1.3泥水加压平衡盾构分类

第一章 三、泥水加压平衡盾构分类

根据泥水加压平衡盾构中对泥水系统的压力控制方式的不同，泥水加压平衡盾构可划分为两种基本类型。

1直接控制型(日本、英国式)

直接控制型泥水系统流程图见图7，P1为 供泥浆泵，从地面泥水调整槽将压力泥水输入盾构泥水室，

供入泥水比重在1.05～1.25之间，在泥水室与开挖泥砂混合后形成厚泥浆由排泥泵输送到地面泥 水处理场。排出泥水比重在1.1～1.4之间。排出泥水通常要进过振动筛、旋流器和压滤机或离心机等三级分离处理，将弃土排除，清泥水回到调整槽重复循环 使用。

图7 泥水平衡盾构流程图(直接控制型)

控制泥水室的泥水压力，通常有两种方法：若P1泵为变速泵，即可通过控制泵的转速来实现压力控制；

若P1泵为恒速泵，则通过调节节流阀的开口比值来实现压力控制。

泥水管路中的泥水流速，必须保持在临界值以上，低于临界值时，泥水中的颗粒会产生沉淀而堵塞管路，尤其是排出泥水产生堵塞更为严重。在确定临界流速时，可按下式进行计算：

式中：

VL-临界流速(m/s)

FL-流速系数(根据颗粒直径和泥水浓度而定)，当颗粒直径大于1mm时，FL=1.34

g-9.8(m/s2)

ρ0-母液泥水比重，一般ρ0=1.05～1.25

ρ-固体比重

d-管子内直径(m)

在盾构推进过程中，进排泥水管路需不断伸长，管阻亦随之增大。为了保证管道中恒定的流速(大于临界流速)，排泥泵P2转速应随时作相应改变，因而排泥泵P2必须自动调整。当P2泵到达最大扬程时，再加

P3、P4接力泵。

要直接观察开挖面工况是十分困难的。为保证盾构掘进质量，应在进排泥水管路上分别装设流量计和比重计，通过检测的数据，即可算出盾构排土量。计算公式为：

式中：V-开挖排土量(m3)

t-花费的时间(min)

ρ0-排土比重(t/m3)

ρ1-供泥水比重(t/m3)

ρ2-排泥水比重(t/m) 3

Q1-供泥水流量(m3/min)

Q2-排泥水流量(m/min) 3

将检测到的排土量与理论掘进排土量进行比较，并使实际排土量控制在一定范围内，就可避免和减小地表沉陷。

2间接控制型(德国式)(见图8)

图8 泥水平衡盾构(间接控制型)

图 9为间接控制型泥水系统流程图，这种间接控制型的工作特征，是由空气和泥水双重系统组成。在盾构泥水室内，装有一道半隔板，将泥水室分隔成两部分，在半隔 板的前面充满压力泥浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。由于在接触面上的气、液具有相同 的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构推进速度变化，进出泥浆量将会失去平衡，空气和泥 浆接触面位置就会出现上下波动现象。通过液位传感器，可以根据液位的变化控制供泥泵的转速，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的支护泥浆压力而确定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定。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。因此间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便。 泥水加压平衡盾构间接控制型的工程实例：

1976 年，比利时昂维斯地铁工程因土层含水、砂土密集，有三种支护工作面的盾构供选购，一种是日本产的，一种是英国产的，最终是选择了由比利时公司和德国 Wayss & Treytag公司共同制造的盾构掘进机。这一工程计划包括四座长130m的矿山法施工的车站以及一条长约3.68km的单线隧道，隧道外径为

6.40m，内径为5.70m。

通常在松散岩石层采用大刀盘盾构开挖，然后作衬砌。但是，在开挖有松软土层和地下水时就产生了困难。由于考虑到沉陷因素的存在，就有必要在一些特别易沉陷地层控制地下水位，开挖应使用气压式盾构或泥水盾构。

由Wayss & Freytag公司生产的泥水盾构的原理，是在一定压力下将膨润土悬浮液支护工作面，就象槽壁法那样，把它注入开挖面与盾壳之间。悬浮液的压力匹配是借助 空气缓冲装置，它与体积变化、盾构泥水室内膨润土的耗损保持协调；再送膨润土，达到足以支护为止。然后通过关闭输送管道使压力基本保持不变，以适应周围土 层及地下水情况，见图9。

图9 比利时昂维斯地铁工程盾构泥水流程图

如果要检修机械设备、更换掘进机械或排除临时障碍，用压缩空气可绝对去湿。在盾构的上部设置了供施工人员进出的门。该盾构重210t，其长度与直径比～0.9。

在设计液体支护工作面时，盾尾密封是至关重要的，因为它沿着整个开挖长度向前移动，还要保证内部的压力。多年来的成果设计出了一种密封圈，它按要求可承受2个巴的压力。

由刀盘开挖下来的土与悬浮液搅合泵送至地面。在地面上，开挖土经同膨润土分离后除去，而支护液尽可能重新利用，拌以新的悬浮液，进行循环使用。

尽管土质条件很差，但土层的沉陷却微乎其微，一般区段的土表沉陷仅为15mm左右。由于沉陷值特别小，区段V就在区段IV下开挖，上下间距很小，但丝毫不影响质量。最终沉降值为30～40mm。 德国慕尼黑过伊萨河的地铁工程也有这方面成功的例子。