀,切刀呈靴状，切刀的切削原理是盾构向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪切力和径向切削力，在刀盘的转动下，通过刀刃和刀头部分插入到地层内部，象犁子犁地一样切削地层。,4、刀具的切削原理 切刀切刀呈靴状，切刀的切削原理是盾构,69,在硬岩掘进中的刮碴作用,在硬岩中掘进时，切刀有利于碴土及时顺利地流入土仓中，起刮碴作用，因此，也称刮刀。,在硬岩掘进中的刮碴作用在硬岩中掘进时，切刀有利于碴土及时顺利,70,1断裂体 2碎断体 3密实承载,滚刀破岩机理,在硬岩中掘进时，采用滚刀进行破岩。,滚刀破岩属于滚压（也称挤压）破碎岩石。滚压破岩是一种破碎量大、速度快的机械破岩方法，其特点是靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。轴力P使滚刀压入岩石，滚动力矩M使滚刀滚压岩石，两者的共同作用使岩石得到连续的破碎。,1断裂体 2碎断体 3密实承载滚刀破岩机理在硬岩中,71,刀具磨损规律,盾构在向前推进时，推进油缸必须提供足够大的推力才能保证盾构前进。推进油缸的推力通过刀盘作用到地层，刀盘旋转时刀具正对地层的部分与地层之间将产生很大的摩檫力，磨料磨损是刀具正对地层部分的主要磨损形式。,刀盘通过旋转完成对地层的切削，刀盘旋转时中心点和边缘位置的线速度有很大的差异。刀盘旋转一圈，安装在距刀盘中心点3m位置的刀具是安装在距中心点lm位置的刀具所通过路程的3倍，从理论上讲在相同的工况下，lm位置上的刀具的寿命应是3m位置上的3倍。,刀具磨损规律盾构在向前推进时，推进油缸必须提供足够大的推力才,72,滚刀失效的主要形式,1）正常磨损,2）刀圈断裂,3）平刀圈,4）刀具漏油,5）刀圈剥落,6）挡圈断裂或脱落,滚刀失效的主要形式1）正常磨损,73,正常磨损,滚刀的正常磨损是指刀圈刃口宽度（或刀圈的高度）超过规定值的均匀磨损。此类磨损使用测量仪进行测量。正常磨损是刀具失效的主要形式。,刀具进行破岩时，随着刀圈磨损量的增加，刃口的宽度增加，当达到一定范围时会影响掘进速度，甚至不能再掘进。,正常磨损 滚刀的正常磨损是指刀圈刃口宽度（或刀圈的,74,刀圈断裂,掘进过程中，由于地层突然变硬或刀盘某些部件脱落或其他铁件卡在刀刃与地层之间，会导致刀圈局部过载而使刀圈应力集中发生断裂，同时刀圈与刀体配合过盈量未达到要求也会造成刀圈断裂。,刀圈断裂 掘进过程中，由于地层突然变硬或刀盘某些部,75,平刀圈,平刀圈也称弦磨，一般是由于刀具的轴承损坏或地层不能提供足够的摩擦力，滚刀不转动引起。因滚刀不能在开挖面上滚动，使刀圈呈现单侧磨损。平刀圈有3种形式。掘进过程中出现平刀圈如果没及时发现不但会加速这把刀的磨损，并且会造成相邻滚刀过载失效，从而迅速向外扩展，直到整个刀盘上的刀具全部失效。, 弦磨 多重弦磨 严重弦磨,平刀圈 平刀圈也称弦磨，一般是由于刀具的轴承损坏或,76,刀具漏油,油脂因密封损坏而从滚刀中泄漏出来。,造成刀具漏油的原因主要是地质条件发生急剧变化或换刀不合理造成刀具过载，或是因刀具轴承及浮动密封的寿命已达极限。,刀具漏油 油脂因密封损坏而从滚刀中泄漏出来。,77,刀圈剥落,刀圈表面掉落整块的碎片，而整个刀圈没有断裂，称为“刀圈剥落”。刀圈剥落是由于刀圈表面产生疲劳裂纹，逐步扩展导致微观断裂，因磨损而剥落。如果剥落块较小，一般不影响刀具的正常运转。,刀圈剥落 刀圈表面掉落整块的碎片，而整个刀圈没有断,78,挡圈断裂或脱落,挡圈（见下图）用于避免刀圈沿轴线方向的平行位移。如果挡圈断裂或脱落会引起刀圈位移。,挡圈断裂或脱落 挡圈（见下图）用于避免刀圈沿轴线方,79,5、开挖面稳定机理,土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持：, 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力，, 螺旋输送机调节排土量；, 适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。,土仓内的土压力应与地层压力和水压力相平衡。,5、开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合,80,土仓压力大于水压力及土压力之和，地面隆起,土仓压力大于水压力及土压力之和，地面隆起,81,土仓压力小于水压力及土压力之和，地面下陷,土仓压力小于水压力及土压力之和，地面下陷,82,6、土压平衡盾构地质适应范围,土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层等粘稠土壤的施工。该类型土壤在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土舱和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力和水压力。,土压平衡盾构用开挖土料作为支撑开挖面稳定的介质，要求具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。一般土壤不能完全满足这些特性，要进行改良。改良的方法通常为：加水、膨润土、粘土、,CMC,、聚合物和泡沫等，根据土质情况选用。,粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡盾构的土层，通过搅拌装置在土舱内的搅拌，即使十分粘着的土层也能变成塑性的泥土。,6、土压平衡盾构地质适应范围土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质,83,土压平衡盾构适用地质范围,随着含砂率的增加，加水就不能减小内摩擦角。对非粘透水性土层可以通过加泡沫进行改良处理。粒状结构中的气泡可以降低土浆密度，减小颗粒摩擦，使土浆混合物在较宽的形变范围内有最理想的弹性，以利于控制开挖面支撑压力。由于化学的和物理的粘着力的作用，加入适当泡沫的土料可以变得非常粘着，泡沫的,90,都是空气，而空气在几天后就会全部逃逸，土料可以恢复原来的稠度。,加泡沫技术用于含水土层还可抵抗较高的地下水压，它的发展可使土压平衡盾构也可用在原先只适于泥水盾构的土层中。泡沫混合物在使用后几天之内化学物质就会完全生物分解，不存在环境污染的问题。,土压平衡盾构适用地质范围随着含砂率的增加，加水就不能减小内摩,84,土压平衡盾构适用地质范围,虽然通过土层处理，土压平衡盾构的地质适应范围可以扩大到泥水盾构的应用领域，但不应将非粘性土层列在土压平衡盾构的应用范围之内。在细砂含量少的非粘性土层中，使用泥水盾构比土压平衡盾构有更大的优越性，应首选泥水盾构。,土压平衡盾构适用地质范围虽然通过土层处理，土压平衡盾构的地质,85,7、盾构施工视频,详见视频：土压平衡盾构施工与变形控制技术,7、盾构施工视频详见视频：土压平衡盾构施工与变形控制技术,86,谢谢大家,谢谢大家,87,