泥水与网格盾构施工技术简介PPT学习教案.pptx
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1、会计学1泥水与网格盾构施工泥水与网格盾构施工(sh gng)技术简介技术简介第一页,共39页。1 1、特点、特点(tdin)(tdin)2 2、适应范围、适应范围3 3、工艺原理、工艺原理4 4、工艺流程、工艺流程5 5、施工要点、施工要点6 6、主要施工设备、主要施工设备 泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的泥水工法中发展起来,它起源于英国,日本在1964年前后开始着手泥水加压平衡盾构工法的研究,1969年,日本铁道建设公司在京叶线森崎运河附近的工程中,成功地实施了泥水加压平衡盾构工法,由于它独特的创举,很快地在日本盛行起来。随着电子计算机和自动控制技术的不断发展,这一新
2、技术在一些先进的欧美国家亦相继运用。在这一领域中,日本代表着当今世界的新潮流,无论是数量上、还是在施工技术上都独占鳌头。上海市隧道工程股份有限公司于1994年率先引进了日本三菱重工设计并制造的11220大型(dxng)泥水平衡盾构,并将其运用于上海延安东路隧道南线的圆隧道施工,填补了我国用泥水加压平衡盾构进行隧道施工的空白。下面从六个方面进行介绍:第1页/共39页第二页,共39页。特点特点(tdin(tdin)泥水加压平衡盾构对地表沉降和隧道周围环境影响很小,最适宜于用在开挖面难以稳定、滞水砂层、含水量高的松软粘性土层及隧道上方有水体的场合。与其它类型盾构相比,它平衡效果好、施工速度快、质量和
3、精度更高。泥水加压平衡盾构主要优缺点如下:优点(yudin):(1)在不稳定地层中当盾构开挖面受阻时,采用泥水加压平衡盾构,能使开挖面保持稳定,确保隧道施工安全。(2)处在地下水位以下的隧道,能够在正常大气压下施工作业,无需用气压法施工。第2页/共39页第三页,共39页。(3)不会发生类似气压盾构那样的跑气喷发的危险。(4)泥水加压盾构能适应在较广土层范围内施工,对于气压盾构无法施工的滞水砂层、含水量高的粘土层及高水压砾石层,泥水加压平衡盾构也能进行施工。(5)对于大直径砾石地层,只需增添粉碎装置和取砾石装置便能施工。(6)因采用管路排泥,井下施工作业环境能保持清洁良好,提高了作业人员的施工安
4、全性。(7)可以分离出能满足适合当地弃土场地和运输方式的含水率土砂。(8)由于泥水在土层中的渗透性比空气在土中的透气性小,可在覆土较浅的条件下进行盾构法隧道施工。(9)在覆土深及地下水位高的条件下,若用气压盾构施工则要用很高的压力,对施工人员健康不利,用泥水加压平衡盾构施工则无此影响。更由于开挖是密闭的,即使土层发生坍塌和涌水等意外情况,也不致危及整条隧道施工。所以特别适用于地下水位高的不稳定软弱地层中及江河海底(hi d)下修建隧道的施工。第3页/共39页第四页,共39页。(10)地层的透水性比透气性要小得多,因此在大孔隙地层中施工时可不必用化学灌浆等辅助措施来封闭加固地层,而且也可减少地下
5、水的移动,从而减少由此而引起的地表沉降。(11)挖土及出土等可全部实现机械化、管道化水力输送,并可在地面上控制,从而改善隧道内作业条件,提高了施工效率。(12)可避免空压机振动带来的噪声公害。缺点:(1)需要土砂分离装置(zhungzh),其设备费用高,占地面积大。(2)对于微颗粒粘土,需用聚凝剂。第4页/共39页第五页,共39页。适应适应(shyng)(shyng)范围范围 选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水,因此,施工场地应尽量靠近水源充足的地域。其次,还需要一套泥水处理系统来辅助施工。泥水加压平衡盾构适合在下列场合(chng h)掘进隧道:第5页/共39页第六页,共39页。(1)在
6、江、河、湖、海及运河等水体下的地层中建造隧道。(2)滞水砂层、滞水砾石层及其它松弛地层。(3)施工区域同时出现冲积层软土和洪积层硬土的两种地层。(4)滞水砂砾层和粘性土层的互层地层。(5)高水压(shu y)层和高承压水层。(6)有大直径砾石的地层。(7)尽管砾石直径小,但砾石数量众多的地层。(8)泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D的厚度,如果超过此范围,需采取特殊技术处理。第6页/共39页第七页,共39页。工艺工艺(gngy)(gngy)原理原理(1)泥水(n shu)加压平衡盾构 泥水加压式盾构是在机械(jxi)掘削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板,它与刀盘之间形成泥水压力室,将加压的泥水
7、送入泥水压力室,当泥水压力室充满加压的泥水后,通过加压作用和压力保持机构,来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水,用流体输送方式送到地面,这是泥水加压平衡盾构法的主要特征。第7页/共39页第八页,共39页。在地面调整槽中,将泥水调整到适合地层土质状态后,由泥水输送泵加压后,经管路送到盾构开挖(ki w)面泥水压力室,泥水在稳定开挖(ki w)面的同时,将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆,再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥水,根据土砂颗粒直径,通过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱水后,排去分离后的水,经调整槽进行再次调整,使其成为优质泥水
8、后再循环到开挖(ki w)面。排出的土砂量由排泥量测定装置进行测定,由此来推测开挖(ki w)面情况。对于盾构设备及一系列系统装置必需进行综合管理。(2)主要参数的控制 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。直接控制型(日本、英国式)第8页/共39页第九页,共39页。直接控制型泥水系统流程图见上图,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1.051.25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1.11.4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
9、离处理,将弃土排除,清泥水回到调整槽重复循环使用。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(ki ku)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:第9页/共39页第十页,共39页。式中:V-开挖排土量(m3)t-花费的时间(min)0-排土比重(t/m3)1-供泥水(n shu)比重(t/m3)2-排泥水(n shu)比重(t/m3)Q1-供泥水(n shu)流量(m
10、3/min)Q2-排泥水(n shu)流量(m3/min)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。间接控制型(德国式)(见图439)第10页/共39页第十一页,共39页。上图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(yshng)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
11、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。第11页/共39页第十二页
12、,共39页。泥水加压平衡盾构间接控制型的工程实例:泥水加压平衡盾构间接控制型的工程实例:19761976年年,比比利利时时昂昂维维斯斯地地铁铁工工程程因因土土层层含含水水、砂砂土土密密集集,有有三三种种支支护护工工作作面面的的盾盾构构供供选选购购,一一种种是是日日本本产产的的,一一种种是是英英国国产产的的,最最终终是是选选择择了了由由比比利利时时公公司司和和德德国国Wayss Wayss&TreytagTreytag公公司司共共同同制制造造的的盾盾构构掘掘进进机机。这这一一工工程程计计划划包包括括四四座座长长130m130m的的矿矿山山法法施施工工的的车车站站以以及及一一条条长长约约3.68k
13、m3.68km的的单单线线隧隧道道,隧隧道道外外径径为为6.40m6.40m,内内径径为为5.70m5.70m。通通常常在在松松散散岩岩石石层层采采用用大大刀刀盘盘盾盾构构开开挖挖,然然后后作作衬衬砌砌。但但是是,在在开开挖挖有有松松软软土土层层和和地地下下水水时时就就产产生生(chnshng)(chnshng)了了困困难难。由由于于考考虑虑到到沉沉陷陷因因素素的的存存在在,就就有有必必要要在在一一些些特特别别易易沉沉陷陷地地层层控控制制地地下下水水位,开挖应使用气压式盾构或泥水盾构。位,开挖应使用气压式盾构或泥水盾构。由由Wayss Wayss&FreytagFreytag公公司司生生产产的
14、的泥泥水水盾盾构构的的原原理理,是是在在一一定定压压力力下下将将膨膨润润土土悬悬浮浮液液支支护护工工作作面面,就就象象槽槽壁壁法法那那样样,把把它它注注入入开开挖挖面面与与盾盾壳壳之之间间。悬悬浮浮液液的的压压力力匹匹配配是是借借助助空空气气缓缓冲冲装装置置,它它与与体体积积变变化化、盾盾构构泥泥水水室室内内膨膨润润土土的的耗耗损损保保持持协协调调;再再送送膨膨润润土土,达达到到足足以以支支护护为为止止。然然后后通通过过关关闭闭输输送送管管道道使使压压力力基基本本保保持持不不变变,以以适适应应周围土层及地下水情况,见下图。周围土层及地下水情况,见下图。第12页/共39页第十三页,共39页。比利
15、时昂维斯地铁(dti)工程盾构泥水流程图 第13页/共39页第十四页,共39页。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。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(chnggu)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
16、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3040mm。德国慕尼黑过伊萨河的地铁工程也有这方面成功的例子。第14页/共39页第十五页,共39页。工艺流程工艺流程(n y(n y li li chn)chn)盾构推进同步注浆施工参数调整施工参数采集数据反馈成环测量管片运输管片拼装盾构进洞洞门处理接收井排水装置基座安装贯通测量拆除盾构、车架及其它设备竣工泥水调整水力出土劣浆外运泥水处理系统总调试盾构出洞泥水平衡系统调试泥水处理系统调试同步注浆系统调试A液、B液准备泥水预造浆双液浆配方试验泥水配方试验堵漏准备工作始发井排水装置洞门处理施工准备泥水系统设备安装泥水
17、处理系统设备安装同步注浆设备安装中央控制室布置盾构就位后盾支撑布置盾构基座安装盾构安装调试第15页/共39页第十六页,共39页。施工施工(sh(sh gng)gng)要要点点(1)泥水管理(gunl)泥水管理(gunl)就是对泥浆质量的控制,就是对泥浆四大要素的调整。四大要素即:最大颗粒粒径,粒径分布,泥浆水密度和泥浆水压力。(2)切口水压 泥水舱压力的提高将有利于泥膜的形成,但泥水压力不应无限制地过高或过低,泥膜前后的任何压力差的绝对值的增大都对开挖不利,泥土压力泥水舱压力,会破坏泥膜的形成,造成开挖面不稳定;泥土压力74um的泥颗粒从一次处理后的泥浆中分离出来。泥水处理可分为多级处理,一般
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