盾構(gòu)掘進泥漿控制

1、南水北調(diào)中線一期穿黃工程IIA標中鐵隧道葛洲壩集團聯(lián)合體項目部盾構(gòu)掘進泥水管理第一章盾構(gòu)掘進泥水管理1.1 泥水平衡原理當今世界泥水平衡盾構(gòu)分為直接控制型 （日本），間接控制型（德國）兩大流派, 標志當今國際泥水盾構(gòu)技術(shù)制造和施工的發(fā)展水平。直接控制型盾構(gòu)是直接通過控制泥水倉內(nèi)泥水壓力來平衡地層水土壓力，這種 控制方式在掘進過程中泥水壓力的波動要大一些，對于地面沉降的控制難度要大一 些。間接控制型盾構(gòu)是通過隔板后部的氣壓倉來將壓力傳遞到泥水倉內(nèi)泥水，通過 調(diào)節(jié)氣壓倉的壓力來控制泥水倉壓力，由于氣壓調(diào)節(jié)更容易實現(xiàn)，泥水壓力的波動 遠小于直接控制型盾構(gòu)，有關(guān)資料中顯示，間接控制型泥水壓力波動幅度是

2、直接控 制型泥水壓力波動幅度的1/10左右。因此，泥水壓力平衡控制更精確，因此，間接控制型泥水平衡盾構(gòu)掘進對周邊 環(huán)境的影響更小一些。泥水加壓式盾構(gòu)工作面土體是依靠泥水壓力對地層的水土壓 力發(fā)揮平衡作用以求得穩(wěn)定。泥水加壓盾構(gòu)泥水平衡原理見圖 1-1 。支承部切口部盾尾部送泥管瘋£管片刀盤攪拌器卜.盾構(gòu)千斤頂一南水北調(diào)中線一期穿黃工程IIA標中鐵隧道葛洲壩集團聯(lián)合體項目部盾構(gòu)掘進泥水管理當盾構(gòu)底部處于地下水位以下的深度為 H時，其水壓力為r水XH,而在盾構(gòu)正 面密封艙(即泥水壓力室)底部的泥水壓力為r泥x (H+&),由此可見地下水壓力 小于泥水壓力。因此在盾構(gòu)正面密封艙內(nèi)通

3、入高于地下水位 h的泥水，則在工作面 任何一點y處的地下水壓力為r水XH,泥水壓力為r泥x (y+Zh)。一般情況下Ah 取2米，而r泥大于r水，工作面任何一點的泥水壓力總是大于地下水壓力， 從而形 成了一個向外的水力梯度，這是保持工作面穩(wěn)定的基本條件。止匕外，由于泥水中的粘粒受到上述壓力差作用在工作面形成一層泥膜。在泥水 平衡的理論中，泥膜的形成是至關(guān)重要的，當泥水壓力大于地下水壓力時，具有一 定比重和粘度的泥水積聚在土壤與泥水的接觸表面，泥膜就此形成。隨著時間的推 移，泥膜的厚度不斷增加，滲透抵抗力逐漸增強。特別是在砂性土及砂卵石地層， 泥膜的作用是很大的。在砂性土層中，泥膜在刀盤切削土體

4、的過程中不斷的破壞和 形成，起到穩(wěn)定地層的作用，為盾構(gòu)快速掘進提供條件。1.2 泥膜的形成要素及對掘進的影響隨著泥水加壓盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)泥水加壓盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的理論亦隨 著深化和發(fā)展。1.2.1 泥膜形成機理泥水加壓盾構(gòu)是通過在支承環(huán)前面裝置隔板的密封艙中，注入適當壓力的泥漿， 使其在開挖面形成泥膜，支承正面土體，并由安裝在正面的刀盤切削土體表層泥膜, 與泥水混合后，形成高密度泥漿，然后由排泥泵及管道把泥漿輸送到地面處理。整 個過程是通過建立在地面中央控制室內(nèi)的泥水平衡自動控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在泥水平衡的理論中，泥膜的形成是至關(guān)重要的，當泥水壓力大于地下水壓力 時，泥水按達西定律（ 18

5、56年總結(jié)得出滲透能量損失與滲流速度之間的相互關(guān)系即 為達西定律）滲入土壤，形成與土壤間隙成一定比例的懸浮顆粒，被捕獲并積聚于 土壤與泥水的接觸表面，泥膜就此形成，隨著時間的惟移，泥膜的厚度不斷增加， 滲透抵抗力逐漸增強。當泥膜抵抗力遠大于正面土壓時，產(chǎn)生泥水平衡效果。1.2.2 泥膜形成基本要素從泥水平衡理論中可以看出，在泥水加壓式盾構(gòu)法施工中，盡快形成不滲透泥 膜是一個相當關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然而，要形成泥膜必須滿足下列四項基本條件。(l)泥水最大粒徑一一泥水最大顆粒粒徑對泥膜形成的效果有很大影響。根據(jù)土層滲透系數(shù)K的不同要求，泥水最大顆粒粒徑亦不同，它們之間必需相互匹配，其 關(guān)系見表。泥水最大粒

6、徑與K值關(guān)系參考表土層名稱地層滲透系數(shù)K(cm/s)泥水最大粒徑(mm)粗砂1 9X1010.84 2中砂1 -9X1000.42 0.84細砂1 -9X10-1 -20.074 0.42粉砂1 9X10-3<0.074(2)顆粒級配一一顆粒級配對泥膜形成具有很大的影響，最佳的泥水顆粒粒徑分布形式必須通過大量實驗來確定。(3)泥水濃度一一泥水濃度提高能使泥水屈服值升高，同時能使泥膜穩(wěn)定性增強。試驗證明高密度的泥水可以產(chǎn)生高質(zhì)量的泥膜。(4)泥水壓力一一雖然滲透體積隨泥水壓力上升而上升，但它的增加量遠小于壓力的增加量，而增加泥水壓力將提高作用于開挖面的有效支承壓力。因此，開挖 面處于高質(zhì)量

7、泥水條件下，增加泥水壓力會提高開挖面的穩(wěn)定性。1.2.3 掘進速度與泥膜的關(guān)系泥水加壓式盾構(gòu)處于正常掘進狀態(tài)時，刀頭并不直接切削土體，而是對刀盤正 前方的泥膜進行切削。在切削后的一瞬間，又形成了下一層泥膜。由于盾構(gòu)機的刀 盤轉(zhuǎn)速是一定值，而且盾構(gòu)機推進速度最大能力又受到一定限制，因此掘進速度只 和切入土體的深度有關(guān)，而和泥膜無關(guān)但是當泥水加壓式盾構(gòu)在不正常掘進狀態(tài)時，特別當泥水質(zhì)量和切口水壓達不 到設(shè)計要求時，泥膜需經(jīng)過較長時間才能形成，這樣就約束了掘進速度。高質(zhì)量泥 水形成泥膜的時間為12秒。1.3 掘削面穩(wěn)定性研究1.3.1 開挖面穩(wěn)定的判斷方法泥水加壓式盾構(gòu)在掘迸過程中，泥水不斷循環(huán)，開

8、挖面的泥膜因受刀盤的切削 而處在形成一破壞一形成的過程中。由于地層的變化等因素，開挖面的平衡是相對 的。為保持開挖面的穩(wěn)定，在泥水加壓式盾構(gòu)掘進施工中開挖面穩(wěn)定就成為最重要 的管理項目之一，它直接影響著隧道施工質(zhì)量。合理地進行泥水管理、切口水壓管 理和同步注漿管理，控制每環(huán)掘削量是開挖面穩(wěn)定的必要保證。由于泥水加壓式盾 構(gòu)在掘進過程中，開挖面充滿泥水，泥水室前側(cè)是切削刀盤，后側(cè)是密封隔墻，四 周是盾構(gòu)殼體，施工操作人員是不可能用肉眼直接觀察到開挖面穩(wěn)定狀況。為此， 通常采用下述方法對開挖面的穩(wěn)定狀況進行判斷。（1） 土砂量掘削控制根據(jù)地質(zhì)情況進行理論性的每環(huán)掘削量土砂計算所求得的理論掘削量將作

9、為控 制每環(huán)實際掘削土砂量的大致目標。1）實際掘削土砂量實際掘削土砂量是通過中央控制室的掘進管理系統(tǒng)，直接顯示在計算機屏幕上， 它能較真實的反映實際掘削過程中的掘削土砂量。但由于設(shè)置在泥水輸送管路系統(tǒng) 中用以測定泥水密度和泥水流量的密度計、流量儀等儀器的誤差，使實際掘削土砂 量因測量精度而產(chǎn)生誤差。為了將系統(tǒng)誤差縮小到最低度（控制在測量儀表正常精度范圍內(nèi)），需在旁路運轉(zhuǎn) 時，定期檢查校正設(shè)備。2）實際掘削土砂量 W（干砂量）與偏差流量Aq的關(guān)系偏差流量4q瞬時計算式：A|=Q 1 一（A Vs十 Qo）式中：占 一偏差流量（m3/min）A 一盾構(gòu)刀盤面積（m2）Vs一推進速度（m/min）Q

10、o一進泥流量（m3/min ）Qi一排泥流量（m3/min ）上式變換可得到排泥流量計算式：Qi= (AVs+Qo)十3由此可見，實際掘削量 W(干砂量)與偏差流量軸的關(guān)系，偏差流量為正值時， 盾構(gòu)處于 超挖”狀態(tài)，干砂量比標準值大；偏差流量為負值時，盾構(gòu)處于 溢水”狀態(tài), 干砂量比標準值小。3)掘削量的判斷方法每掘進50100環(huán)后，統(tǒng)計1050環(huán)泥水質(zhì)量較好、每環(huán)掘進盾構(gòu)切口上方 地面沉降量較小的掘削量，并將統(tǒng)計值輸入計算機。在掘進過程中，動態(tài)觀測本環(huán) 掘削量曲線與統(tǒng)計曲線的變化情況。當發(fā)現(xiàn)掘削量過大時，應立即檢查泥水密度、粘度和切口水壓。止匕外，也可以 利用探測裝置，調(diào)查土體坍塌情況，在查

11、明原因后應及時調(diào)整有關(guān)參數(shù)，確保開挖 面穩(wěn)定。(2)溢水量檢查泥水質(zhì)量的好壞將直接影響泥膜形成的時間和開挖面的穩(wěn)定。溢水量是測定泥 水漿液質(zhì)量的一個較好的方法。當掘削停止時，中央控制室觀測單位時間內(nèi)的累計值，如果泥水溢水量大于己6.2A(l/ m2 A), A為掘削斷面積(m)則應檢查泥水質(zhì)量 和管路系統(tǒng)泥漿情況。(3)利用探測裝置進行土體崩塌檢查為保證開挖面穩(wěn)定，有必要利用安裝在盾構(gòu)頂部的探測裝置定期進行檢查，判 斷盾構(gòu)前上方的上體有無松動。一般要求每天進行23次的檢查，并做好探測記錄。如發(fā)現(xiàn)土體有可能崩塌時，應首先對探測結(jié)果進行綜合分析，并適當增加泥水 密度和進行泥水循環(huán)。(4)地表沉降與

12、信息反饋地表沉降也是反映盾構(gòu)正面穩(wěn)定的一個方面。因此需在盾構(gòu)掘進沿途布置沉降 測點，跟蹤測量因盾構(gòu)掘進而引起的地表沉降情況。 一般每天需對盾構(gòu)前1020m、 盾構(gòu)后3050m軸線區(qū)域內(nèi)的各沉降點進行監(jiān)測。同時，也應對 3050n,以后 的各點進行定期測量，直至沉降穩(wěn)定為止。開挖面不穩(wěn)定而產(chǎn)生的地表沉降往往發(fā)生在盾構(gòu)切口前方，這時應檢查泥水質(zhì) 量及切口水壓。當盾構(gòu)后方發(fā)生較大沉降時，多數(shù)是由于同步注漿不足所致，這時 應提高同步注漿率，改善注漿效果。(5)開挖面水壓信號檢查在檢查開挖面水壓時，應注意檢查開挖面水壓信號傳感器，有時會因為管路堵 塞而影響正常采集數(shù)據(jù)。1.3.2 開挖面穩(wěn)定計算泥水加壓

13、式盾構(gòu)由于是依靠泥水來達到開挖面隱定，以流體輸送土砂為特色， 并且開挖面經(jīng)常充滿受到水壓和比重等控制的泥水，所以必須考慮在密閉加壓狀態(tài) 下，由泥水產(chǎn)生的開挖面穩(wěn)定壓力。泥水加壓盾構(gòu)施工時開挖面是垂直直立著的土壁，刀盤不斷對其切削，不斷出 現(xiàn)新的開挖面。止匕外，泥水是循環(huán)的流體，具有流動的動態(tài)性質(zhì)。在這些方面，它 和地下連續(xù)墻的保護面處于靜態(tài)的泥水狀況是不一樣的。一般泥水盾構(gòu)工法是將泥壁（泥漿護壁薄膜）作為媒體，由泥水壓力來平衡土體壓力，對泥水不作任何調(diào)整是很 難適用的（優(yōu)良的泥壁是在一分鐘內(nèi)生成厚度達lmm左右）。然而在刀盤切削時，當 泥壁尚未形成以前，泥水仍然會不斷地滲透列土體中，這種滲透壁

14、較原有土體良好。泥水加壓盾構(gòu)對開挖面的穩(wěn)定是由于：1）良好的泥水在受到加壓后所產(chǎn)生的流休力學和土力學上的力；2）大刀盤產(chǎn)生的機械推壓等力。由于這些受力情況是隨土質(zhì)、地下水情況以及特性的不同而有很大差異，所以 就經(jīng)常采用泥水加壓盾構(gòu)施工地層的穩(wěn)定進行試驗。1.4 .泥漿循環(huán)控制1.4.1泥水壓力調(diào)節(jié)泥水盾構(gòu)機，其掘進操作的一個關(guān)鍵部分是泥水循環(huán)操作，泥水循環(huán)的控制， 有幾個因素的控制是至關(guān)重要的，其中包括盾構(gòu)機的泥水進排泥漿管循環(huán)流量、泥 漿泵進出口壓力、泥水倉壓力、泥水倉液位等，具體對泥水系統(tǒng)的操作敘述如下：（1）氣墊倉壓力的設(shè)定泥水加壓平衡盾構(gòu)是用泥水倉壓力來平衡地層水土壓力，而泥水倉壓力是

15、依靠 氣墊倉的壓力提供，所以氣墊倉的壓力設(shè)定直接關(guān)系到土倉壓力的大小，也關(guān)系到 工作面的穩(wěn)定，所以氣墊倉壓力的設(shè)定尤為重要。壓力設(shè)定的大小，可以根據(jù)所處 位置的地質(zhì)和埋深進行計算。更為直接的方法是將盾構(gòu)停止，氣墊倉壓力升高，直 至升高到一個穩(wěn)定值，此時，盾構(gòu)掘進的氣墊倉壓力設(shè)定值可參照該穩(wěn)定的壓力值 并比該值高0.20.5bar。氣墊倉壓力的設(shè)定是通過盾構(gòu)上的啟動的壓縮空氣自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，一旦設(shè) 定，掘進過程中不再變化。當?shù)貙铀畨毫ψ兓笤僦匦略O(shè)定氣墊倉壓力。(2)氣墊倉液位的控制為保證氣墊倉內(nèi)足夠的空氣，并確?？諝庑纬擅荛]的氣墊倉，對氣墊倉內(nèi)的泥 水液位進行控制。氣墊內(nèi)泥水液位測量有兩種方

16、式，一種是液位高度測量(能準確 測量液位高度)，一種是點位測量(整個盾構(gòu)高度方向分為五個點，能顯示液位在哪 兩個點位之間)。操作時，通過調(diào)節(jié)進出漿液的流量，控制氣墊倉的液位保持在中間 位置。該位置高于隔板底部的連通口和出磴口。(3)泥漿流量和泥漿泵壓力的控制1)泥漿流量的控制主要考慮以下幾個方面的因素：首先，泥漿流量要保證泥漿管內(nèi)流諫大于沉淀臨界流速。其次，為了得到更快的推進速度并控制排漿比重。盾構(gòu)配套的泥漿泵的流速調(diào)節(jié)是無級調(diào)速的，能夠滿足在能力范圍內(nèi)任意需要 的流量。2)泥漿泵壓力的控制：為了得到盾構(gòu)掘進相匹配的泥漿流量，泥漿泵需要一定 的泵出口壓力。泥漿沿程損失越大，需要泥漿泵的泵出壓力

17、越大。1.4.2泥水循環(huán)控制(1)泥水平衡盾構(gòu)機泥漿循環(huán)操作介紹泥漿循環(huán)系統(tǒng)是由5個循環(huán)回路組成，通過5個循環(huán)回路的操作達到泥漿循環(huán) 10南水北調(diào)中線一期穿黃工程IIA標中鐵隧道葛洲壩集團聯(lián)合體項目部盾構(gòu)掘進泥水管理泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括2個進漿泵（P1.1、P1.2）、3個排漿泵（P2.1、P2.2、P2.3）、52個氣動閥和相應的泥漿管路組成。盾構(gòu)開始推進前必須有一個暢通的回路，一般 選大循環(huán)開挖模式；檢查其余回路是否暢通。泥漿循環(huán)系統(tǒng)如圖所示。OO0OO OOOOOoo-* 二 liarOOCO*OOL>OO-nJ. JLooOO .J 66尊oo<x>I bo1）盾構(gòu)機開挖

18、：掘進開始時：首先啟動進漿泵、排漿泵（施工中將根據(jù)掘進里程選擇需要開啟 的進、排漿泵的個數(shù)），將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)到最小，關(guān)閉 V30、V32、打開V31、V50、V51、循環(huán)第一個旁通回路，將 P1.1、P2.3泵轉(zhuǎn)速逐漸調(diào)大，循環(huán)幾分鐘后，將V11、V32打開，將泥漿倉的液位抽到約中間位置，打開碎石機，然后依次打開（ Vers usine deftraitement de boueTo slurry treatmentV12、V17、V20、V21、V3、V4、V7）最后關(guān)閉V31 ,同時1隨時調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速,開始據(jù)講，保持滋位在中間位置，達到掘進狀態(tài)LFV01V03V02V04V151J£

19、;V05V06HMT6,V07V09V13V1八V11干V12F'遺PP2.1I iMjid口 lPL-l production de boue .""From the bentonite plantP-.1.1P1.P2.iPV19V18rndfcdV21V22- - V23rXU-n3V24P.32）旁通模式泥漿循環(huán):掘進完成時：首先打開 V31旁通回路，依次關(guān)閉（V11、V12、V17、V20、V21、V3、V4、V7）逐漸調(diào)小泵速至零，關(guān)閉 V30, V32 ,最后關(guān)閉V31。最后 關(guān)閉所有的泵。這個模式是待機模式，特別是用于安裝管片時的情況。3）隔離模式泥

20、漿循環(huán):這個模式使隧洞里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，設(shè)在地面的分離廠和調(diào)漿池之間的回路仍保持連通，這種模式常用于隧洞泥漿管道延伸時的 情況。各排泥泵停止運轉(zhuǎn)，送泥泵 P1.1仍保持運行再*早4）停機模式泥漿循環(huán)：在停機模式下，所有送排泥泵都停止運轉(zhuǎn)，學子面壓力由壓縮空氣回路來控制 當氣墊室泥漿的液面高程低于預定的低限時，便進行自動校正。5）逆行模式泥漿循環(huán):這個模式使開挖室里的泥漿逆向流動。僅用于一些特別的情況，特別是用于清 理排磴管道的堵塞。南水北調(diào)中線一期穿黃工程IIA標中鐵隧道葛洲壩集團聯(lián)合體項目部盾構(gòu)掘進泥水管理平衡倉中7個液位燈，顏色依次為紅、黃、綠 、綠、綠、黃、紅

21、.當上面紅燈亮 的時候P1.1泵不能啟動，當黃燈亮的時候.P1.1可啟動但V30、V3、V4、VI、V5 氣動閥打不開，這說明液位太高，可參照液位表。如果第一個綠燈亮了，已經(jīng)到了 安全位置，可打開V3、VI、V30即形成了回路3,液位表在±1.0米以內(nèi)，觀察各 壓力表顯示是否正常，到了第二個綠燈，一切正常，開始推進，一般刀盤向左轉(zhuǎn)， 即打開右邊的V4,時間久了也打開V3 （防止V3堵）；到了第三個綠燈亮的時候， 就要強行補充液位了。（2）補充液位的方法1）、打開P1T往下輸送足夠泥漿；2）、打開V4、V5氣動閥使工作面的泥漿充足，觀察進漿管的壓力表和平衡倉 的壓力表數(shù)值，如很接近，應

22、調(diào)大 P1.1,不然內(nèi)外壓力平衡，容易堵住氣動閥；3）、調(diào)節(jié)P2.3、P2.1使排漿管的出漿量減少。這三種方法都是可行的，根據(jù)現(xiàn)場情況靈活操作。如果不小心是黃燈亮了，系 統(tǒng)會自動出于保護模式，循環(huán)模式自動調(diào)到回路2,如黃燈熄了，應立即關(guān)掉 V32迅速的切換到回路2,以免工作面液位抽空而使排漿管進空氣，那樣是比較危險的， 輕則泥漿管的震動很大，重則是泥漿管由于壓力突增而爆裂。（3）氣動閥的功能及作用V61、V60、V62這組氣動閥作用是以防泥漿管爆裂，更換泥漿管時使用。如果泥漿管突然爆裂，應立即打開 V61、V60、V62是形成回路1。V3、V4氣動閥作用是根據(jù)刀盤的轉(zhuǎn)向而定的。V1打開可以減低

23、扭矩，V3是沖洗碎石機。(4)泥漿泵的作用及泵口壓力P1.1進漿泵作用是往工作面輸送泥漿；根據(jù)液位等而調(diào)節(jié)其流量。P2.1、P2.2排漿泵作用是將切削的磴土與泥漿的混合物進行隧道內(nèi)水平輸送。P2.3排漿泵作用是直接把泥漿輸送到泥水分離站處理。(5)更換刀具時泥漿循環(huán)系統(tǒng)操作1)、首先關(guān)掉進漿管最近的手動閥，啟動 P2.1、P2.3泵，打開V32氣動閥抽水，當液位降低到第三個綠燈時，打通平衡倉和開挖倉的閘閥，泄壓，控制 P2.1、P2.3泵使刀盤的涌水和排水形成平衡，各壓力表顯示正常，即打開倉門，檢查刀具的磨損量，確定更換刀具。2)、當操作人員正在換刀當中，泥漿泵突然不工作時，應立即關(guān)掉V32氣

24、動閥按響警示號，操作人員及時出倉，關(guān)閉人員倉門，然后檢查泥漿泵。3)、當觀察涌水可能大于120m 3/h,可打開盾構(gòu)中體底部的排水閥。1.5 泥水循環(huán)系統(tǒng)管理1.5.1 泥水循環(huán)系統(tǒng)概述泥水循環(huán)系統(tǒng)是指由進漿泵將調(diào)配好的泥漿由管路送入盾構(gòu)隧道泥水倉保持泥 水壓力平衡，同時，送入的泥水與刀盤切削下來的磴土混合后，由排漿泵通過管路 輸送到地面泥水分離站，泥水分離設(shè)備將泥水漿液中的磴土分離，分離掉的部分形 成棄磴，剩余的泥水在通過制漿系統(tǒng)調(diào)配合格后又重復使用，這樣形成了一個閉合的泥水循環(huán)系統(tǒng)。泥水循環(huán)系統(tǒng)由以下幾個關(guān)鍵的部分組成：(1)泵送系統(tǒng)泵送系統(tǒng)有泥漿泵和管路組成。泥漿泵分為進漿泵和排漿泵，穿

25、黃工程泥水循 環(huán)系統(tǒng)，配套了 3臺排漿泵和2臺進漿泵。泥漿泵的配置要求是滿足流量、揚程和 通過顆粒的直徑。排漿泵功率為450KW ,揚程為74m。進漿泵2臺，功率400KW , 揚程為73m o泥漿管直徑選擇DN350的螺旋焊管，連接方式為法蘭連接。進排泥 漿泵的配置形式如下圖所示。(2)泥水分離站泥水分離站是將帶泥水中的磴土分離出來使分離后的泥漿能夠重復使用的一套 系統(tǒng)。對應不同地質(zhì)，分離設(shè)備的選型有所不同。針對穿黃工程地層特點，粉細砂、 粉質(zhì)粘土含量高，所以對分離設(shè)備的分離方式和精度要求比較高。我們采用了國內(nèi) 性能最優(yōu)越的泥水分離設(shè)備即可達到分離效果。(3)調(diào)漿系統(tǒng)為得到高質(zhì)量的泥漿，以利

26、于盾構(gòu)開挖工作面的穩(wěn)定以及泥漿的輸送，施工過 程中需不斷的制備漿液、調(diào)整漿液，使?jié){液能夠盡可能多的循環(huán)利用。在軟土地層 中，對于調(diào)漿系統(tǒng)要求較高。調(diào)漿系統(tǒng)包括制漿設(shè)備、膨潤土堆場、儲漿池和調(diào)整 池以及相關(guān)設(shè)備。(4)輔助設(shè)施輔助設(shè)施主要包括泥漿沉淀池。沉淀池的作用是將未分離掉的小顆粒通過減緩 流速，延長路徑使其沉積，從而利于進漿性能指標的保證。未分離掉的小顆粒隨著 不斷沉積只會增加泥漿比重而對漿液的粘度影響很小，所以需定期對沉淀物進行消 理。1.5.2 泥水循環(huán)系統(tǒng)的基本原理泥水盾構(gòu)的磴土輸送方式為流體輸送，磴土通過管道輸送到地面，在地面進行 處理以后，再將處理后的漿液送到盾構(gòu)上循環(huán)使用，這個

27、過程是泥水盾構(gòu)的主要特 征。所以，作為地面上漿液處理的泥水分離設(shè)備，對于整個盾構(gòu)施工顯得也尤為重 要，其工作的好壞也直接關(guān)系到盾構(gòu)施工的成敗。(1)泥漿系統(tǒng)主要參數(shù)的確定根據(jù)盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)和掘進性能參數(shù)，對應的配套泥漿循環(huán)系統(tǒng)是不同的，但是 不同盾構(gòu)機的相應選型是不同的。結(jié)合穿黃工程所使用盾構(gòu)機的情況，下面對泥水 系統(tǒng)的所有系統(tǒng)進行理論分析和計算。1)盾構(gòu)掘進參數(shù)泥漿流量的確定與盾構(gòu)機的切削量、掘進速度、地層的比重和泥漿性能有關(guān)。 在盾構(gòu)選型，有幾個參數(shù)，對盾構(gòu)機的性能至關(guān)重要，同時對于泥漿系統(tǒng)的配套也 是至關(guān)重要，它們是盾構(gòu)機最快掘進速度 V和刀盤切削直徑Do這樣有盾構(gòu)最大掘 進出磴量Qs：Q

28、s=3.14* (D2/4) *VD為盾構(gòu)刀盤開挖直徑；V為盾構(gòu)最快掘進速度。對于穿黃工程的盾構(gòu)，D=9.03m , V=3.6m/h ,所以Qs=230m 3/h2)漿液中泥漿和磴土體積比n值的確定n值的確定如下式：n=( ps- pm)/( pm- pb)其中ps為掘進地層固體比重；pm為掘進時排出污漿最大比重；pb為進入盾構(gòu)機的膨潤土漿液比重；上式由污漿比重的計算公式：p m= ( ps-n* pb) /(1+n)轉(zhuǎn)化得來。針對穿黃工程，p s=2.6 , pm=1.35 , pb=1.1根據(jù)公式得出n=5 ,也即每排出1m 3的磴土，需要5m 3的泥漿。以上公式可以從：Q#= Q進+

29、Q掘；M排=M進+M掘；這兩個等式中導出 其中Q為流量，M為質(zhì)量，進表示進漿，掘表示切削地層，排表示排漿。3)泥漿流量的確定排出污漿流量Qo的確定對泥漿泵的選型、泥漿管管徑的選擇，以及配套泥漿 系統(tǒng)的所有參數(shù)的確定至關(guān)重要。盾構(gòu)排出污漿流量計算如下：Qo=Qs*(1+n)Qs為盾構(gòu)掘進最快出磴量；n為污漿中泥漿和磴土的體積比；相應的進入盾構(gòu)的膨潤土漿液的流量為：Qi= Qs*n針對穿黃隧洞工程：n=5 , Qs=230m 3/h ;穿黃隧洞工程盾構(gòu)泥漿系統(tǒng)排漿流量 Qo =1150m 3/h;4)泥漿管直徑的選擇泥漿管直徑的選擇必須合理，泥漿管道選擇太細，則泥漿延程阻力太大，對泥 漿泵送元件的

30、要求就高，不經(jīng)濟。泥漿管道選擇太粗，則管內(nèi)流速太低，低于沉淀 臨界流速，磴土容易沉淀造成管道堵塞。管內(nèi)臨界沉淀流速，由下列公式?jīng)Q定。.Vl Fl 2gD sVL臨界沉淀流速m/sD管品&直徑m性一一固體比重g 一一重力加速度 9.8m/s2FL常數(shù)（送泥側(cè)0.7,排泥側(cè)1.35）液體比重（送1.15,排1.35）為保證管道直徑選擇的經(jīng)濟性，有：QL=3.14*（D2/4）*VL*3600<Q（Q為進漿或出漿流量）帶入公式，由此可以得出直徑D<（4 *Q/（3.14*FL*（2*g*（ 隹 丫）/。0.5）0.4針對穿黃工程項目，盾構(gòu)機排漿管 D<309mm ,進漿管D

31、<354mm 。針對進 排泥漿管的通用性，選擇盾構(gòu)進出泥漿管直徑均為350mm。同時計算排漿臨界流速為 VL=3.85m/s ,臨界流量為1045m 3/h。但是實際操 作時，流量有時會低于該值，也不會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，這是因為，盾構(gòu)機掘進速度不 能達到6mm/min,因此此時的臨界流速要低的多，所以也不會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。（2）管路配置要求泥漿管路材料的選擇需滿足壓力和耐磨要求。泥漿管路的連接方式、法蘭和墊 子的選擇也要考慮泥水壓力等要求。1）鋪設(shè)泥漿管路原則：、盡可能的減少泥漿管路延程阻力。、考慮管道正常磨損或集中磨損，特別是彎頭處。、避免泥漿回路中的沖擊現(xiàn)象。2）管路鋪設(shè)注意事項：、減少延

32、程損失措施：場地布置方案進行優(yōu)化，盡量減少泥漿管拐彎的數(shù)量， 以避免增加泥漿的延程損失。在管路拐彎時，選擇的彎頭必須考慮選擇大曲線半徑 的彎頭，根據(jù)經(jīng)驗需要選擇常規(guī)選擇5R以上的彎頭，這樣一方面可以減少流體延程 損失，另一方面降低彎頭磨損速度。、減震的措施：在盾構(gòu)機掘進時，當隧道線路比較長時，整個泥漿管路的線 路在流量變化時會出現(xiàn)一定的沖擊現(xiàn)象，管路內(nèi)最大壓力突然迅速增大，通常的結(jié) 果是軟管爆裂。為了減小這種沖擊壓力，可以在隧道內(nèi)、豎井口、彎頭處、泵的進 出口等布置泥漿軟管或減震器以減少震動。、減小磨損的措施：泥漿輸送過程中，輸送管路的磨損比較頻繁，特別對于 石英砂含量高的地層，因為對某些部位

33、的集中磨損，情況更加明顯。整個管路中，磨損比較嚴重主要在泥漿流向變化、流速變化的位置，主要表現(xiàn)在泥漿管的彎頭、 管道變徑、分流管等位置，另外在泥漿管的底部的磨損相對頂部也嚴重。針對這種 情況，在彎頭和變徑選型上，選擇壁厚更厚的型號。另外對所有容易磨損位置的管 道進行加厚處理。在管道底部磨損嚴重時，采取的措施是將管道轉(zhuǎn)動1800使用。、管道堵塞的措施：由于泥漿管路輸送的是容易沉淀的固體顆粒，所以容易 產(chǎn)生管道堵塞情況。對于針對這種情況，在掘進時確保管道流速不低于臨界流速， 在停泵之前，增加循環(huán)時間，避免管道內(nèi)淤積太多固體顆粒。對于泵的堵塞，有時 是不能避免的，通常是在泵的前面管路上預留一個可以打開的，便于堵塞后清理。豎井內(nèi)的管道，在突然停泵時，容易堵塞，在底部設(shè)管道側(cè)面開口，布置一個 閘閥，以便于清理。同時為了便于檢查隧道管路堵塞或壓力，可以在管道內(nèi)布置一 些壓力表。、管路分流的措施：管路分流時，需要考慮分流角度和分流后內(nèi)流速。管路 分流容易出現(xiàn)分流后顆粒分流不均，即分流后一個管道內(nèi)輸送大顆粒一個管