泥水平衡顶管施工工法

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内容简介

　　一、工法特点　　 本工法主要是泥水压力来平衡地下水压力，同时它也平衡掘进机所处土层的土压力。其主要特点有以下几个方面：　　1. 适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。　　2. 可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。　　3. 与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层变现的更为突出。所以它适宜于长距离顶管。　　4. 工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。　　5. 由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快。　　6. 泥水平衡顶管施工还具有噪音以及震动都很小等特点。　　二、适用范围　　1. 适用的土质范围比较广，而且在许多条件下不需要采用辅助施工措施。不适用在岩土及有机土中施工。　　2. 适用小口径顶管施工。由于小口径顶管掘进机内部空间狭小，不允许操作人员进入机头内部工作，而且在机内工作安全性差，劳动强度高。采用地面遥控操作，不仅可克服上述弊端，而且可提高施工质量。　　三、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Δp，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γW为清水比重，γ为泥水比重，则有如下关系式：?　　P1=γW×h2?　　P2=γW×(h2+Δh)?　　P3=γW×hl?　　P4=γW×(h1+Δh) 　　P5=P4+γ×h=γW×(h1+Δh)+γ×h3　　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。?　　

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