土压盾构和泥水盾构施工工艺分析

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/9/5,中铁隧道集团二处有限公司,#,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构和泥水盾构施工工艺分析比较,2018,年,8,月,25,日,土压盾构机,中铁隧道集团二处有限公司,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。,中铁隧道集团二处有限公司,土压平衡盾构的基本配置,刀盘,刀盘驱动,刀盘支承,渣土改良系统,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,土压平衡盾构出渣系统的组成,土压盾构的出渣系统由三大部分组成,渣土改良系统,螺旋输送机,皮带输送机,渣土改良系统,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，通过添加膨润土及泡沫，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。,螺旋输送机,螺旋输送机由伸缩筒、出渣筒、液压马达、螺旋轴、出渣闸门组成。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。,皮带输送机,皮带输送机将渣土从螺旋输送机的出渣口运到渣车内,。,泥水盾构机,中铁隧道集团二处有限公司,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。,中铁隧道集团二处有限公司,泥水平衡盾构基本配置,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。,泥水平衡盾构泥水系统的组成,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,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。,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。,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构和泥水盾构工作原理比较,土压盾构,土压平衡盾构机是利用安装在盾构机最前面的全断面切削刀盘，使正面土体切削下来进入刀盘后面的储留密封舱内，并使仓内具有适当压力与开挖面水土压力保持平衡，以减少盾构机要推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降。在出土时，由安装在密封舱下部的螺旋输送机向排土口连续地将渣土排出。,泥水盾构,泥水平衡盾构机是在支撑环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支撑正面土体，并由安装在刀盘上的刀具切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排浆泵及管道输送至地面处理，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。,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构施工的基本特点,施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省技术措施费，并对环境无污染,可根据土压变化调整出土和盾构推进速度，易达到工作面的稳定，减少地层变形,对土体开挖能形成自动控制管理，机械自动化程度高、施工速度快,中铁隧道集团二处有限公司,泥水盾构施工的基本特点,泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量的控制精度高,在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业，无需用气压法施工,刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道的施工,盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；减少了电瓶车的运输量，施工进度快,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构地质适应范围,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。,中铁隧道集团二处有限公司,泥水盾构地质适应范围,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。,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构开挖面稳定机理,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。,中铁隧道集团二处有限公司,泥水盾构开挖面稳定机理,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。,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构和泥水盾构地表沉降控制方法对比,土压盾构,在掘进过程中刀盘土仓内土压进行控制；,对掘进过程中的恶劣地层进行控制以避免超挖；,土压平衡盾构通过渣土改良系统对土体进行改造以适应不同地质；,泥水盾构,在掘进过程中使用压缩空气对刀盘土仓内的泥水压力进行控制；,在掘进过程中可以对泥浆流量和密度进行控制以避免超挖；,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构和泥水盾构安全性对比,土压盾构,土压平衡盾构掘进时，土仓无法形成泥膜，特别是上部更是无法较好地形成压力，所以用土压盾构机的地表沉降比泥水更难控制。用土压平衡盾构进行隧道掘进沉降会较高，不利于地面建筑物的安全。,泥水盾构,泥水平衡盾构对地层的扰动小、沉降小。由于泥水平衡盾构利用泥水压对抗掘削地层的地下水和土压，与此同时泥水掺入地层形成不透水泥膜，所以掘削土体对地层的扰动小，沉降效果较好。泥水平衡盾构的压力控制精度较高，泥水压力的控制精度一般都在,0.01MPa,，地表沉降会低于,5mm,。,中铁隧道集团二处有限公司,泥水盾构的工程应用,京沈客专望京隧道,望京隧道位于北京市朝阳区内，盾构下穿首都机场高速、机场辅路、地铁,15,号线、,300,余口取暖热源井以及多处污水处理厂、高压塔架、多处居民区和高大建筑等重大风险源，沉降控制标准国内最高，施工及环境安全风险极大。通过对泥水盾构刀盘进行合理设计最终顺利贯通，且施工沉降仅为,0.68,毫米，创造了国内大直径盾构穿越既有建筑物沉降控制的最新纪录。,中铁隧道集团二处有限公司,土压盾构和泥水盾构经济性分析,中铁隧道集团二处有限公司,泥水盾构比土压盾构掘进整体费用更高,土压盾构与泥水盾构施工所不同的是，土压盾构施工需要在地面上安装一台门式起重机进行吊渣作业，隧道内需要用渣车进行渣土输送，相比较来说出渣设备购置或摊销费用较低。而泥水盾构施工需要一整套泥水处理系统，且该泥水价格较高，例如一套开挖直径,3m,左右的泥水盾构整套泥水处理系统原值为,400,万元以上。,泥水盾构因出渣效率低，所以每一环的掘进时间要比土压盾构长，各种油脂及制浆成本综合下来要比土压盾构施工所用的油脂及膨润土和泡沫等高一些。泥水盾构因有接力的泥浆泵，功率也要比土压盾构要高，因此消耗的电力成本也要高一些。,土压盾构和泥水其它指标对比分析,项目,土压平衡盾构,泥水平衡盾构,出渣,用电瓶车牵引渣车进行运输，由门吊提升出渣，效率低；渣土可以直接外运,使用泥浆泵这种流体形式出渣，效率高；然后需要进行泥水处理系统分离处理,推进效率,开挖土的输送随着掘进距离的增加，其施工效率也降低，辅助工作多,掘削下来的渣土转换成泥水通过管通输送，并且施工性能良好，辅助工作少，帮效率比土压平衡盾构高,隧道内环保,需要电瓶车运送渣土，渣土有可能撒落，相对而言环境较差,采用流体输送方式出渣，不需要矿车，隧道道施工环境良好,施工场地,渣土呈泥状，无需进行任何处理即可运送，因此占地面积较小；另一方面因地面需要不断进行吊渣作业，因此对周边设施场地有要求，高压线杆及其它建筑物会影响吊装作业,在施工地面需配置必要的泥水处理设备，占地面积较大；周边高压线及其它建筑物对泥水处理无太大影响,中铁隧道集团二处有限公司,谢谢,