泥水平衡盾构泥水压力控制问题.ppt

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1、泥水平衡盾构泥水压力控制问题1.泥水平衡盾构的工作原理（1）泥水盾构是将一定浓度的泥浆，泵入泥水盾构的泥水室中，随着刀盘切下来的土渣和地下水顺着刀槽流入开挖室中，泥水室中的泥浆浓度和压力逐渐增大，并平衡于开挖面的泥土压和水压，在开挖面上形成泥膜或泥水压形成的渗透壁，对开挖面形成稳定挖掘。（2）泥水平衡理论中，泥膜的形成是至关重要的。①泥膜形成的机理：当泥水压力大于地下水压力时，泥水按照达西定理渗入土壤，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，从而形成泥膜。②泥水平衡的产生随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐

2、渐增强，泥膜的抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果，使开挖面保持相对稳定。2.泥水平衡的适用范围在软弱的淤泥质黏土层、松散的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、沙砾和硬土等地层，尤其适用于地层含水量大、上方有大水体的越江隧道和海底隧道的施工采用泥水平衡式盾构。该盾构适用的具体地质情况：（1）隧道上方有江、河、湖、海等大水体地层；（2）由粘性土、砂性土、粉土等多层互层构成的地层；（3）滞水砂层及其他松散地层；（4）高水压层和高承压水地层；（5）砾石直径不大但砾石数量多的地层。3.主要特点（1）在易发生流沙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；（2）泥水压力传递速

3、度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对周边开挖土体干扰少，地面沉降量的控制精度高；（3）盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；减少了电机车的运输量，施工速度快；（4）刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；（5）刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；（6）需要较大规摸的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。4.设备简介（1）盾构掘进机（2）掘进管理系统（中央控制室）（3）泥水处理系统（4）泥水输送系统（5）同步注浆系统5.泥膜形成的基本条件（1）最大粒径渗透系数与泥水最大粒径相匹配，超过一定粒径不能形成泥膜。（2）颗粒级配颗粒分布对泥膜形成有很大影响（3）泥水浓度提高泥水浓度会使

4、泥水屈服值升高，同时也加强了泥膜的稳定性。（4）泥水压力在高质量泥水条件下，增加泥水压力能提高开挖面的稳定。6.掘金主要参数的设定（1）切口水压的设定切口泥水压力应介于理论计算值上下限之间，并根据地表建筑物的情况和地质条件做适当调整。①切口水压上限值的计算Pfu=P1+P2+P3=rw×h+K0[(r-rw)×h+r×(H-h)]+20式中：Pfu—切口水压的上限值（kPa）P1，P2，P3—分别指地下水压力、静止土压力、变动土压力（kPa）h,H—分别指地下水位一下至隧道中心埋深、地面至隧道中心埋深（m）K0—静止土压力系数r,rw—土的容重、水的容重切口水压下限值计算Pf1=P1

5、+P2+P3=rw×h+Ka[(r-rw)×h+r×(H-h)]-2×Cu×+20式中：Pf1,P2—分别指切口水压力下限值、主动土压力（kPa）P1,P3—分别指地下水压力、变动土压力（kPa）Ka—主动土压力系数Cu—土的粘聚力7.泥水压力控制（1）直接控制型如下图流程管理。其中，用压力信号发送器No.2接受由P1泵送出的送泥压力，并送往泥水压力调节器，由自动调节来操作控制阀CV—3，通过调节阀的开闭进行压力调整。用压力信号发送器No.1接受开挖面泥水压力，并送往开挖面泥水压力保持调节器。在这里把它和设定压力的差作为信号送给控制阀CV—2，通过阀的开闭进行压力调整。（2）间接控制

6、型如下图，间接控制型的工作特征是由空气和泥水双重系统组成。在泥水盾构室里，有一道半隔板，前面充满泥浆，后面充满压缩空气，形成气压缓冲层。由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此调节空气压力，就可以确定开挖面上的支护压力。当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构推进速度变化，进出泥浆量将失去平衡，空气和泥浆接触面位置就会出现上下波动现象。根据液位传感器，可以根据液位的变化控制泥浆泵的转速，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定。当液位达到最高极限位置时，可以自动停止供泥泵，当液位到达最低极限位置时，可以自动停止排泥泵。空气室的压力是根据开挖面需要支护的泥浆压力而确定的，空气压力可

7、通过空气制动阀使压力保持恒定。同时由于空气缓冲层的弹性作用，使液位波动时对支护液也无明显影响。8.盾构出动时的切口水压盾构在出洞口建立泥水平衡，必须要具备较好的洞口止水条件，即防止大量泥水侵入井内，又能保证泥水舱的水压平衡与稳定，因此，止水装置的效果甚为重要。出动段施工时，由于盾构处于加固区域，切口水压的设定不宜过高。应用“盾构法隧道施工辅助决策系统”预测各类施工参数设定值，进行初步预测，再经过理论公式计算，得到切口水压设定值。9.盾构速度与泥水泥水压力控