1、中铁隧道集团二处有限公司中铁隧道集团二处有限公司二二一五年十月一五年十月 郑州郑州二、泥水盾构的结构原理二、泥水盾构的结构原理五、泥水盾构操作技术五、泥水盾构操作技术三、泥水盾构各系统的组成三、泥水盾构各系统的组成一、泥水盾构简介一、泥水盾构简介六、泥水盾构常见问题处理方法六、泥水盾构常见问题处理方法四、泥水盾构地质适应范围四、泥水盾构地质适应范围 泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称SPB盾构或泥水盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水仓,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持
2、水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同，泥水盾构可分为:直接控制型和间接控制型 直接控制型泥水盾构工作原理为：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。地地 层层刀盘刀盘进泥进泥管管排泥排泥管管泥浆泥浆压缩压缩空气空气连通连通管管压缩压缩空气空气泥模形泥模形成区成区 间接控制型
3、泥水盾构的控制原理为：其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水舱内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。间接控制型泥水盾构（+/-0.05bar）与直接控制型泥水盾构(+/-1.0bar)相比，因间接控制型泥水盾构采用气压控制泥浆压力，气压具有缓冲作用，所以泥水压力的波动小,对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利。本文主要讨论间接控制型泥水盾构的操作及常见问题处理方法。刀盘刀盘
4、刀盘结构：六主梁刀盘结构：六主梁+六副梁；六副梁；开口率：开口率：40%40%刀盘的开口位置分散刀盘的开口位置分散均布，使盘面没有大面积的面板；均布，使盘面没有大面积的面板；扭矩传递：刀盘依靠四牛腿及两道扭矩传递：刀盘依靠四牛腿及两道环形圈梁传递扭矩；环形圈梁传递扭矩；刀盘开口形状设计利于碴土径向流刀盘开口形状设计利于碴土径向流动。动。刀盘正面图刀盘正面图2.1 2.1 刀盘主体结构：刀盘主体结构：碴土流动方向碴土流动方向根据已经成功的案例，除了在隔板上设计有中心冲刷装置外，在外环隔板上也配有冲刷装置，保证刀盘背部所有开口都有喷口能够覆盖到。冲刷装置为由扬程70m70m高压冲刷泵提供高压泥浆（
5、泵出口压力可调）。泥岩地段连续使用，在其他地段间断使用。根据已有施工以验，只要进浆压力大于泥水仓压力3bar3bar，即可将冲洗浆液送到刀盘背部，防泥饼效果较好。冲冲刷刷覆覆盖盖所所有有滚滚刀刀轨轨迹迹防泥饼措施防泥饼措施刀盘全断面冲刷系统刀盘全断面冲刷系统 采用液压驱动，2.6m进口轴承（德国Rothe Erde），驱动功率630kW，额定扭矩4500KNm，脱困扭矩5500KNm。扭矩系数18，扭矩储备较大。既可以在全断面风化岩地层提供高转速（最高4.5rpm），也可以在砂砾地层提供较大扭矩。630kW扭矩曲线扭矩曲线主驱动总成主驱动总成2.2 主驱动主驱动2.3 铰接装置和密封铰接装置和
6、密封中盾和尾质铰接处采用两道双唇密中盾和尾质铰接处采用两道双唇密封，密封性能可靠封，密封性能可靠由于盾构直径小长度长，则必然灵敏度差，所以必须设置铰接油缸，以提高盾构动作的灵敏度，满足本工程的最小曲线半径的掘进要求。主动铰接力主动铰接力1200T1200T泥水盾构盾尾设置泥水盾构盾尾设置4道密封刷，道密封刷，提高了盾尾提高了盾尾密封性能。密封性能。2.4 盾尾密封盾尾密封气垫仓下部通道易为输送盲区，在破碎机及闸门位置容易堆积气垫仓下部通道易为输送盲区，在破碎机及闸门位置容易堆积渣渣,在破碎机左右两侧增加冲刷管路。在破碎机左右两侧增加冲刷管路。2.5 2.5 气垫仓底部冲刷装置气垫仓底部冲刷装置
7、 管片拼装机具有管片拼装机具有6 6个自由个自由度，回转速度度，回转速度02rpm02rpm，并可实，并可实现微调。所有动作可遥控，便现微调。所有动作可遥控，便于与拼装机配合操作。轴向油于与拼装机配合操作。轴向油缸行程缸行程2000mm2000mm，可实现洞内更，可实现洞内更换两排尾刷。换两排尾刷。管片拼装机各动作采用比管片拼装机各动作采用比例阀控制，对于管片拼装的控例阀控制，对于管片拼装的控制精度高，速度快，且拼装管制精度高，速度快，且拼装管片质量好。片质量好。2.62.6管片拼装机管片拼装机2.72.7推进油缸与管片适应情况推进油缸与管片适应情况推进油缸采用推进油缸采用2020组单、双缸规
8、则组单、双缸规则布置，满足管片布置，满足管片1010个点位拼装要求个点位拼装要求，总推力达到，总推力达到3991T3991T。吊机布置形式为双梁式，吊机布置形式为双梁式，行走形式为链轮链条式，能够行走形式为链轮链条式，能够满足运行坡度满足运行坡度5050以及更大坡以及更大坡度的需求。度的需求。起吊葫芦有快速和慢速两个起吊葫芦有快速和慢速两个选择档位，用于空载和重载两选择档位，用于空载和重载两种工况；行走部分包括运行小种工况；行走部分包括运行小车和驱动部分，运行速度约车和驱动部分，运行速度约10m/min10m/min。2.82.8管片吊机管片吊机2.92.9 液压泵站液压泵站 液压站采用力士乐
9、液压站采用力士乐远程动态恒压变量泵，远程动态恒压变量泵，位于二号拖车上，控制位于二号拖车上，控制阀采用电液换向阀进行阀采用电液换向阀进行方向的切换，每组控制方向的切换，每组控制阀组配有电比例流量、阀组配有电比例流量、压力阀，可以对推进方压力阀，可以对推进方向进行精确调整。向进行精确调整。破碎破碎机设计独立的液压泵站机设计独立的液压泵站。2.102.10盾尾油脂系统盾尾油脂系统 盾尾密封采用盾尾密封采用4 4道尾刷，形成三个空腔，配置有道尾刷，形成三个空腔，配置有1818路油脂管路，每腔路油脂管路，每腔6 6个注入点个注入点,且注入系统主管路为且注入系统主管路为DN50DN50，分管管径为，分管
10、管径为DN25,DN25,管路不易堵塞。管路不易堵塞。系统由主司机在主控制室操作，有自动（行程控制模式）和手动两种模系统由主司机在主控制室操作，有自动（行程控制模式）和手动两种模式。式。2.112.11电控系统电控系统 在重要系统（如推在重要系统（如推进系统等）设置安全继进系统等）设置安全继电器保护回路，采用紧电器保护回路，采用紧急按钮、安全继电器双急按钮、安全继电器双接点保护、复位按钮等接点保护、复位按钮等一系列装置，实现对重一系列装置，实现对重要系统的保护。要系统的保护。人行闸配有在压缩空气下操作所人行闸配有在压缩空气下操作所必需的电路和标准装置，包括：压必需的电路和标准装置，包括：压缩空
11、气阀连通气闸室、调节器、压缩空气阀连通气闸室、调节器、压力计、时钟、电话、温度计、绝缘力计、时钟、电话、温度计、绝缘凳、照明（包括紧急照明）、记录凳、照明（包括紧急照明）、记录仪表、加热器等。仪表、加热器等。人行闸及承压隔板上有人行闸及承压隔板上有1 1个直径个直径为为600mm600mm圆形闸门以进入开挖室。圆形闸门以进入开挖室。2.122.12人行闸人行闸 1 1）油脂集中润滑的目的是为）油脂集中润滑的目的是为刀盘驱动密封和中心回转接头装刀盘驱动密封和中心回转接头装置提供润滑脂。置提供润滑脂。2 2）稀油集中润滑系统）稀油集中润滑系统稀油集中润滑的目的是为刀盘驱稀油集中润滑的目的是为刀盘驱
12、动大轴承和小齿轮供给润滑油。动大轴承和小齿轮供给润滑油。由由1 1台稀油润滑泵将润滑油从齿轮台稀油润滑泵将润滑油从齿轮箱通过分布网络输送到润滑点处箱通过分布网络输送到润滑点处。2.132.13集中润滑系统集中润滑系统 2 2个双活塞注浆泵共有个双活塞注浆泵共有4 4个独立压力出口，个独立压力出口，安装在后配套右侧，每个压力出口安装在后配套右侧，每个压力出口直接接在注浆管上并由压力传感器监视。注浆泵的注浆量可以根据所需来设定。直接接在注浆管上并由压力传感器监视。注浆泵的注浆量可以根据所需来设定。这是由带有流量计的液压泵来实现的。注浆泵的砂浆通过由工地提供的砂浆车来这是由带有流量计的液压泵来实现的
13、。注浆泵的砂浆通过由工地提供的砂浆车来供给。供给。注浆系统图2.142.14同步注浆系统同步注浆系统22SEPARATIONDRYINGPREPARATIONBENTONITIC MUD TANKPUMP P1PUMP P3PUMP P2BACK UP进浆泵进浆泵破碎机破碎机排浆泵排浆泵泥浆管延伸机构泥浆管延伸机构泥水处理系统泥水处理系统2.152.15泥浆泥浆循环系统循环系统泥水循环系统界面泥水循环系统界面泥水循环系统循环模式简介泥水循环系统循环模式简介旁通模式旁通模式掘进模式掘进模式换管模式换管模式保压模式保压模式维修保压模式维修保压模式停机保压模式停机保压模式旁路模式旁路模式所有模式的基
14、础，转到其他模式均需通过旁通模式所有模式的基础，转到其他模式均需通过旁通模式旁通模式时，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。这个模式也用于当盾构从一种功能切换到另一种功能时。特别是，旁通主功能是用于安装管片的情况。掘进模式掘进模式开挖时使用此模式。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的排渣流量，对P1.1和P2.1的转速分别进行调整。调整P1.1泵的转速用以校正泥浆气垫界面液位达到所要求的值。1.维修保压模式（泥浆门处于关闭状态）、维修保压模式（泥浆门处于关闭状态）、2.停机保压模式停机保压模式保压模式：保压模式：逆冲洗模式逆冲洗模式冲洗前需要降低气垫仓液位，可能重复多次冲洗冲洗前需要降低气垫仓液位
15、，可能重复多次冲洗换管模式换管模式泥浆泵选型及管路设计 排泥泵排泥泵、进泥泵拟采用德国、进泥泵拟采用德国WARMAN Slurry Pump，盾体排浆口管路需考虑耐磨，盾体排浆口管路需考虑耐磨，泵出口弯头位置、弯头半径需重点考虑，泵出口弯头位置、弯头半径需重点考虑减少弯头、加大半径、加大抗磨性减少弯头、加大半径、加大抗磨性等。等。拉拉线线式式液液位位传传感感器器气垫仓、泥水仓连通管路气垫仓、泥水仓连通管路超声波传感器超声波传感器泥水循环系统泥水循环系统-元器件元器件3.13.1泥水系统的作用泥水系统的作用（1）及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指
16、标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求；（2）及时把切削土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。（3）泥水系统与盾构机的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质工况条件取决了不同的泥水系统模式。3.1.13.1.1支护泥水的作用支护泥水的作用支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：(1)在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。(2)支承、稳定正面开挖面土体。(3)盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。(4)对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。3.1.23.1.2泥水配比设计泥
17、水配比设计主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成，膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒 3.1.33.1.3泥水的技术指标泥水的技术指标（1）泥水比重 为保证开挖面的稳定，须将开挖面的变形，要控制在最低限度以内，所以泥水盾构施工的泥水比重控制尤为重要。比重高的泥水会使送泥泵处于超负荷状态，将招致泥水处理上的困难，同时容易引起刀盘结泥饼、堵舱等现象；而比重低的泥水虽具有减低泵的负荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜的形成，容易引起地面沉降、坍塌等现象。一般的泥水比重d在1.051.3范围内较适宜。（2
18、）泥水的粘度 可通过将泥水从漏斗形容器流出的时间来判定泥水的粘性，表示出外观的粘性(在清水中500cc漏斗形粘性是19秒)。通常是采用2540秒/500cc左右值的泥水。3.1.43.1.4泥膜形成机理泥膜形成机理 类型1：几乎不让泥水渗透过，仅形成泥膜。类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成泥膜。类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透过，边形成泥膜。3.1.53.1.5控制泥水成本途径控制泥水成本途径新浆控制膨润土掺入比控制CMS掺入比控制纯碱掺入比调整浆新浆+回收浆新浆+回收浆+CMS（缩甲基淀粉）回收浆+CMS回收浆+膨润土+碱3 32 2泥水系统的组成泥水系统的组
19、成 泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 造浆系统 输送系统 处理系统 泥水监控系统 3.2.1 3.2.1 造浆系统造浆系统包括泥水拌制系统和浆液调整系统(1)盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构开挖面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。(2)当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液，使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。(3)拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等1、泥水拌制系统（1）泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。
20、（2）CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。2、浆液调整系统 浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、进浆泵和加水设备等组成，调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行密度检测，而后由进浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水舱。3.2.2 3.2.2 泥水输送系统泥水输送系统(1)泥水输送系统将调整浆通过进浆泵与进浆管道输送至盾构泥水舱(2)刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通过排浆与排浆管道送往地面的泥水处理系统进行分离。(3)泥水输送系
21、统主要由进排浆泵、阀、进排浆管道及配套部件等组成，通过泥水监控系统进行自动化操作。HMT6,65FDPPPPPPPPPPVers usine detraitement de boueTo slurry treatmentplantDepuis lusine deproduction de boueFrom the bentonite plantLFMP.3MMPFDPPMPPMP.2.iP.1.1P.2.1P.1.iV01V03V02V04V05V06V07V09V11V12V08V10V13V17V15V16V14V20V19V18V21V24V23V223.2.3 3.2.3 泥水分离系统
22、泥水分离系统泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗粒分离。选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离所排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。采用振动筛作为首道初级分离，振动筛的作用是对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。粗颗粒的分离一般采用双层或三层振动筛。根据计算所得：进浆流量约858m3/h，排浆流量约970m3/h。选择泥水处理系统时必须考虑：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。泥水分 离设备总成自主研发钢制筛网图 VS-2139粗筛粗筛：粗筛：筛面面积35.28，盾构排浆比重在1.21.3时，最大通
23、过量2200m/h,平均通过量2000m/h,因此得出：粗筛完全可以满足两台盾构总的1940m/h的最大排浆量。经粗筛分离后把24mm以上的颗粒分离出去堆放在渣场，其含水率小于25%，可直接汽车运输。一级脱水3D设计图 一级脱水筛筛分渣土含水率25%一级处理：一级处理：单支旋流器处理量550m/h，该系统采用4支旋流，一级处理总处理量为2200m/h,主要处理主要处理2-0.074mm2-0.074mm的颗粒的颗粒，一级旋流器分级浓缩后底流经沉砂嘴进入一级脱水筛。一级脱水筛处理后的渣土含水率小含水率小于于25%25%，可直接汽车运输。二级旋流器组二级高频脱水筛筛分渣土含水率25%二级处理：二级
24、处理：单支旋流器处理量33.5m/h，该系统采用60支旋流，二级处理总处理量为2010m/h，主要处理0.074-0.02mm的颗粒，二级旋流器分级浓缩后底流经沉砂嘴进入二级脱水筛。经二级脱水筛处理后的渣土含水率小于25%，可直接汽车运输。按照盾构机掘进技术数据和地层结构特点分析：泥水分离设备的分离效能为85%，单台每环弃渣量为46.5m15%=7m，每环总弃渣14m。弃浆按1.3计算，总弃浆为56m/R，考虑到地层有很多不可预见的因素，不可预见系数为1.4，两台盾构每环弃浆量约78.4m/R，掘进效率约为1R/h。离心机选用2台CS26-4HC，处理能力为100m/h，效率85%。6.3.3
25、离心机选用离心机选用1 1、基座、基座2 2、较重液相出口、较重液相出口4 4、液相、液相5 5、固相、固相3 3、较轻液相出口、较轻液相出口6 6、固相出口、固相出口7 7、进料管、进料管8 8、主电机、主电机离心机系统：由离心机、加药设备组成，根据南昌市轨道交通1号线4标和北京直径线盾构施工经验，配置2台离心机，基本上满足盾构施工需求，考虑到地质条件的变化及掘进效率的提高，可备用一台离心机。离心机处理，实现达标排放。离心机3.3.4 3.3.4 泥水监控系统泥水监控系统（1）泥水系统的运行和操纵由泥水监控系统来实现。（2）泥水监控系统由PLC程序实现。通过泥水监控系统的运用，随时为盾构施工
26、提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。（3）泥水监控系统以旁通模式、掘进模式、反循环模式、管路延伸模式和长时间停机模式控制等五种不同的状态进行监控 泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石、砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。目前泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下水等的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎能适应所有的地层。粘土矿物经相互间电化学结合而形成的粘性土层，近似变质了的琼胶块状体，由泥水比重和加压带来的力容易形成对开挖面的稳定，不论
27、粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水盾构施工。泥水盾构也适用于粉砂土地层施工 不含水的砂层由于漏浆，不能保持住对开挖面的加压和稳定。通常，在含有某一数量的粉砂土、粘土的冲积层中，几乎都有一定的含水量，全部都是细砂的地层是少见的，干燥的松弛砂也很少有，由于砂层内摩擦角有许多是在=28左右，所以大部分可用泥水加压来保持开挖面的稳定。松弛的含水层，在其它盾构工法中很难保持土层稳定，可采用泥水盾构并提高其泥水比重量多的砂、粘度和压力。对于水分多、不含有作为粘合剂的粉砂土及粘土等的砾石层和有大直径的砾石层，可采用泥水盾构施工，并在泥水舱内安装砾石破碎装置。贝壳层很难称为一种土层，但含有水存在于土体中的
28、贝壳很多，同上述砾石层一样更加坚硬，开挖面很难稳定，但使用泥水并用刀盘挖土就可以成为能适应的地层。泥水盾构能适用于各类地质的土层，对开挖面难以稳定的土质特别有效，还能克服地面条件和其它地下条件的因素所造成的种种困难，譬如上部是河或海等有水体的地方；有道路、建筑物的地方；适合于要减少沉降的地方等。在这些场所采用泥水加压盾构，无论在工法上还是经济上都是有效的。泥水盾构机操作的基本原则是：在控制开挖面压力在要求范围内和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。开挖面压力的稳定是保证隧道正常、安全掘进的前提条件，而盾构机姿态决定隧道走向是否与设计路线符合，成型隧道符合设计要求的先决条件。
29、如果在掘进期间，开挖面压力不稳定，波动较大的话，轻则沉降较大，重则引起地面塌陷；而盾构机姿态是决定盾构施工是否按设计路线施工，如果出现姿态超限，轻则隧道管片出现错胎、崩缺、漏水等质量问题，重则需要联系设计单位和业主，进行调线。5.15.1泥浆参数设定泥浆参数设定 泥浆的比重和粘度是泥浆性能的两个重要指标，其决定了它稳定开挖面和携带渣土的能力。泥浆比重小，开挖面泥膜形成慢，对开挖面稳定不利；泥浆比重大，有利于稳定开挖面，但比重过大则加重设备负担，影响出碴效率。此外，泥浆粘度太低，达不到携带渣土能力和稳定开挖面的要求；粘度太高，会影响它的运输能力，并造成刀盘结泥饼。因此，在选定泥浆参数时，必须根据
30、施工地质情况，在保证掘进正常、开挖面的稳定的前提下，同时也要考虑配套设备的处理能力。一般情况下，在砂层中，泥浆比重及粘度高于粘土地层。5.25.2气垫舱压力的设定气垫舱压力的设定 气垫舱压力的设定应综合考虑切口水压的上限值、下限值和极限分析值，由于切口水压的上限值与下限值数值相差范围较大，通常取两者的平均值作为参考值，同时，根据覆土厚度，为防止地层沉降或击穿，气垫舱保压值应根据切口水压力设定，最终气垫舱压力的设定值以切口水压中间部位的极限分析值为基准，同时考虑安全储备，预加410kPa左右浮动压力。5.35.3液位控制液位控制 液位的上升与下降，直观地反映出切口水压的波动，也客观反映出泥水舱内
31、泥渣的堆积情况。注意观察液位的升降趋势，发现液位的升降趋势较大时，要及时通过调节进浆流量、出浆流量、掘进速度等参数，使液位升降趋势趋于稳定。为避免泥水舱压力波动太大，需要保证泥浆液位的相对稳定，液位的稳定则需通过调节进浆和排浆的流量差值来实现。进、排浆流量的调节，通过调整进浆泵和排浆泵的转速来实现。由于携带渣土的原因，进浆流量和排浆流量存在一定的差值，操作时，其流量调节基准是调节排浆泵的转速，在确保排浆流量能够达到盾构掘进携渣能力的前提下，根据液位变化，调节进浆流量，使液位保持在某一个相对的稳定位置。在盾构实际操作中，气垫舱的保压值通常是以开挖面中心的压力值来设定的，所以液位应该控制在50%左
32、右波动范围。地地 层层刀盘刀盘进泥进泥管管排泥排泥管管泥浆泥浆压缩压缩空气空气连通连通管管压缩压缩空气空气泥模形泥模形成区成区5.45.4进、排浆量控制进、排浆量控制 泥浆循环的目的是携带渣土，为避免渣土沉淀，泥浆必须具备一定的流速，对于不同的地质，其要求的流速是不同的，与泥浆的比重及粘度有关。为了保证盾构掘进速度，首先必须保证进、排浆量。进、排浆流量应根据泥水舱内液位以及盾构掘进速度，进行及时调整。当盾构掘进速度较高时，单位时间内切削下来的渣土量就多，此时应选择与之适应的进、排浆流量，以保证能够将切削的渣土及时排出；反之当盾构掘进速度较低时，可适当减小进、排浆流量。5.55.5带压进仓降低液
33、位操作带压进仓降低液位操作 泥水盾构带压进舱作业时，为了便于进舱作业，需要将液位降低到可作业的位置。进舱液位根据工作需要而定：换切刀时液位可保持在55%以上，换滚刀、周边刮刀时，液位不高于40%。具体操作为：（1）开启泥浆舱内循环模式，排出气垫舱内浆液，同时对气垫舱补气稳定开挖舱压力。当气垫舱内液位降低到10%左右时，切换到旁通模式，同时开启人舱处的连通阀（使气垫舱内气体进入开挖舱）。（2）当气垫舱的液位上升时，重新切换到舱内循环模式，并保持液位处在进舱需求值范围内。（3）待液位稳定后，关闭泥浆舱内循环模式，切换到长时间停机模式，调整开挖舱及气垫舱的气压至带压作业工作设定气压值，并对气垫舱内空
34、气进行通风换气保证空气质量。5.65.6管路延伸及其泥浆处理管路延伸及其泥浆处理 掘进循环达到一定距离，需要延伸泥浆管，泥浆管延伸装置，目前了解有两种方式，一种是活塞式，一种是软管式。管路延伸装置管路延伸装置伸缩式换管装置伸缩式换管装置软管延伸式换管装置软管延伸式换管装置驱动链轮驱动链轮不适合小曲不适合小曲线掘进线掘进加工难度加工难度大大适合小曲线适合小曲线掘进掘进加工相对简加工相对简单单如需进行泥浆管延伸，停机前必须通过泥浆循环旁通模式保证管路内渣土排放干净，然后将泥浆循环模式切换到管路延伸模式。此时延伸管路与刀盘及隧道内的管路处于隔离状态，打开延伸管处的泄压阀，待管路内压力卸载完成后，再进
35、行延伸管与隧道内管路之间的螺栓拆除，螺栓拆除完成后，回收延伸管，并确保回收的距离能够满足新安装管路的长度需求，最后通过起重设备进行管路安装。泄压时应对泄压口通畅情况进行检查，防止渣土堵塞误判断为已泄压完成，避免渣土喷涌伤人；回收软管式延伸管时，应派专人在延伸管平台上观察，防止异物刮伤管路；安装新管路时，应确保管路法兰连接处平整，密封垫放置到位，确保密封效果。5.7 5.7泥浆循环操作技巧泥浆循环操作技巧 管路堵塞：掘进时流量变小 措施：降低掘进速度；提高泥浆循环流量；提高浆液粘度。管路冲击：症状是震动和爆管 措施：合理利用泥浆冲刷装置及破损机，保证排渣口畅通 ，及时根据排浆泵出口压力变化调整排
36、浆泵转速。管路磨损和损坏：症状是管漏和破裂 措施：减少软管数量；增加弯头外弧厚度。管路分配：症状是掘进时堵管频率高 措施：合理布置管路，尽量选择直线，减少弯头数量。1 1、富水砂层中盾构掘进刀盘刀具的保护问题。、富水砂层中盾构掘进刀盘刀具的保护问题。砂层中盾构掘进，刀具的防过度磨损非常重要，特别是周边的刀具和刀盘外圆周，由于周边的线速度比面板上刀具大的多，因此存在加速磨损问题，一旦周边刀盘刀具磨损超限，盾构穿越加固体就会变的异常困难，因此砂层中刀盘刀具的保护尤为重要。6.1 6.1 南昌项目盾构掘进情况与困难南昌项目盾构掘进情况与困难周边滚刀偏膜情况刀盘周边磨损情况 2 2、上软下硬（上部砂砾
37、石、下部强风化泥质粉砂岩）地层始发保压问题。、上软下硬（上部砂砾石、下部强风化泥质粉砂岩）地层始发保压问题。盾构始发穿越加固体后，由于尾部不能立即注浆封闭，泥水压力保持不好易引起前方土体坍塌。基坑开挖时揭露始发洞门上部为砂砾石、下部为强风化泥质粉砂岩，此种地层掘进沉降控制较难，再加上盾构始发后即穿越赣江中大道和赣江大堤，掘进沉降控制风险极大。3 3、上软下硬（上部砂砾石、下部强风化泥质粉砂岩）地层盾构掘进困难。、上软下硬（上部砂砾石、下部强风化泥质粉砂岩）地层盾构掘进困难。区间前300多米为上部砂砾石、下部强风化泥质粉砂岩的上软下硬地层，由于强风化泥质粉砂岩较软且容易和砂石形成有一定硬度的胶凝
38、体，造成出碴困难，刀盘扭矩增大。泥质粉砂岩含低于20微米以下颗粒较多，造成浆液比重增加迅速，给地面分离系统带来困难。出碴情况泥水分离设备三级筛 4 4、气垫仓容易积碴，造成破碎机油管损坏和环流系统不畅。、气垫仓容易积碴，造成破碎机油管损坏和环流系统不畅。由于泥浆比重的增加，吸浆口出碴困难，大量的碴土堆积在气垫仓内，破碎机被碴土所包裹，启动扭矩增大，造成油管爆裂和密封损坏，破碎机不能正常使用后，碴土更加难以排出，整个环流系统瘫痪，掘进停止。气垫仓大量积碴破碎机油管密封损坏 5 5、刀盘结饼导致扭矩剧增掘进困难。、刀盘结饼导致扭矩剧增掘进困难。由于泥质粉砂岩细颗粒含量较大，浆液比重增大后碴土流动不
39、畅，泥岩和砂石混合后胶凝在刀箱、扭腿及面板处，导致刀盘扭矩和推力增大，掘进速度下降；掘进期间亦采用半仓掘进等方法，但归根结底降低泥浆比重，加大对刀盘的冲刷才能从根本上解决泥水盾构刀盘结饼问题。刀箱被泥砂包裹刀盘结饼 6 6、强透水复合地层带压换刀风险性大。、强透水复合地层带压换刀风险性大。区间两端为上软下硬复合地层，地层透水性强，泥质粉砂岩的粘性颗粒含量高，施工中刀具易发生磨损，存在江底换刀可能性。在强透水复合地层泥水盾构带压换刀整个过程中，施工风险极大，如何确保人员、工程、设备的安全是个重难点。带压进仓作业人员泥膜建立情况及刀盘结泥饼现象6.2 6.2 施工措施及解决办法施工措施及解决办法
40、1 1、优化刀盘刀具配置。、优化刀盘刀具配置。吸取NFM-007掘进教训之后，海瑞克S367在始发之前对刀盘道具进行了改造。将最初5把中心双联滚刀换成双刃撕裂刀，增大刀盘中心开口率；将原18把焊接撕裂刀割除，以便减小刀盘扭矩。将4把边缘双刃滚刀更换成双刃镶型球齿滚刀；球齿刀圈的凹凸不平作用能增加掌子面岩土对滚刀的主动转矩，进而减少滚刀偏磨发生的几率。圆环板2固定环板A帘布橡胶板翻板加筋板预埋钢环固定环板帘布橡胶板翻板盾构主机直径6250管片外径6000注浆管预埋钢环止水箱环板帘布橡胶板 2 2、利用双帘布橡胶密封解决软弱地层始发保、利用双帘布橡胶密封解决软弱地层始发保压问题。压问题。盾构机穿越
41、加固体后，由于尾部不能立即注浆封闭，若保压不好容易引起前方土体坍塌，采用两套密封装置可解决这一问题。当盾构刀盘进入第二道密封装置后，可通过注浆孔，向两道密封装置间的空腔压注盾尾油脂(成本较高)或粘度在120S左右的膨润土泥浆(成本较低)，并持续保持充填物压力略高于盾构开挖仓泥水压，防止开挖仓浆液通过帘布橡胶溢出，保证密封装置的密闭性，提高止水效果。3 3、富水砂层中解决地表沉降的方法。、富水砂层中解决地表沉降的方法。优质的泥浆确保护壁及改良效果。南昌泥水盾构一般控制泥浆黏度在25S左右，比重在1.08 g/cm3 上下；精确的水土压力计算保证水土平衡。由于赣江水位经常变化，水土压力需测定实时水
42、位再进行计算；信息化的监控量测指导盾构司机掘进控制。监控测量数据需及时准确的传递到盾构司机手中，盾构司机根据监控测量数据对掘进参数及时调整；科学的现场管理保证施工连续快速。富水砂层掘进需连续快速通过，科学的现场管理可达到事半功倍的效果。4 4、解决泥水盾构泥浆比重上升过快问题。、解决泥水盾构泥浆比重上升过快问题。为处理泥浆比重上升过快问题，项目多次考察对比自然沉淀、离心机和压滤机等泥浆处理方式，最终根据泥质粉砂岩的性质和浆液处理量，采用两台100m3/h处理能力的离心机对浆液处理，并形成回收和浆液稀释系统，有效解决了浆液比重上升过快问题。5 5、增设冲刷系统解决泥水盾构刀盘结饼问题。、增设冲刷
43、系统解决泥水盾构刀盘结饼问题。上软下硬地层（泥质粉砂岩）掘进容易在刀盘刀仓、扭腿、面板等部位结饼，造成扭矩大，贯入度降低等情况，在原有进浆泵基础上增加一个55KW、120m3/h流量、最大冲刷8bar的冲刷泵，在刀盘中心设一个直径为25mm、周边三个直径为25mm的冲刷孔，确保对刀盘全断面冲刷。6 6、组建高素质带压进仓队伍，掌握泥水盾构富水砂层带压进仓关键技术。、组建高素质带压进仓队伍，掌握泥水盾构富水砂层带压进仓关键技术。由于过赣江区间需长距离穿越上软下硬地层，掘进期间难免会出现带压进仓的情况，项目在泥水盾构进场前即进行了形成泥膜所需泥浆的实验室模拟配比试验，并借鉴国内成功的配比，研制出了
44、专门用于南昌富水砂层的进仓所需的泥浆；委外培训了一支30多人的专业进仓队伍，并多次进行了富水砂层带压进仓任务，取得了圆满的成功。形成的高质量泥膜带压进仓技术培训 7 7、针对性的设备改造、优化解决盾构适应性问题。、针对性的设备改造、优化解决盾构适应性问题。本项目大部分施工设备为已有调转的设备，在施工前和施工中有针对性的对设备的部分功能和部件进行了适应性优化和改造。如盾构需长距离穿越上软下硬地层，为保证中间不更换刀具，加焊了不同高度的撕裂刀；针对泥质粉砂岩容易结饼现象，增设冲刷系统和泥浆环流系统改造；针对NFM-07破碎机油管容易破裂，难于维修问题，进行带压进仓改造管路路径和连接方式，彻底解决这
45、一问题；其他还包括NFM-07管片安装机抓举头优化、泥浆门防坠落、电瓶车机械防溜车等等。球齿滚刀和加焊撕裂刀增设泥浆门冲刷管 8 8、加强设备的、加强设备的“管、用、养、修管、用、养、修”，确保施工快速，高效。，确保施工快速，高效。编制维修保养计划，规定强制保养时间；成立维修保养班，每台设备专人负责，出台奖励机制，增强保养人员责任意识；投入维修保养资金，购置设备保养检测设备；邀请厂家或专业人员对项目维保人员进行专业培训。进口液压油过滤器维修旋转接头6.3 6.3 工地组装、调试工地组装、调试中中遇到的主要问题遇到的主要问题 1.进、排泥浆伸缩管无法进行伸缩，用装载机将伸缩管从其套管里拉出，发现
46、表面部分有磨损现象，委外镀铬。伸缩管用电瓶车拉不动 伸缩管表面有磨损2.主油箱液压油冷却热交换器和内循环水冷却热交换器都发现“漏水”现象，重新购买新的(分析为内部密封失效所致）。通水加压测试有漏水现象 外循环水通过热交换器进入内循环水箱4.6#主驱动马达减速箱制动器和拼装机右侧马达制动器都出现了“漏油现象”，经拆解后发现制动器内部橡胶密封圈磨损较严重所致，更换新的后恢复正常。刹车摩擦离合片 刹车油缸5.故障回顾：在刀盘刹车松开、刀盘转速和旋向电信号都没给的前提下，只开启刀盘主驱动2#泵时刀盘就会自转，此时主驱动2#泵A口压力20bar、B口压力120bar，斜盘角度为-5度。原因分析：该斜盘式
47、变量柱塞泵采用用三位三通机液伺服阀通过控制油路来控制泵的斜盘倾角（即排量），其中斜盘倾角与伺服阀阀芯开度成正比，而伺服阀阀芯开度与其两端X1或X2处的控制油压力的大小成正比。当刀盘转速和旋向电信号都没给时，若启动刀盘驱动泵，X1和X2处的先导控制油压力应都为零，因为控制油卸荷回油箱，此时三位三通机液伺服阀阀芯处于中位，在伺服油缸的机械作用下，斜盘倾角应自动归零，无流量输出。从图纸分析故障原因可能是机液伺服阀或者伺服油缸故障，导致斜盘角度不能归零。解决措施：返厂进行检修，发现伺服油缸有一定磨损且密封磨损较严重，这导致其动作异常，更换新的配件后，该泵斜盘倾角能自动归零，故障解决。刀盘驱动泵液压原理
48、图第一次打开主轴承外密封齿轮油泄露监测孔LA2处球阀时，发现有齿轮油流出，随后装备分别对主轴承外密封齿轮油腔、EP2油脂腔进行了静态建压测试，认为目前S367主驱动的密封性能满足设备使用要求。外密封腔室 2个钢带结合处刚好位于齿轮油腔室主轴承齿轮油润滑系统检测方法：检测方法：a.a.对主驱动第二道密封腔（对主驱动第二道密封腔（EP2EP2）进行保压试验：当）进行保压试验：当EP2EP2油脂注入油脂注入压力达到压力达到2.2Bar2.2Bar后，将手动球阀关闭进行观察，约后，将手动球阀关闭进行观察，约2020分钟后第二道密封分钟后第二道密封腔压力降为腔压力降为2.1Bar2.1Bar，1 1个小
49、时后第二道密封腔压力降为个小时后第二道密封腔压力降为2Bar2Bar，6 6小时之后小时之后第二道密封腔压力降为第二道密封腔压力降为1.8Bar1.8Bar，说明第二道密封腔具备，说明第二道密封腔具备1.8bar1.8bar的密封能的密封能力力。b.b.对主驱动第三道密封腔（齿轮油）进行齿轮油保压试验：当齿对主驱动第三道密封腔（齿轮油）进行齿轮油保压试验：当齿轮油注入压力达到轮油注入压力达到0.5Bar0.5Bar后，将手动球阀关闭进行观察，约后，将手动球阀关闭进行观察，约3030秒后第三秒后第三道密封腔压力降为道密封腔压力降为0Bar0Bar，此现象即说明第三道腔注入齿轮油不具备保压，此现象
50、即说明第三道腔注入齿轮油不具备保压能力。分析其原因是齿轮油与能力。分析其原因是齿轮油与EP2EP2相比粘度较低，且可能存在主驱动密封相比粘度较低，且可能存在主驱动密封接触面未完全贴实（造成齿轮油泄露）或钢带与安装基面有较小间隙（接触面未完全贴实（造成齿轮油泄露）或钢带与安装基面有较小间隙（流向齿轮油检测泄漏腔），导致第三道密封腔齿轮油无法保压。流向齿轮油检测泄漏腔），导致第三道密封腔齿轮油无法保压。c.c.对主驱动第三道密封腔（齿轮油）进行对主驱动第三道密封腔（齿轮油）进行EP2EP2保压试验：将第三道保压试验：将第三道密封腔改为注密封腔改为注EP2EP2油脂，当注入压力达到油脂，当注入压力达
