泥水平衡顶管机可分为前壳体、后壳体、刀盘、动力站、纠偏油缸、进出泥水泵、电气控制系统六部分。泥水平衡顶管施工原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过泥水系统送至顶管机头掌子面处形成泥膜，利用泥膜来稳定掌子面。顶管机的前部刀盘附近设有隔板，形成泥水压力仓。通过调节推进油缸顶力和输送泥水压力就可以使泥水对开挖面地层保持一定的压力，这种压力与开挖面的地下水压力及土压力之和相等时，就使顶管机开挖面处于压力平衡状态，保持了开挖面的稳定。 同时顶管机头刀盘节削土层，被切削下来的砂土进入主切削刀后部开闭幅度可调的进泥口，与注入的泥浆均匀搅拌，由排泥系统输送泥水至地面，再由地面泥水处理设备将泥水和砂土分离，将砂土运走，分离后的泥水再送入输送泥水系统循环使用。 一、 泥水平衡顶管设备施工参数
1.主顶系统
主顶系统要求顶管机顶进速度和顶力匹配，同时工作井后座能承受，并保证工作井钢管顶进时不失稳。
序号 | 名称 | 单位 | 数量 | 规格 | 备注 |
1 | 千斤顶 | 餐台滑轨台 | 8 | 顶力200t | |
2 | 柱塞变量油泵 | 台 | 1 | 压力31MPa 流量10~501/min | |
3 | 顶铁 | 套 | 1 | | |
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表6-1设备选型表
(1)设备性能
双作用双级等推力千斤顶的顶力在油压31MPa时2000kN；行程3400mm；千斤顶收回最小长度2500mm；伸出最长5900mm；千斤顶直径：外径Ф330mm，一级Ф260mm，二级Ф200mm。
等推力油缸的第一级和第二级在同样没流量顶进速度相同。
2.泥水及排泥系统
(1)泥浆浓度
泥浆浓度设定主要取决于土层的渗透系数，土层的渗透系数大，说明土层孔隙大，在土层孔隙大的情况下，如泥水不能在挖掘面形成泥层，挖掘面就会失稳坍塌。泥浆液如太浓，输送管路压力损失大，施工费用会提高，要权衡以上两个因素，取比较合理的泥浆浓度。管道断面对面所在地层土质绝大部分其渗透系数报告给定1.37×10-3，在工作井附近约200m，全断面土质渗透系数未给定。
根据工作井段泥浆浓度按K=1.37×10-3选定泥浆浓度，K=1.37×10-3在顶管土层分类属渗透系数较小，泥浆膜能在较短一时间形成，泥水压力能有效地控制挖掘面失稳，根据以往施工经验泥浆容重γ为1.15左右。泥水由粘土（200~300Kg/m3）、膨润土（50~100 Kg/m3）、CMC（1~1.5 Kg/m3）现场根据货源优化配置。泥水分离相对比较困难，地面要设较大的沉淀池。
(2)管线（输泥管、排泥管）、泵的布置
1 管线布置：
20kv高压直流电源工作井至管内20m采用100胶管连接，其余全部使用4寸钢管，管间螺纹接口。
2 泵的布置：
●输泥泵：输泥泵设在工作井地面上，一方面便于管理，另一方面管压小于管子许用压力。
●输泥管最大压力：P=Hf1+Pmax=48.2m=0.48MPa
摄影箱●小于管子允许压力1MPa。
3 排泥管
●排泥管需扬程50m水头，其中工作井至砂水分离设备需用扬程20m，几乎占总扬程的一半。泵的布置考虑因素：一是管道内不要出现负载，防止出现气蚀现象；二是泵离工作井近为好，可减少供电压力；三是能布置坑内则不要布置在管内，能布置地面则不要布置在工作井内。
(3)输泥、排泥系统
正常顶进时，管路上泵全部开启，V1、V2、V4、V5电动阀开启，V3、V6电动阀关闭。泥仓压力机V1通过PLC系统控制电动调节阀V1的开量，调节泥水仓压力达到设定值。电磁流量计通过PLC系统控制工作井下面变频调速泵转速，达到恒定设定流量。
初试顶进和冲洗管道时，压力计C2通过PLC系统控制变频调速泵转速，使机头后管压力达到设定值。泥水分离本工程采用泥水分级处理装置。沙土分级沉淀分离后挖出运走。
顶进过程中使用触变泥浆减阻。
触变泥浆配比适当，压力控制得合理，即使在砂层中同样也会收到明显的减阻效果。提高触变泥浆减阻效果的因素有浆液配比、静置时间、加浆压力、保证在全部顶进管路上任何时间都有膨润土压入。
(1)泥浆配比
泥浆配制主要材料是膨润土，触变泥浆配比如下：
1 膨润土：水：高分子聚合物：碱=40：100：8：3
2 预计每天顶进25m，需加浆液体积为6.6m3
3 掺入量按1.5倍加浆量计，为9.9 m3
4 每天需加触变泥浆量Q=6.6m3+9.9 m3=16.5m3
5 储浆要保证24小时的静置时间，做2个16.5m3储泥罐，轮流使用。
(2)加浆压力
金融查询触变泥浆压力大于地下水压力，泥浆会以溶胶状渗入土层，静止后会以凝胶状封住土层孔隙，触变泥浆压力大于主动土压力，触变泥浆会托住土层，触变泥浆压力大于被动土压力，土层会破坏。触变泥将压力设定在主动土压力加水压与被动土压力加水压之间。基准线按管底。
(3)触变泥浆设备
1 最大供泥量按顶进时同步量的两倍计，最大顶进速度按100mm/min计。采用Ф50钢管输送，Ф50钢管断面积W=0.00196m2；流速V=Q/W=0.29m/s。
2 触变泥浆已是胶体性质，计算误差比较大，故按经验值。我集团公司以往经验Ф50钢管，流速在0.5m/s，每公里损失150KPa，因流速小压力损失也小，设1250m时水压损失150KPa。
3 因管路损失远远小于被动土压力与主动土压力的差值，泥浆压力在主动土压力与被动土压力之间即可，故管线内不设补压泵，减小电路压力。
4 压力恒压罐内压力设定：
●下限：P下=456.75kPa-(103-78.1)γ触+150kPa
γ触取10.5KN/m3
P下=456.75-261.45+150=345.3kPa
球头挂环
●上限：Pt=1067kPa-(103-78.1)γ触
Pt=805kPa，取Pt为400kPa
(4)y字裤触变泥浆系统工作
泥浆罐由压力恒定罐压力表控制，向泥浆罐大压力泥浆，压力恒定罐压力表上下压力可人工设定，设定后低于设定下限泵自动工作，高于设定上限泵自动停止工作，压力恒定罐内有气，能在泥浆泵停止工作时向管道输送压力泥浆，管道量压力传感器向控制计算机输送数据，操作盘可显示触变泥浆压力、流量数据，输送管道在工作井下设闸门，下管时关闭工作井内闸门，拆除胶管，触变泥浆管就不影响下管，顶管内不免长时接钢管，钢管采用管螺纹联接。管道在机头处分别用胶管与机头触变泥浆接口和排泥管接口联接，与排泥管联接的作用是排泥堵塞时用压力触变泥浆冲洗，另一个作用是触变泥浆长时间不使用应先向排泥管放浆液，以使触变泥浆液化，防止触变泥浆长期不用压力损失大。
触变泥浆工作时注意事项。最主要的是有专人开关闸门，把闸门手轮全去掉防止误操作。顶进开始时，操作手观察触变泥浆流量，无流量时马上停顶，检查管路，管路正常才能顶进。
(5)管外压浆及雷达检测
顶管完成后进行管外压浆处理，并进行雷达检测，确保顶管周围密实度达到合格。
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