土壓式頂管的泥水輸送方式p

1、 HYPERLINK /new_page_44.htm 土壓式頂管的泥水輸送方式采用水力運(yùn)輸法時(shí)，需將廢土傾入水中，然后連同水一起被抽吸出去。在這種情況下，水便是運(yùn)輸手段，或者也可叫作載土流體。因此，水力運(yùn)輸并非所謂的水力挖掘，后者是指通過噴射水流將泥土從工作面前壁上沖刷下來的一種掘進(jìn)方法。 下圖顯示了一個(gè)水力運(yùn)輸系統(tǒng)的工作原理。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸送泵位于整個(gè)系統(tǒng)的中心點(diǎn)。廢土可用人工方式或人工與傳送帶相結(jié)合的方式投入水槽，也可以完全用機(jī)器來投人水槽，輸送泵應(yīng)由輸送泵提供的輸送量，可作為輸送管道截面與輸送流速的乘積算出。 管道中的流速必須大到足以帶動(dòng)泥砂前進(jìn)而不致發(fā)生沉積。一般這一條件獲得滿足的前

2、提是： 2V4 米秒 更大的流速不僅沒有必要，甚至是有害的，因?yàn)楣艿乐械淖枇㈦S速度的平方而增大。并且管道的磨損也將按照一個(gè)尚未查明的規(guī)律隨速度的提高而顯著地加劇起來。 管道阻力的增大，就要提高輸送泵的功率，從而增高能源費(fèi)用。管道磨損的加劇也將導(dǎo)致折舊費(fèi)的提高，而且有時(shí)造成管道在頂管施工中損壞，以致不得不停止推頂，以便更換管道。 輸送管道的截面大小，決定于土壤的粒度。首先應(yīng)該在傾上水槽上設(shè)置一個(gè)篩網(wǎng)，以篩出較大的石塊。此外，由于篩出的石塊等需用人工運(yùn)出，故而篩號的選擇，應(yīng)以最大標(biāo)準(zhǔn)顆粒尚能被流水運(yùn)送出去為度。作為基準(zhǔn)值，輸送管道的內(nèi)徑可規(guī)定為； 5d最大顆粒D內(nèi)管道8d最大顆粒 由此可算出應(yīng)由

3、輸送泵提供的輸送量為： Q泵 =（D2內(nèi)）/4 V 升/秒，式中D內(nèi)。以分米為單位，V以分米秒為單位。 作為設(shè)計(jì)輸送管道的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，是要求達(dá)到預(yù)期的運(yùn)輸效率，顯而易見，向作為運(yùn)輸手段的水中傾倒廢土的數(shù)量是有一定限度的。這一限度則取決于土壤的粒度。作為極限數(shù)值，可以假定如下的比率： 廢土/水1/5至1/10， 如果所要求的泵送量固定不變，即可算出應(yīng)能達(dá)到的揚(yáng)程為： H總= H位H管阻十H型阻H動(dòng)。式中H。位差壓頭，沉淀水槽水位與傾土水槽水位之間的高 度差； H管阻管道阻力，取決于流速和管道長度； H型阻型件阻力，為各型件中取決于流速的阻力之和； H動(dòng)動(dòng)壓頭，取決于流速。 因此，只有位差壓頭是一

4、個(gè)固定不變的數(shù)值，而管道阻力、型件阻力以及動(dòng)壓頭皆取決于流速。H管阻、H型阻和H動(dòng)都隨流速平方而上升。所以，根本不可能規(guī)定出一個(gè)固定不變的管道阻力。這一阻力通常只能作為流速或流量的函數(shù)而表現(xiàn)為一條二次曲線。這便是所謂的管道特性曲線。 此外，隨著頂管施工的進(jìn)展，輸送管道的長度不斷地改變著，因而管道阻力也隨推頂長度的增大而上升。管道阻力的上升與管道長度成正比。與此相應(yīng)。管道特性曲線也會發(fā)生變化，這就是說，對應(yīng)于每一頂進(jìn)長度，都有一條具體的管道特性曲線。由于推頂是一個(gè)連續(xù)進(jìn)展的過程，所以從理論上來說，在推頂長度的上下極限值之間，即零與最后達(dá)到的長度之間，存在著無限多的特性曲線。然而在實(shí)際應(yīng)用中，畫出

5、兩個(gè)極限值以及若干個(gè)中間值的特性曲線也就夠了。 不僅每條管道都有既定的特性曲線，而且對每一臺輸送泵來說，各自也有著若干相應(yīng)的特性曲線，用以表示輸送量與揚(yáng)程之間（QH）、輸送量與效率之間（Q一）以及輸送量與功率消耗之間（QN）的相互關(guān)系。泵特性曲線的重要特點(diǎn)在于，一方面各自一條QH曲線、一條Q一，曲線和一條QN曲線互相配合，而另方面互相配合的QH、Q一和QH曲線則又只相應(yīng)于一個(gè)既定的轉(zhuǎn)數(shù)n。一旦轉(zhuǎn)數(shù)改變，三條互相配合的泵特性曲線也將隨之改變。 關(guān)于特性曲線，應(yīng)由制造廠家提供資料，并保證其準(zhǔn)確無誤。一般情況下，尤其是如果訂貨方未提出特殊要求，特性曲線是以泵送容重為1000噸米3 的凈水為根據(jù)來繪制

6、的。然而在泵送水與廢土混合的泥漿時(shí)，容重卻已大為不同。按照廢土傾人數(shù)量的多少，容重可達(dá) 1015噸米3 在任何情況下，輸送泵、傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格，都必須根據(jù)最大頂管長度條件下的最高揚(yáng)程以及所要求輸送量條件下的泥漿最大容重來設(shè)計(jì)。這樣，當(dāng)頂進(jìn)管路未達(dá)到最大長度和因傾人廢土較少致使泥漿容重未達(dá)到最高數(shù)值時(shí)，就必然造成輸人功率過高及因此而輸送量過大的現(xiàn)象。 旋轉(zhuǎn)泵有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)來改變揚(yáng)程。由此，可以通過減少轉(zhuǎn)數(shù)來降低揚(yáng)程。與此同時(shí)，功率消耗也將隨之降低。 因此，在頂管施工中采用水力運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，為了適應(yīng)經(jīng)常變化著的揚(yáng)程數(shù)值H以及輸送流體的容重?cái)?shù)值，輸送泵的轉(zhuǎn)數(shù)必須是可變的。由沉

7、淀槽通往傾土槽的回流管道的尺寸設(shè)計(jì)，可以不必參照輸送管道的尺寸。輸送管道中運(yùn)送的是廢土與水混成的泥漿，因而流速必須相當(dāng)高，以免發(fā)生沉積，而在回流管道中流動(dòng)的則是相當(dāng)純凈的水。因此，為了減少流動(dòng)損失，流速可以大為降低。在回流管道的尺寸設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的是，必須保證沉淀槽水位與傾土槽水位之間的有效差高足以補(bǔ)償管道損失并有富裕。根據(jù)這一要求，應(yīng)有： H管阻+H 型阻+H動(dòng)H位/S其中安全系數(shù)S至少應(yīng)為1.3 。因?yàn)橄騼A上槽送回的水量，必須剛好等于輸送泵抽出的水量，故而回流管道的尺寸計(jì)算，應(yīng)以輸送泵能夠輸送的最大水量為依據(jù)。在計(jì)算時(shí)，必須按照各種不同的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，相應(yīng)地求出最大推頂長度下的管道損失，并驗(yàn)明

8、S= H位/( H管阻+ H型阻+ H阻)1.3為了避免廢土沉積，傾上槽的構(gòu)造必須保證水流通過其中時(shí)不產(chǎn)生旋渦和死水區(qū)。水位可借助回流管道上的閥門（通常以人工方式）加以調(diào)節(jié)。這種方式的調(diào)節(jié)，要求經(jīng)常有人照管，而且必須全神貫注地監(jiān)視水位。更有效和更經(jīng)濟(jì)的辦法，是采用全自動(dòng)化的水位調(diào)節(jié)裝置。為此，供水閥門上需裝有一個(gè)電動(dòng)式的或油壓式的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的控制脈沖則來自監(jiān)視水位的儀器。這樣，水位的監(jiān)視既簡單又可靠，而且?guī)缀鯚o需照管，完全借助所謂水泡導(dǎo)入式儀器即可達(dá)到預(yù)期效果。在這種儀器上，經(jīng)由探測頭將少量的空氣導(dǎo)入水中，然后通過所謂壓力天平將這種情況下產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換為控制脈沖。沉淀槽的尺寸設(shè)計(jì)，必須

9、保證廢土有足夠的時(shí)間沉淀下去。此外也要有足夠的備用容積來貯存沉下的廢土。清槽時(shí)可以使用挖泥機(jī)，這樣，在清除淤泥之前，最好是將淤泥上面的水放出。由于廢土的沉淀和清槽工作互相干擾（沉淀時(shí)要求槽中的水靜止，而清槽時(shí)卻必然要攪動(dòng)槽中的水），所以至少需備有兩個(gè)沉淀槽，以便反復(fù)交替地使用其中一個(gè)灌入泥漿，另一個(gè)則進(jìn)行清槽。沉淀槽如果采取貯泥井的結(jié)構(gòu)形式，則可省去挖泥機(jī)的折舊費(fèi)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)。在采用貯泥井的情況下，除了有效地排水和回流系統(tǒng)外，還要注意留有足夠的沉淀和貯存空間。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，水力運(yùn)輸是一種效率很高而且極為可靠的運(yùn)土方法。而且在具備一定的前提條件時(shí)，這種運(yùn)輸方法也能取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。采用水力運(yùn)輸法時(shí)

10、，要求為所需的各種設(shè)備付出為數(shù)不小的一筆投資或折舊費(fèi)用。運(yùn)輸設(shè)備的安裝和拆卸以及必要時(shí)由一個(gè)頂壓坑搬移到另一個(gè)頂壓坑去，都需要一定的時(shí)間以及與此相關(guān)的費(fèi)用。需要進(jìn)行非生產(chǎn)性輸送的水量，至少五倍于廢土。這便導(dǎo)致了能源費(fèi)用的相應(yīng)提高。盡管使用耐磨強(qiáng)度很高的鋼材，輸送泵和管道的磨損仍然很嚴(yán)重，而且有造成損壞的危險(xiǎn)。因此設(shè)備的維修費(fèi)用也相當(dāng)高。 因此，應(yīng)用水力運(yùn)輸法的經(jīng)濟(jì)前提，即在于有必要按照工作階段進(jìn)度計(jì)劃圖表所規(guī)定的時(shí)間將大量廢止由頂進(jìn)管路中運(yùn)送出去。采用這種方法的另一個(gè)前提，則是要求盡可能經(jīng)常而且均勻地將廢土傾入專門為此準(zhǔn)備的水槽，以使整個(gè)設(shè)備處于良好的荷載狀態(tài)。到底哪種運(yùn)輸方式更為經(jīng)濟(jì)，干法運(yùn)

11、輸或是水力運(yùn)輸？這一問題只能通過對比計(jì)算來得出答案，其中需要考慮設(shè)備的投資或折舊費(fèi)用以及包括安裝和拆卸等等在內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用。在采取壓縮空氣排水法的頂管施工中應(yīng)用水力運(yùn)輸系統(tǒng)最有好處，因?yàn)榕c干法運(yùn)輸比較之下，空斗車入閘和斗車裝滿廢土后出問所需的時(shí)間皆可省去。由于不需要過閘，也可以省去斗車出入閘室時(shí)所需的壓縮空氣耗量。此外，在充有壓縮空氣的管路中采用水力運(yùn)輸法時(shí)，由于輸送泵的揚(yáng)程縮小，其功率消耗將大大低于在大氣環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的消耗。在大氣環(huán)境的條件下，按照圖所示，揚(yáng)程即是沉淀槽水位與傾上槽水位的差高。與此不同的是，在利用壓縮空氣排水的頂管施工中，揚(yáng)程則縮小為沉淀池水位高度與管路通過區(qū)域水位高度之差。揚(yáng)程縮小的原因是，傾土槽水位之上已有了一定的空氣壓強(qiáng)，這一壓強(qiáng)等于由盾構(gòu)底部算起的水柱高度。因此，空氣壓強(qiáng)已經(jīng)作為入口壓力作用于輸送泵的吸入側(cè)。圖中顯示了一套水力運(yùn)輸設(shè)備在充有壓縮空氣的管路中應(yīng)用的工作原理。綜上所述不難看出，在大氣環(huán)境條件下進(jìn)行頂管施工時(shí)，水力運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效果可能優(yōu)于干法運(yùn)輸，而在采取壓縮空氣排水法進(jìn)行頂管施工的情況下，其經(jīng)濟(jì)性較之干法運(yùn)輸又有進(jìn)一步的提高，所以應(yīng)予優(yōu)先采用。然而水力運(yùn)輸