泥水平衡顶管施工工法

泥水平衡顶管施工工法

工艺原理

1. 泥水平衡顶管机工作原理

泥水平衡顶管机施工以泥水平衡原理为基本， 通过改变泥水仓的送、 排泥水

量和顶进速度来控制排土量， 使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范

围之内，从而达到开挖面的稳定。

2. 泥水平衡功能

泥水平衡输送系统有两项主要功能， 一是通过泥水来平衡顶管机施工时土体和地下水对其产生的压力， 稳定开挖面，其二是将刀盘切削下来的土体在泥水仓内进行混合后，将其由经过泥水管路输送到地面。

图 1 中右侧为泥水平衡顶管机。正常顶进过程， MV1阀、 MV2阀打开， MV3 阀关闭。泥水由泵经送泥管送入， 与进入泥水仓的切削土混合后， 通过排泥泵经排泥管送至地面。 同时送入的泥水需在泥水仓内建立一定的泥水压力， 此压力需

比顶管机处的土层的地下水压力高 p，通常为 0.015 ～0.02MPa。顶管机上部的泥水平衡压力是 P3 ，底部的泥水平衡压力是 P5。如果设 γ重，则有如下关系式：

W

为清水比重， γ 为泥水比

P1=γW×h2

P2=γW×(h 2+ h)

P3=γW×hl

P4=γW×(h 1+ h)

P5=P4 +γ×h=γW×(h 1 + h)+ γ×h3

图 1 泥水平衡原理

P1- 顶管机顶部的地下水压力， P2- 顶管机顶部的泥水压力， P3- 基准面上的

地下水压力， P4- 基准面上地下水压力 P3 + p 的水压力， P5- 顶管机内泥水压力与地下水压力相加的压力。

泥水平衡顶管机通常在 DEBC″梯形压力区域内工作。在设定泥水控制压力时，取泥水仓顶部和底部压力和平均值，即：

3. 泥水控制原理

泥水平衡控制运用调节器和执行机构 ( 调节水泵转速和控制阀开度 ) 与被控

制对象构成闭环负反馈。根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，

PID 调节

规律，对执行机构进行控制，以达到泥水平衡控制目的。

在停上掘进状态，用切口泥水压调节器控制

CV阀开度或 PH 泵转速，使切口

水压达到设定值。

在“旁路”状态，切口水压调节器根据控制

P1 泵的转速，使送泥水压达到

设定值。

在掘进状态，切口水压调节器根据测得的切口水压与设定值进行比较，

如果

泥水仓压力大于设定值，则切口水压调节器输出值降低，

P1 泵转速下降，进入泥

水仓的送泥水量减少， 使泥水仓压力降低， 反之亦然。同时切口水压调节器与送

泥水压调节器的输出值互为跟踪，是解决过渡状态转换的扰动，一旦转换完成，

切口水压调节器屏蔽跟踪信号，送泥水压调节器仅起信号传送作用。

在掘进状态，排泥水密度的变化将导致排泥水流量的变化，

这种变化会增加

切口水压调节器的泥水平衡控制负担。 因此，由排泥水流量调节器稳定排泥水流 量，起到间接控制泥水平衡的作用。排泥水流量调节器控制

P2 泵的转速，使排

泥水流量达到设定值。

四、工艺流程及操作要点

工程开始

测量放样

放样复核

基坑构筑

泥水系统的安装

工作坑设备安装 地面设备安装

出洞准备

注浆材料准备

排 泥

顶 进

注浆材料准备

测 量

下管、接口安装

进 洞

取工具管

全线测量

收 坑

工程结束