盾构讲座四土压平衡式盾构机模板.doc

土压平衡式盾构机
1　发展概况和工作原理
　　土压平衡式盾构机开发始于70年代初。 , 由日本IHI设计制造, 于1974年在东京投入使用。 随即, 其它部分厂家也开始生产土压平衡式盾构机, 产品名称不完全相同, 但从原理上全部可归纳为土压平衡系统（Earth-pressure balance system, 即EPBS）。
　　土压平衡式盾构机发展基于挤压式盾构机（闭胸）和泥水式盾构机。 挤压式盾构机在其承压隔板上设有面积可调排土口, 开挖面稳定靠调整孔口大小和排土阻力, 使盾构千斤顶推力和开挖面土压达成平衡来实现。 挤压式盾构机适适用于含有良好塑性粘土层, 适用地质范围狭窄。 泥水式盾构机在非粘土层中广泛应用, 但随细颗粒土砂百分比增加其分离越来越复杂, 代价越来越高, 悬浮液也需频繁更换, 还存在环境保护问题。 尤其是在日本关键城市施工时, 因为空间有限使得安装分离设备较为困难。 这些全部促进了土压平衡式盾构机发展。 和泥水式盾构机相比, 土压平衡式盾构机没有分离装置, 施工时覆土层能够相对较浅。 其适用地质范围比挤压式盾构机广, 掘进性能也优于挤压式盾构机。
　　依据日本对不一样盾构机型统计资料, 从1964年到1974年间, 和气压施工法同时使用手掘式盾构机占总数3/4, 从1974年到1984年间, 这种盾构机型降低, 泥水式和土压平衡式等机械挖掘式盾构机不停增加。 日本隧道技术协会对世界盾构施工法现实状况开展通信调查结果（其中96%是日本工程）, 从1980年至1985年6年间, 密闭型盾构机从1980年占多种类型盾构机总数60%急增至86%, 尤其是土压平衡式盾构机从19%增大到60%。
　　土压平衡式盾构机刀盘切削面和后面承压隔板所形成空间为开挖室或泥土室。 刀盘旋转切削下来土壤经过刀盘上开口进入泥土室, 和泥土室内可塑土浆混合或被搅拌混合, 盾构千斤顶推力经过承压隔板传输到泥土室内泥土浆上, 由泥土浆压力作用于开挖面, 以平衡开挖面处地下水压和土压。 从而保持开挖面稳定。 螺旋输送机从承压隔板开孔处伸入泥土室进行排土。 盾构机挖掘推进速度和螺旋输送机单位时间排土量或其旋转速度全部会影响泥土室内土浆压力大小, 所以应进行协调控制。
1．切削刀盘　2．开挖室　3．承压隔板　4．压缩空气闸室
5．推进千斤顶　6．尾盾密封　7．油箱　8．带式输送机
9．管片拼装机　10．刀盘驱动　11．螺旋输送机
图1　土压平衡式盾构机
　　在最初土压平衡式盾构机中采取体积控制方法来检验开挖面稳定情况。 它将测量开挖体积和依据掘进速度和开挖洞径计算得到理论体积值进行比较, 对盾构机挖掘推进速度和螺旋输送机旋转速度参数进行调整控制。 对开挖出土料体积测量方法有传统称重方法及近些年采取超声波和激光测量方法。 超声波法和激光法要求输送带上土料表面较光滑, 在实际应用中较难确保。 仅靠体积控制方法存在部分缺点, 它不提供任何开挖室内实际填充情况和土体压实度相关信息; 体积测量装置复杂而且昂贵, 它们安装位置有时会阻碍输送带对土料输送; 只有在一段时间以后才能做定性分析, 无法得到开挖面实时情况; 在同时有土壤改良剂料加入时, 无法得出正确体积值。
　　对开挖室内土压测量则会提