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。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。,泥水平衡的产生随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强
2、，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）泥水压力传递速度快而均
3、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泥水
4、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。切口水压上限值的计算Pfu=P1+P2+P3=rwh+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+P2+P3=rwh+K
5、a(r- rw)h+r(H-h)-2Cu +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CV3，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CV2，通过阀的开闭进行压力调整。,（2）间接控制型如下图，间接控制型的工作特征是由空气和泥水
6、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
7、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制（1）盾构重启时，盾构操纵员必须检查千斤顶是否靠足，开始推进和结束推进之前的速度不宜过快，与泥水压力相匹配，保证开挖面的稳定和对地层的干扰。（2）一环掘进的过程中，掘进速度值应尽量保持
8、恒定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。泥水加压平衡盾构掘进是一个均衡、连续的施工过程，在掘进中要密切注意各个施工参数的变化情况，在掘进结束后根据采集到的各种数据进行分析，做出适当的调整，准备下一环的指令。,10.逆洗时的压力控制逆洗是掘进过程中较为常用的防止和消除排泥管吸口堵塞的方法。在掘进过程中如发现排泥不畅，应及时转换至“旁路”状态。如发现吸口堵塞，必需进行逆洗清除障碍物，每次逆洗的时间应控制在23分钟以内。逆洗时应提高排泥流量，但不能降低切口水压，整个逆洗过程中必须密切注意开挖面的稳定情况。,11.管路延长时的泥水压力调节在盾构推进过程中，进排泥管路需不断伸长，管阻亦随之
9、增大。为了保证保证切口水压力稳定和管道中恒定的流速，排泥泵转速应随时做相应改变，因而排泥泵必须自动调整。当泵满足不了要求，必须增加泵的数量，做好各个泵之间的协调和自动化控制。为了保证切口泥水压力和盾构掘进质量，在进、排管路上分别装设流量计和密度计，及时检测，及时反馈数据，调节水压。,12. 江河湖海底的盾构泥水压力控制控制切口水压波动范围。当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面水压下向前推进，同时，适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构尽早穿过冒浆区。当冒浆严重不能推进时，适当降低开挖面切口水压，提高泥水密度和粘度，为能使盾构向前推进，检查盾构掘削干砂量，确认有无超挖；掘进一段距离后，进行充分的壁后注浆；将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。,谢谢大家！,
