2014-09-12 11:12 建設工程教育網 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
土壓平衡盾構可根據不同的地質條件采取不同的技術措施,設計成不同的類型,能適應從松軟粘性土到砂礫土層范圍內各種土層施工。
1、普通型土壓平衡盾構
普通型土壓平衡盾構見圖3-1-1,適用于松軟粘性土,由刀盤切削下的泥土進入泥土艙,再通過螺旋輸送機向后排出。由于泥土經過刀盤切削和擾動后會增加塑流性,在受到刀盤切削和螺旋輸送機傳送后也會變得更為松軟,使泥土艙內的土壓能均勻傳遞。通過調節(jié)螺旋機轉速或調節(jié)盾構推進速度,調節(jié)密封泥土艙內的土壓并使其接近開挖面靜止土壓,保持開挖面土層的穩(wěn)定。
普通型土壓平衡盾構一般采用面板式刀盤,進土槽口寬在200~500mm左右,刀盤開口率約為20%~40%,另外在螺旋輸送機排土口裝有排土閘門,有利于控制泥土艙內土壓和控制排土量。
2、加泥型土壓平衡盾構
當泥土含砂量超過一定限度時,土砂激動性差,靠刀盤切削擾動難以使泥土達到足夠的塑流狀態(tài),有時會壓密固結,產生拱效應。當地下水量豐富時,通過螺旋輸送機的泥土,就不能起到止水作用,無法進行施工。此時應在普通型土壓平衡盾構的基礎上增加特殊泥漿壓注系統,即形成加泥型土壓平衡盾構(圖3-1-2)。
向刀盤面板、泥土艙和螺旋輸送機內注入特殊粘土泥漿材料,再通過刀盤開挖攪拌作用,使之與開挖下來的泥土混合,使其轉變?yōu)榱鲃有院、不透水性泥土,符合土壓平衡盾構施工要求?/p>
為了降低刀盤傳動功率和減小泥土移動阻力,加泥型土壓平衡盾構刀盤為有幅條的開放式結構,開口面積接近100%,并在刀盤背面伸出若干攪拌土砂的葉片,以便對土砂進行強力攪拌,使其變成具有塑流性和不透水性的泥土。
另外,對要求注入濃度、粘性更高的泥漿材料才能改變土砂功能時,往往難以用刀盤攪拌達到目的,這將大大增加刀盤和螺旋輸送機的機械負荷,造成盾構施工困難。此時應注入發(fā)泡劑代替泥漿材料,因為發(fā)泡劑材料比重小、攪拌負荷輕,可使刀盤扭矩降低50%左右。盾構排出土砂中的泡沫會隨時間自然消失,有時在泥土中加入消泡劑,可加速泡沫的消失,保持良好的作業(yè)環(huán)境。
3、加水型土壓平衡盾構
在砂層、砂礫層透水性較大的土層中,還可以采用加水型土壓平衡盾構。這種盾構是在普通型土壓平衡盾構基礎上,在螺旋輸送機的排土口接上一個排土調整箱(圖3-1-3),在排土調整箱中注人壓力水,并使其與開挖面土層地下水壓保持平衡。經過螺旋輸送機將棄土排入調整箱內與壓力水混合后形成泥漿,再通過管道向地面排送。開挖面的土壓仍由密封泥土艙土壓進行平衡。
盾構掘進時,刀盤不停地對土層進行開挖和攪拌,使密封泥土艙內的土砂處于均勻狀態(tài);土砂顆粒之間的空隙被水填滿,減少了土砂顆粒之間有效應力而增加了流動性,從而能順暢地通過螺旋輸送機送入排土調整箱。在調整箱內通過攪拌混合,向地面處理場排放。
加水型土壓平衡盾構的泥水排放系統與泥水加壓盾構相似,但注入的主要是清水,無粘粒材料,無需對注入的水進行濃度、比重控制,泥水分離處理設備和工藝也大為簡化。這種盾構刀盤一般采用面板式結構,進土槽口尺寸可根據土體中礫石最大尺寸來決定,刀盤開口率一般在20%~60%左右。
4、泥漿型土壓平衡盾構
這種盾構適用于土質松軟、透水性好、易于崩塌的積水砂礫層或覆土較淺、泥水易噴出地面和易產生地表變形的極差地層的施工。圖3-1-4是其施工工藝流程圖,它具有土壓平衡盾構和泥水加壓盾構的雙重特征。盾構掘進時,應向盾構內注入高濃度泥漿,通過攪拌與土砂混合使其泥土化,并充滿泥土艙,支護開挖面。由于從螺旋輸送機排出的泥土呈塑化或流化狀態(tài),所以在螺旋輸送機的排土口裝上一個旋轉排土器既可保持泥土艙內土壓的穩(wěn)定,又可不斷地從壓力區(qū)向無壓區(qū)順利排出。但從排土器排出的泥土呈泥漿狀,不能用干土排送方式向地面排送,同時泥漿濃度較高,無法通過管道排出,從螺旋輸送機徘出的泥土,是在泥漿槽中經水稀釋后再以流體形式通過管道排往地面。
從圖中可以看出,泥漿型土壓平衡盾構泥土艙的泥漿供入系統和排出系統是兩個回路,所以從泥漿排出系統操作所造成的壓力波動,對泥土艙內支護壓力無大影響,使盾構操作控制更為簡便。
該機通常采用面板結構,進土槽口寬度可按土層中最大礫石尺寸決定,刀盤開口率一般在40%~60%左右。由于泥漿型土壓平衡盾構多用于巨礫土層,因此排土多采用帶式螺旋機,可比同樣大小中心軸式螺旋輸送機排出的石塊粒徑大一倍左右。
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