泥水式盾構機
1發展概況
泥水式盾構機是通過有一定壓力的泥漿來支撐穩固開挖面；由旋轉刀盤、懸臂刀頭或水力射流等進行土體開挖；開挖下來的土料與泥水混合以泥水狀態由泥漿幫浦進行輸運。泥水式盾構機適用於各種鬆散地層，有無地下水均可。採用泥水式盾構機進行施工的隧洞工程都說明它是一種低沉降及安全的施工方法，在穩定的地層中其優點更加明顯。
最初的泥水盾構要追溯到一百多年前的greathead及haag的專利。由於高透水性地層用壓縮空氣支撐隧洞開挖面非常困難，2023年，greathead開發了用流體支撐開挖面的盾構，開挖出的土料以泥水流的方式排出。2023年haag在柏林為第一台德國泥水式盾構申請了專利，該盾構以液體支撐開挖面，其開挖室是有壓和密封的。
2023年成功地將以液體支撐開挖面應用於一台用於建造排汙隧洞的直徑為3.35m的盾構。2023年schneidereit引進了用膨潤土懸浮液來支撐開挖面，而h.
lorenz的專利提出用加壓的膨潤土液來穩固開挖面。2023年第一台有切削刀盤並以水力出土、直徑為3.1m的泥水盾構在日本開始使用。
在德國，第一台以膨潤土懸浮液支撐開挖面的盾構由wayss&freytag開發並投入使用。
泥水式盾構機的發展有三種歷程，即日本歷程、英國歷程和德國歷程。到目前則只有日本和德國兩個主要的發展體系。日本的發展歷程導致當今的泥水盾構,德國的發展歷程導致水力盾構。
以日本的泥水盾構為基礎發展了土壓平衡盾構，而德國的水力盾構導致很多不同的機型,如混合型盾構,懸臂刀頭泥水盾構及水力噴射盾構等。德國和日本體系的主要區別是，德國式的在泥水艙中設定了氣壓艙，便於人工正面控制泥水壓力，構造簡單；日本式的泥水密封艙中全是泥水，要有一套自動控制泥水平衡的裝置。
2023年三菱公司製造了第一台為泥漿開挖面支護的試驗盾構，直徑為3.10m的樣機取得經驗後,2023年建造了第一台大型泥水盾構,直徑為7.20m,用於建設海峽下的keiyo鐵路線。
自此以後,日本的很多製造商生產了此型盾構。與歐洲相比,泥水盾構在日本使用很多。在歐洲,英國的markham,法國的nfm及fcb公司等採用日本許可證,也製造了泥水盾構。
德國的發展歷程起始於2023年，德國承包商wayss及freytag公司開發了水力盾構系統。2023年，其樣機用於建設hamburg港口下的hamburg-wilhelmsburg總管道，盾構外徑為4.48m。
當時還沒有可靠的盾尾密封。這樣一來整條隧道被加壓。因為此型盾構是首次使用，很多修改事先未預料到。
為了繼續隧洞修建工程,採取了許多補救措施，解決了一些主要問題。第二次掘進著重解決了可靠的尾封，使得在最後的30m，採用了新的尾封后才達到隧洞內無壓力的目的。當今水力盾構在歐洲市場占有很重要的位置,herrenknecht，。
2工作原理
泥水式盾構機施工時穩定開挖面的機理為：以泥水壓力來抵抗開挖面的土壓力和水壓力以保持開挖面的穩定，同時，控制開挖面變形和地基沉降；在開挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水壓力有效作用於開挖面。
在開挖面，隨著加壓後的泥水不斷滲入土體，泥水中的砂土顆粒填入土體孔隙中，可形成滲透係數非常小的泥膜（膨潤土懸浮液支撐時形成一濾餅層）。而且，由於泥膜形成後減小了開挖面的壓力損失，泥水壓力可有效地作用於開挖面，從而可防止開挖面的變形和崩塌，並確保開挖面的穩定。因此，在泥水式盾構機施工中，控制泥水壓力和控制泥水質量是兩個重要的課題。
為了保持開挖面穩定，必須可靠而迅速地形成泥膜，以使壓力有效地作用於開挖面。為此，泥水應具有以下特性：
（1）泥水的密度
為保持開挖面的穩定，即把開挖面的變形控制到最小限度，泥水密度應比較高。從理論上講，泥水密度最好能達到開挖土體的密度。但是，大密度的泥水會引起泥漿幫浦超負荷運轉以及泥水處理困難；而小密度的泥水雖可減輕泥漿幫浦的負荷，但因泥粒滲走量增加，泥膜形成慢，對開挖面穩定不利。
因此，在選定泥水密度時，必須充分考慮土體的地層結構，在保證開挖面的穩定的同時也要考慮裝置能力。
（2）含砂量
在強透水性土體中，泥膜形成的快慢與摻入泥水中砂粒的最大粒徑以及含砂量（砂粒重/粘土顆粒重）有密切的關係，這是因為砂粒具有填堵土體孔隙的作用。為了充分發揮這一作用，砂粒的粒徑應比土體孔隙大而且含量適中。
（3）泥水的粘性
泥水必須具有適當的粘性，以收到以下效果：
①防止泥水中的粘土、砂粒在泥水室內的沉積，保持開挖面穩定；
②提高粘性，增大阻力防止逸泥；
③使開挖下來的棄土以流體輸送，經後處理裝置濾除廢渣，將泥水分離。
土體一經盾構機開挖，其原有的應力即被釋放，並將產生向應力釋放面的變形。此時，為控制地基沉降，保持開挖面穩定，必須向開挖面施加乙個相當於釋放應力大小的力。泥水式盾構機中由泥水壓力來抵消開挖面的釋放應力。
在決定泥水壓力時主要要考慮開挖面的水壓力、土壓力以及預留壓力。
在泥水式盾構機中支護開挖面的液體同時又作為運輸介質。開挖工具開挖的土料在開挖室中與支護液混合。然後，開挖土料與懸浮液的混合物被幫浦送到地面。
在地面的篩分場中支護液與土料分離。隨後，如需要，新增新的膨潤土，再將此液體幫浦回隧洞開挖面。
泥水式盾構機的主要弊病是篩分場（場地及能源需要、環境汙染）和排出膨潤土液中包含的不可分離細料所引起的困難。與其他系統相比，經濟地運用泥水式盾構機主要取決於泥水懸浮液分離的要求及地層的滲透性和懸浮液的成分。
3幾種不同形式的泥水式盾構機
3.1泥水盾構（日本體系）
日本泥水盾構流體動力學的發展以及它們大量應用是由於日本沿海城市的地質特徵。經常是水平層理並由江河及大海沉積物形成。泥水盾構是為在砂土及淤泥中應用而設計的，在很粘的粘土中應用受到限制,會導致孔口的堵塞。
密實的卵石層則需要增加力矩克服作用於刀盤上的摩擦力。在小直徑機器中由於增加力矩而考慮設定相應的驅動裝置就非常困難。
泥水盾構的主要特徵是支護液的型別（正常時是粘土懸浮液）、刀盤設計及控制支護液壓力的方法。
泥水盾構的刀盤是扁平設計的，而且幾乎是封閉的，這樣一來也能提供機械的開挖面支撐。為搬掉障礙物等，通往隧洞開挖面的通道只能經過幾個開口，它們在執行時是被封閉的。通常刀具及齒具均為雙排幅射布置，刀盤可在任一方向轉動。
土料經過窄長而平行的刀盤面開口進入開挖室，這些開口被調整到既能通過盡可能大的土石塊，又能限制水力輸運管道所不能通過的塊體。
根據所需的扭矩，切削刀盤採用中心軸形式、鼓型或中心錐型設計。
支護液從開挖室的上部新增，土料與懸浮液的混合液由底部靠近攪拌器的地方排出。安裝攪拌器是為了防止沉澱以產生均勻的輸送介質。
在泥水盾構中，隧洞開挖面支護壓力直接受開挖室中新增或排出泥水的影響。支護壓力，在開挖室及輸入泥水管中用壓力感測器測量，並與計算出的支護壓力的理論值相比較。懸浮液迴路中的幫浦與閥也用同樣的方法予以控制。
因為不可能看到隧洞開挖面的變化,穩定性只能在理論的及當前的開挖量之間用質量進行比較。當前的開挖量由測量支護液的密度得出，理論開挖量則參考比重、結實性及孔隙的份額等得出。這些值是在最初岩心鑽的基礎上取得的。
盾構機掘進時的所有調控功能都取自地面的**處理裝置。雖然在**處理裝置中,大量的資料都可收集、測定並看到,但盾構機中的操作人員仍是需要的,在難對付的情況下也要人工干預。
3.2水力盾構
與日本的地質條件相比,在歐洲則不同地點差異很大，因而水力盾構的基本原理對地質的適用範圍就更靈活。水力盾構適於所有鬆散地層,如加裝另外的裝置還能用於岩層。
幾乎所有的水力盾構都以wayss&freytag開發的為基礎。除了設計並建造第一台樣機（hamburg-wilhelmsburg1974）外,該公司還在德國及德國以外實施了很多成功的工程。
水力盾構很突出的部分是用沉浸牆隔離開挖室（在液體支護的隧洞開挖面附近,支護壓力由後腔的氣囊調整）以及有單獨固定幅條的開式星型刀盤。
另外不同於日本泥水盾構的是採用水-膨潤土懸浮液,這更適合歐洲的地質情況。採用膨潤土與在隧洞開挖面形成濾餅是相聯絡的，所以此型盾構也稱之為膨潤土盾構。
水力盾構系統最重要的優點是通過氣囊調節支護壓力，泥水迴路中懸浮液的量的變化不會改變支護壓力的大小。比如，當掘進通過斷層帶，支護懸浮液可能會突然損失，但隧洞開挖面上的支護壓力不會損失。通過布置在盾構頂部的壓縮空氣閘室以及穿過氣囊及沉浸牆進入開挖室，這比日本的泥水盾構容易搬掉障礙物。
為了搬掉障礙物或在刀盤上進行修理及維護工作，開挖室中的懸浮液可以被排出並由壓縮空氣取代。懸浮液在開挖面處形成的濾餅或泥膜層及其密封效應，使得可以單獨用壓縮空氣支護隧洞開挖面。當與空氣接觸時，膨潤土餅層會減薄，為了限制漏氣，應每隔一段時間對膨潤土餅層進行更新，如向隧洞開挖面噴射膨潤土或將膨潤土液滿溢開挖室。
開式刀盤在泥漿輸出管前裝有一攔石柵，截住超過管道運輸尺寸的土石塊。攔石柵前有一液力操作的破碎機將大石塊破碎到要求的尺寸。攔石柵前的沉積料用懸浮液噴射除去。
對不同的地層可以在刀盤上裝設不同的開挖刀具。
3.3混合型盾構中的水力盾構形式
在水力盾構基本概念的基礎上，wayss&。混合型盾構可轉變成泥水模式、土壓平衡及壓縮空氣模式等。在盾構機執行過程中根據需要可以完成從一種模式到另一種模式的轉換，因而其應用範圍較廣。
在已有的混合型盾構的工程應用例子當中，大多數都是執行在水力盾構模式下而無需轉換到別的模式，所以也習慣地將它們歸類為或稱之為水力盾構。
3.4懸臂刀頭式泥水盾構
holzmann懸臂刀頭式泥水盾構是泥水支撐和部分斷面開挖的組合。可伸縮的刀頭懸臂裝在密封承壓隔板中部，當絞刀頭接觸到岩土層時，通過人工或自動控制操作進行開挖面開挖動作。開挖出的土料通過刀頭的開口及懸臂內管道以泥水狀態輸出。
刀頭的開口尺寸與泥水輸出管道尺寸相匹配，不適於管道輸送的較大尺寸土石塊被刀頭開口阻擋。如必須進入開挖室進行修理工作或搬掉障礙物時,可以部分或全部地降低懸浮液或用壓縮空氣進行置換，其適用的地質範圍與水力盾構一樣。在開挖室沿盾殼內側布置多個可單獨進行液壓控制的支撐胸板,當胸板被頂推起來時可在盾構前方將其封閉。
盾構底拱設有一石料閘室,直徑小於500mm的石頭無需進入開挖室區域即可搬除。
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