泥水盾构施工技术授课讲义.doc

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1、泥水盾构施工技术授课讲义目录一、前言1、泥水盾构产生2、泥水盾构发展3、泥水盾构的形式二、泥水盾构结构原理1、泥水盾构工作原理2、泥水盾构的结构3、泥水盾构法施工辅助设备三、泥水盾构选型1、盾构机形式和种类的选定依据2、机型选定四、泥水盾构的始发1、封门2、土体加固3、临时支撑4、洞门密封五、泥水盾构正常掘进1、泥水平衡模式下的操作2、复合模式下的操作3、泥水模式（欠压）4、掘进参数的控制六、泥水盾构到达管理1、到达前姿态控制2、管片拉紧3、洞门封门4、接收导轨安装5、土体加固七、泥水盾构施工过程中注意事项1、盾构始发2、盾构掘进

2、3、盾构到达注意事项前言1、泥水盾构产生最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而

3、H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。2、泥水盾构发展泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。日本的发展历程导致当今的泥水盾构，德国的发展历程导致水力盾构。以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型，如混合型盾构，悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。德国

4、和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构，直径为3.10m的样机取得经验后,1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。自此以后,日本的很多制造商生产了此型盾构。与欧洲相比,泥水盾构在日本使用很多。在欧洲,英国的Markham,法国的NFM及FCB公司等采用日本许可证,也制造了泥水盾构。德国的发展历程起始于1972年，德

5、国承包商Wayss及Freytag公司开发了水力盾构系统。1974年，其样机用于建设Hamburg港口下的Hamburg-Wilhelmsburg总管道，盾构外径为4.48m。当时还没有可靠的盾尾密封。这样一来整条隧道被加压。因为此型盾构是首次使用，很多修改事先未预料到。为了继续隧洞修建工程,采取了许多补救措施，解决了一些主要问题。第二次掘进着重解决了可靠的尾封，使得在最后的30m，采用了新的尾封后才达到隧洞内无压力的目的。当今水力盾构在欧洲市场占有很重要的位置,Herrenknecht，Howaldtswerke　Deutsch

6、e　Werft及Voest　Alpine　Bergtechnik等公司都是这类盾构最重要的制造商。1、泥水盾构的形式3.1　泥水盾构（日本体系）日本泥水盾构流体动力学的发展以及它们大量应用是由于日本沿海城市的地质特征。经常是水平层理并由江河及大海沉积物形成。泥水盾构是为在砂土及淤泥中应用而设计的，在很粘的粘土中应用受到限制,会导致孔口的堵塞。密实的卵石层则需要增加力矩克服作用于刀盘上的摩擦力。在小直径机器中由于增加力矩而考虑设置相应的驱动装置就非常困难。泥水盾构的主要特征是支护液的类型（正常时是粘土悬浮液）、刀盘设计及控制支护液压

7、力的方法。泥水盾构的刀盘是扁平设计的，而且几乎是封闭的，这样一来也能提供机械的开挖面支撑。为搬掉障碍物等，通往隧洞开挖面的通道只能经过几个开口，它们在运行时是被封闭的。通常刀具及齿具均为双排幅射布置，刀盘可在任一方向转动。土料经过窄长而平行的刀盘面开口进入开挖室，这些开口被调整到既能通过尽可能大的土石块，又能限制水力输运管道所不能通过的块体。图1　根据土层类型的泥水盾构适用范围根据所需的扭矩，切削刀盘采用中心轴形式、鼓型或中心锥型设计。支护液从开挖室的上部添加，土料与悬浮液的混合液由底部靠近搅拌器的地方排出。安装搅拌器是为了防止沉

8、淀以产生均匀的输送介质。在泥水盾构中，隧洞开挖面支护压力直接受开挖室中添加或排出泥水的影响。支护压力，在开挖室及输入泥水管中用压力传感器测量，并与计算出的支护压力的理论值相比较。悬浮液回路中的泵与阀也用同样的方法予以控制。因为不可能看到隧洞开挖面的