【導(dǎo)讀】盾構(gòu)法始于英國，自1925年布魯諾爾在倫敦泰晤士河下首次用一臺矩形盾構(gòu)開挖水底隧道以。來，已有170余年歷史。在一百多年中，世界各國制造了數(shù)以千計的各種類型、各種直徑的盾構(gòu)，盾構(gòu)掘。至今，盾構(gòu)已發(fā)展成為軟土地層修建隧道的一種專用施工機械，盾構(gòu)施工法也已成為當今城市。隧道和地鐵工程中不可缺少的一種施工法。壓施工技術(shù)來對付不穩(wěn)定地層的局面。泥水加壓式盾構(gòu)用泥漿代替氣壓，用管道輸送代替軌道出土，加快。體泥水加壓式盾構(gòu)完成地鐵車站施工，標志著當今國際泥水加壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展水平。面，這是泥水加壓平衡盾構(gòu)法的主要特征。首臺大直徑泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進機見照片1。離后的水，經(jīng)調(diào)整槽進行再次調(diào)整，使其成為優(yōu)質(zhì)泥水后再循環(huán)到開挖面。置進行測定，由此來推測開挖面情況。及高水壓礫石層，泥水加壓平衡盾構(gòu)也能進行施工；英國體系泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進機與同類德國體系相對照，其研制。它是當時最大直徑的泥水加壓平衡盾構(gòu)。

　　

【正文】 異。由于推進快，所以開挖面敞開時間短 土量的檢查是依照泥漿等 掘削土是由密度計、流量計進行自動檢查。自動操作推力、扭矩。要進行泥水壓力 、比重等管理，以保證開挖面穩(wěn)定。自動進行泥水管理 要檢查土量，進行對土壓和推力，掘削推力和排土 量等的管理。檢查扭矩 經(jīng)濟性 盾構(gòu)價格較便宜，但推進慢，人工費高，氣壓及其它費用大 盾構(gòu)價格便宜，但需要作泥土處理、搬運、棄土，還需要處理周圍擾動 掘削機裝渣機部分比手掘式貴，但推進快，棄土同手掘敞開型一樣 盾構(gòu)價格是手掘敞開型 2 倍以上，但長距離時是有利的，作業(yè)人員也少 盾構(gòu)價格是機械盾構(gòu)的 15 倍以上。當距離有 1km 以上時，和其它工法無差異 盾構(gòu)比泥水加壓更貴，但處理設(shè)備少，掘削土為泥土化，所以需要處理費 第三章 泥水加壓平衡盾構(gòu)法組成 第一節(jié) 盾構(gòu)掘進系統(tǒng) 第二節(jié) 泥水加壓和循環(huán)系統(tǒng) 第三節(jié) 綜合管理系統(tǒng) 第四節(jié) 泥水分離處理系統(tǒng) 第五節(jié) 盾尾壁后注漿系統(tǒng) 泥水加壓平衡盾構(gòu)法的最大特色之一是在隧道施工中在穩(wěn)定開挖面的同時，把盾構(gòu)掘進、輸送土砂、分離土砂與水、處理礫石等各方面的作業(yè)作為一個整體進行綜合管理，這些作業(yè)都是在一個流程內(nèi)進行。泥水加壓平衡盾構(gòu)流程圖見圖 23，大型泥水盾構(gòu)在地面設(shè)有泥水處理廠，見照片 2。 圖 23 泥水加壓平衡盾構(gòu)泥水流程圖 泥水加壓平衡盾構(gòu)自成一個體系并在一個流程內(nèi)完成各項作業(yè)，所以能夠安全施工。當發(fā)生異常情況時，這類盾構(gòu)掘進機還能快速轉(zhuǎn)換成敞開式掘進的顯著優(yōu)點。 泥水加壓平衡盾構(gòu)主要由五大系統(tǒng)組成： (1)盾構(gòu)掘進系統(tǒng)； (2)泥水加壓和循環(huán)系統(tǒng)； (3)綜合管理系統(tǒng)； (4)泥水分離處理系統(tǒng)； (5)壁后注漿系統(tǒng)。 照片 2 泥水處理廠概貌 第三章 二、泥水加壓和循環(huán)系統(tǒng) 泥水加壓平衡盾構(gòu)的特征之一是將泥水送往開挖面，通過對開挖面加壓使其達到穩(wěn)定，并用流體輸送砂土。這一系統(tǒng)稱為泥水加壓、循環(huán)系統(tǒng)。在用高比重泥水來謀求開挖面穩(wěn) 定的泥水工法中，進一步考慮加壓是泥水加壓式盾構(gòu)發(fā)展的技術(shù)進步。 泥水加壓平衡盾構(gòu)開始是用泥水來平衡水壓和土壓，并進一步研究了在松弛土層中加壓，已能處理較廣泛的土層。用加在密閉泥水中相同的壓力值加壓于開挖面，其壓力關(guān)系見圖 49。 圖 49 開挖面壓力關(guān)系圖 泥水通過泥漿泵進行循環(huán)、加壓、流體輸送土砂，泥水分離后重新循環(huán)到開挖面。 用普通泥漿泵送入泥水并將掘削的土砂排放到地面，但也可以利用對該泵的操作進行開挖面加壓。所用的泵有送泥泵和排泥泵 (根據(jù)揚程、輸送距離決定使用臺數(shù) )。對排泥泵應(yīng)作出一定轉(zhuǎn)數(shù)的規(guī)定 (即規(guī)定流速 )，對送泥泵應(yīng)變化其轉(zhuǎn)速，使其對開挖面進行加壓。一般情況下，如果將儲水槽設(shè)置在地面上，那么從該位置起到開挖面的高程落差所產(chǎn)生的水壓，即使不使用泵也可以對開挖面進行加壓。因此，當考慮 停泵以及故障的措施時，用高于地下水位 2m 的位置 (等于加壓 )，來防止因壓力降低所引起的對開挖面的影響，但這一措施只在緊急時使用，對于自動控制要求，原則上使用送排泥泵。 使用管路進行泥水輸送，若使用操作方便的輕量級管路，容易磨損，多數(shù)仍使用煤氣鋼管。 泥水加壓和循環(huán)使用的泵，需要達到以下兩個目的。 ①流體輸送掘削出來的土砂 (含礫石 )； ②控制開挖面水壓的穩(wěn)定。 在泥水循環(huán)系統(tǒng)中，如輸送的僅為砂、粉砂土、粘土，則可以認為是小土粒子在膠液中被懸浮后進行輸送；如輸送礫石，因礫石在 管道內(nèi)是邊沉淀邊沿管壁滑動，輸送受到管徑大小、泵的能力、泥水濃度等限制，所以僅能輸送約 50%管徑的礫石。該系統(tǒng)的流程圖見圖 50。 圖 50 泥水加壓平衡盾構(gòu)泥水循環(huán)系統(tǒng) 1 泥水加壓和循環(huán)系統(tǒng)設(shè) 計 泥水加壓和機械化系統(tǒng)的設(shè)計是考慮到在整個掘進中的最苛刻條件下進行輸送加壓而設(shè)計的。此外由于受到排泥泵能力的限制，故隨掘進距離 (輸送距離 )變長而要增設(shè)排泥泵數(shù)量。 (1)設(shè)計條件 ①參數(shù)設(shè)定 盾構(gòu)掘進機外徑 D(m)； 最大輸送距離 L(m)； 豎井深度 H(m)； 豎井到調(diào)整槽距離 l1(m)； 豎井到處理場距離 l2(m)； =h(m) 掘進速度 VS(m/min) 開挖面水壓控制范圍 Pmin～ Pmax(kg/cm2) 送泥水密度 γ 1(kg/cm3) 排泥水密度 γ 2(kg/cm3) 最大礫徑 (mm) ②掘削斷面積 A(m 2) A= π D2(包括超挖部分 ) ③土體含泥率α (體積 %) α =100W′ W′ =含水率 ④掘削土砂量 G(m3/min) G=A179。α179。 S ⑤送泥水濃度 C1(體積 %) γ 1由過濾試驗、流變試驗及其它因素決定。 (2)排泥管內(nèi)臨界流速的探討 流入管路內(nèi)泥水的流動式樣因粒徑、比重、流速而異。 若粒徑、比重一旦變大，則在水平管內(nèi)，由重力不同而產(chǎn)生管內(nèi)上下部濃度差，形成不均質(zhì)流動。若流速小，則會產(chǎn)生粒子沉淀。若高速運轉(zhuǎn)，則粒子會因躍動而成為混流，接近均質(zhì)流動。 杜朗德的臨界沉淀流速公式： 式中： VL— 臨界沉淀流速 (m/s2) FL— 粒子濃度和粒徑的常數(shù) g— 重力加速度 =(m/s2) D— 管路直徑 (m) Gs— 固體比重 γ — 泥 水密度 (kg/m3)(送泥水 ) 排泥水時使用流速 VZ VZ=～ (3)排泥管直徑 D2的決定 排泥管直徑由排泥土最大礫徑、泥水濃度等決定。通常，盾構(gòu)掘進機直徑和管路直徑之間關(guān)系見圖 51。 圖 51 盾構(gòu)掘進機直徑和送排泥管直徑之間關(guān)系 (4)排泥水密度γ 2的探討 ①排泥水流量 Q2(m3/min) ②送泥水流量 Q1(m3/min) Q1=Q2G ③排泥水濃度 C2(體積 %) ④排泥水密度γ 2(kg/cm3) 排泥水密度的使用范圍在 ～ 左右。由于輸送泥水密度超過 很困難，為了降低密度，就要增大管徑，加大流量。 ⑤送泥水流速 V1(m/s) 送泥泵為滿足對開挖面加壓所需的流量，常采用加大管徑、減小流速以減少壓力損失。一般與排泥水管徑相同，或略大些。 式中： V1— 掘削時的送泥水流速 (m/s) (5)壓力損失與泵、電動機的選定 ①送泥管必要揚程 H1(m) Hf1=L1179。 hf1 L1=L+H+l1+B 式中： Hf1— 送泥管損失水頭 (mm) L1— 送泥管長 (m) hf1— 相當于直徑 1m的摩擦損失水頭 (mm) B— 閥門、彎管接頭、彎頭管等相當于直管長 (m)，見表 15 λ 1— 摩擦系數(shù)， (λ 1= ) V1— 送泥水流速 (m/s) g— 重力加速度 (m/s2) D1— 送泥水管直徑 (m) β 1— 泥漿系數(shù) (比重 ) C— 管種系數(shù) 100～ 120 由此得： 式中： H— 豎井深度 (m) 相當于直管長 (m) 表 15 ②排泥管必要揚程 H2(m) Hf2=L2179。 hf2 L2=L+H+l2+B 式中： Hf2— 排泥水管損失水頭 (mm) L2— 排泥水管長 (m) hf2— 相當于 1m 直管的摩擦損失水頭 (mm) λ 2 — 摩擦系數(shù) V2— 排泥水流速 (m/s) D2— 排泥水管直徑 (m) B2— 泥漿系數(shù) (比重 ) 排泥泵的必要揚程為 H2=Hf2+H+h ③送排泥水泵的選定 用上述設(shè)定來選定適合的最經(jīng)濟的泵和電動機，見照片 照片 6，并由特性曲線表進行選定。但由于特性曲線表是清水時作出的，考慮因泥水濃度產(chǎn)生的揚程減少率后再做出選定。 照片 5 中間式排泥泵啟動器 照片 6 中間排泥泵 H=y179。 H0 式中： H— 泥水必要揚程 (H1， H2) H0— 清水揚程 y— 揚程減少率 Q2=x179。 Q0 式中： Q2— 泥水流量 Q0— 清水流量 x— 流量減少率 從上述條件中選定送泥泵 P1，排泥泵 P2，中繼泵 P3～ N，并用以下公式求出滿足 Q2條件的臺數(shù)來進行設(shè)置。 式中： N— 中繼泵臺數(shù) (臺 ) HP2— P2泵揚程 (m) HPh— 相當于一臺中繼泵的揚程 (m) ④輸送礫石 把礫石處理設(shè)備設(shè)置在盾構(gòu)掘進機體外的后方時，需要加大至后方的管路直徑，設(shè)置循環(huán)泵 P0，因為從開挖面到礫石處理設(shè)備處的流速要加大。其臨界沉淀流速 可按下述杜朗德公式計算： 式中： VL1— 臨界沉淀流速 (m/s) FL— 幾乎為 ； g — 重力加速度 (m/s2) D3— 由礫徑?jīng)Q定 (m) G5— 固體比重 γ 1— 送泥水比重 流量 Q3(m3/min)為 Q3= 179。 (～ ) 循環(huán)泵 P0所需流量 Q0為 Q0=Q3Q2 式中： Q0— P0泵流量 (m3/min) Q3— 開挖面～礫石處理設(shè)備間流量 (m3/min) Q2— 礫石處理設(shè)備以后的流量 (m3/min) 用以上數(shù)值來選定 P0泵。一般 P0泵揚程為 5～ 10m 左右。 ⑤軸功率和電動機功率選定 選定符合各種泵的電動機時，由于各個廠商具有各自的特色，所以都不相同，但一般公式如下： M′ =179。 M 式中： M— 軸功率 (kW) γ — 泥水密度 Q— 泵流量 (m3/min) H′ — 泵揚程 (m) η 0— 泵效率 z— 效率減少率 M′ 電動機功率 (kW) 一般 P P2泵采用變速電動機 ⑥其它注意事項 178。 葉輪片形狀、片數(shù) 178。 耐磨損性 178。 掘進速度、土砂量和管徑 178。 當開挖面壓力變動時，泵能瞬時應(yīng)變 178。 水冷式電動機 (或空氣冷卻 ) 2 泥水輸送設(shè)備規(guī)格計算實例 (1)設(shè)計條件 ①盾構(gòu)掘進機外徑 D： — 5850mm ②掘削距離 L： — 440m ③豎井深度 H： — 21m ④從豎井到調(diào)整槽距離 l1： — 60m ⑤從豎井到泥水處理場距離 l2： — 60m ⑥從 GL到輸出口高度 h： — 5m ⑦推進速度 Vs： — 5cm/min ⑧開挖面水壓控制范圍 p： — ～ ⑨送泥水側(cè)的液體規(guī)格 178。 液體種類泥水 178。 固體物真比重 ρ 1： 178。 液體比重 γ 1： ⑩土質(zhì)條件 178。 真比重 ρ 2： 178。 含水率 k： (體積 %)(含水比 60%) (2)送泥流量 Q1，排泥流量 Q2的探討 ①掘削斷面積 ② 土體的含泥率 α =100k=%(體積 ) ③ 掘削土砂量 G=A179。 =179。 179。 = ④ 排泥側(cè)體積濃度 C2=20%(體積 ) ⑤ 求 Q1， Q2公式 ⑥ C2=20%(體積 )時 Q1= Q2= ⑦ 送泥流量 Q1，排泥流量 Q2以及排泥濃度 C2的決定考慮到管內(nèi)臨界沉淀流速，由下列公式?jīng)Q定。