泥水盾構(gòu)泥水系統(tǒng)技術(shù)

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1、 ...wd... 泥水盾構(gòu)泥水系統(tǒng)技術(shù) 傅德明 上海申通地鐵集團(tuán)公司 2010.3 1 泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)介 n 1818年，英國(guó)的布魯諾從蛀蟲鉆孔得到啟示，提出盾構(gòu)掘進(jìn)隧道設(shè)想。 n 1825--1843年，布魯諾在倫敦泰吾士河下用盾構(gòu)法修建458m長(zhǎng)的矩形隧〔11.4m×6.8m〕。

2、n 1830年，英國(guó)的羅德創(chuàng)造“氣壓法〞輔助解決隧道涌水。 1874年Greathead提出泥漿盾構(gòu)專利 1896年，開場(chǎng)應(yīng)用刀盤式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī) 不 n 20世紀(jì)60年代初，穿越不穩(wěn)定和含水地層的隧道工程輔助技術(shù)有：降水法、氣壓法、地層加固法和凍結(jié)法。 n 氣壓法最經(jīng)濟(jì)有效，由于安全和安康等原因，希望有一種能不干擾地面和使工人不在氣壓下施工的隧道掘進(jìn)機(jī)，歐洲國(guó)家提出 “局部氣壓方法〞，但這種對(duì)工作面不能提供不變的和有規(guī)則的支護(hù)

3、 。 n 英國(guó)隧道專家建議在隔艙板前用噴水“水力盾構(gòu)〞，但水不能支護(hù)開挖面，無法阻止開挖面不停地流動(dòng)。這種情況與充滿水的挖槽相類擬，從而提出在開挖面用類同槽壁法的支護(hù)，這樣就誕生了泥水加壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。 n 1967年，英國(guó)開發(fā)成功首臺(tái)泥水加壓平衡盾構(gòu)。 n 1974年，日本開發(fā)成功首臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)。 n 1987--1991年，英國(guó)、法國(guó)采用11臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)深50km長(zhǎng)的英法海峽隧道，創(chuàng)造單臺(tái)盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)21km的記錄。 n 1989--1996年，日本采用8臺(tái)世界最大直徑14.14m泥水加壓盾構(gòu)，掘進(jìn)東京灣海峽隧道，2條隧道各長(zhǎng)9.4km。 英國(guó)體系泥水盾構(gòu) n 1964年英國(guó)M

4、ott, Hay和Anderson的John Bartlett 申請(qǐng)了泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)原理專利(英國(guó)專利號(hào)1083322)。 n 1971年開挖直徑4.1m、長(zhǎng)140m的試驗(yàn)段。英國(guó)體系泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)與同類德國(guó)體系相對(duì)照，其研制的特征是有長(zhǎng)槽的鼓輪狀的切削頭、提取來自壓力室的泥漿，有粗和細(xì)兩套別離裝置，以及以控制棄土出口壓力(閥或泵)的方法保持開挖面的壓力。當(dāng)時(shí)，英國(guó)由于缺乏能適合促進(jìn)這種技術(shù)的隧道工程，這種技術(shù)的開展受到了限制。 日本體系泥水盾構(gòu) n 日本工程師相信液體支護(hù)隧道開挖面的原理、他們稱為“泥水加壓平衡盾構(gòu)〞(即泥水加壓平衡盾構(gòu))。 n 1970年日本鐵建公

5、司在京葉線森崎運(yùn)河下，羽田隧道工程中采用了直徑7.29m的泥水加壓盾構(gòu)施工，土質(zhì)為沖積粉砂土層和洪積砂層，N值為2-50，施工長(zhǎng)度為865× 2條=1712延米，見圖1。 n 直徑7.29m泥水加壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，在隧道施工中獲得了極大的成功，它是當(dāng)代時(shí)最大直徑的泥水加壓平衡盾構(gòu)。 n 縱觀日本在近30年的泥水盾構(gòu)開展，自日本泥水盾構(gòu)問世以來，泥水盾構(gòu)一直持續(xù)開展。 n 在20世紀(jì)70年代，還不到十年的時(shí)間里，日本就用直徑的泥水盾構(gòu)施工了20km隧道。 n 就當(dāng)時(shí)技術(shù)開展水平來說，認(rèn)為日本對(duì)于一切的細(xì)顆粒土地層較豐富的經(jīng)歷，日本泥水盾構(gòu)常利用開挖出來的泥土作為開挖泥漿，并只要加上膨

6、潤(rùn)土或其它材料就可調(diào)制成用于泥水盾構(gòu)的泥漿性能、而當(dāng)時(shí)英國(guó)的經(jīng)歷僅僅局限于膨潤(rùn)土這一種泥漿材料。 n 1986年日本研制世界上第一臺(tái)雙圓泥水加壓式盾構(gòu)，由日立造船株式會(huì)社為日本熊谷組承包商制造。 n 這臺(tái)雙圓泥水加壓式盾構(gòu)是由兩個(gè)直徑為7.42m的盾構(gòu)組合而成，盾構(gòu)橫向總寬度為12.19m，刀盤呈半重疊狀。 n 1988年用于日本新建京葉線的京橋雙線隧道施工，長(zhǎng)度約620m，這是日本首次使用MF Multi-ple Facc ) 盾構(gòu)修建隧道。 n 90年代中，日本又研制成世界上第一個(gè)三圓泥水盾構(gòu)，并成功地作大阪市地鐵7號(hào)線“商街公園〞車站工程施工。 n 商街公園地鐵車站(Bsa

7、ka Business Park) 是大阪地鐵7號(hào)線工程中施工難度最大的一個(gè)車站，深約32m，長(zhǎng)155m。位于IMP 摩天大樓及盾構(gòu)施工大斷面下水道隧道 的正下方，處在深度大、水壓高易塌方地層中。 全用球墨鑄鐵管片，共計(jì)105環(huán)(105m),日掘進(jìn)2~3環(huán)，于1994年1月~4月就完成了約107m在完成一次襯砌，立柱的托換亦于同年10~11月順利完工。 法國(guó)NFM公司 Framatome?14.87名泥水氣平衡盾構(gòu), n 泥水盾構(gòu)，帶有泡沫空氣 n 主要參數(shù): n 盾構(gòu) 1900 tons 直徑 = 14,87 m n 后掛系統(tǒng)

8、 1420 tons, 總計(jì) 3320 tons, 長(zhǎng)度 120 m n 盾構(gòu)功率3,500 kW, 扭矩= 136 000 KNm n 總頂進(jìn)壓力184,000 ton n 泥水流率 2,500 m3/hr 2 泥水系統(tǒng)的作用和組成 2.1泥水系統(tǒng)的作用 n 一是及時(shí)向開挖面密閉艙提供掘進(jìn)施工需求的泥漿，用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配制的泥漿的比重、粘度等技術(shù)指標(biāo)必須滿足在高透水砂層中形成泥膜和穩(wěn)定開挖面的要求； n 二是及時(shí)把切削土砂形成的混合泥漿輸送到地面進(jìn)展別離和處理，再將回收的泥漿調(diào)整利用。 n 泥水系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)的選型、掘進(jìn)速度、地質(zhì)條件等嚴(yán)

9、密聯(lián)系在一起的，不同的地質(zhì)工況條件取決了不同的泥水系統(tǒng)模式。 支護(hù)泥水作用 支護(hù)泥水在泥水盾構(gòu)掘進(jìn)中起著重要作用： n 在開挖面土體外表形成泥膜，泥膜厚度隨滲透時(shí)間增加而增加，從而有效提高滲透抵抗力。 n 支承、穩(wěn)定正面開挖面土體。 n 盾構(gòu)借助泥水壓力與正面土壓產(chǎn)生泥水平衡效果，有效支承正面土體。 n 對(duì)刀盤和刀頭等切削設(shè)備有冷卻和潤(rùn)滑作用。 泥膜形成 基本要素 支護(hù)作用的好壞，泥水形成的泥膜質(zhì)量至關(guān)重要 n 泥水最大粒徑對(duì)泥膜形成效果有很大影響，根據(jù)土層滲透系數(shù)K的不同要求，泥水最大顆粒粒徑也不同，其間需互相匹配 n 顆粒級(jí)配 n 泥水濃度提高能使泥水

10、屈服值升高，穩(wěn)定性增強(qiáng) n 增加泥水壓力可提高開挖面的穩(wěn)定性 泥水配比設(shè)計(jì) 主要由膨潤(rùn)土、CMS、純堿和水組成， n 膨潤(rùn)土的作用提高泥水粘度、比重、懸浮性、觸變性 n CMS〔縮甲基淀粉〕的作用降低失水率、增加粘度 n 純堿〔碳酸鈉〕調(diào)節(jié)PH值、分散泥水顆粒 泥水的技術(shù)指標(biāo) n 泥水比重 為達(dá)開挖面上的穩(wěn)定，須將開挖面的變形，要控制在最低限度以內(nèi)，希望泥水比重要相當(dāng)高。但比重高的泥水使得送泥泵處于超負(fù)荷狀態(tài)，將招致泥水處理上的困難；而比重低的泥水雖具有減低泵的負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，但卻產(chǎn)生了逸泥量的增加、推遲泥膜的形成。 一般的泥水比重γd在1.05~1.3范圍內(nèi)較適

11、宜。 n 泥水的粘度 可通過將泥水從漏斗形容器流出的時(shí)間來判定泥水的粘性，表示出外觀的粘性(在清水中500cc漏斗形粘性是19秒)。通常是采用25~40秒/500cc左右值的泥水。 泥膜形成機(jī)理 n 類型1：幾乎不讓泥水滲透過，僅形成泥膜。 n 類型2：地層土的間隙較大，僅讓泥水滲透過去，沒有形成泥膜。 n 類型3：是上述兩種類型的中間狀態(tài)，邊讓泥水滲透過，邊形成泥膜。 泥膜試驗(yàn)裝置 上海越江隧道新漿常用配比表〔以m3計(jì)〕： 膨潤(rùn)土% CMS% 純堿% υ〔s〕 γ〔g/cm3〕 適應(yīng)土層 10～16 0.1～0.48 0.2～0.48

12、 20～120 1.065～1.20 5、7 控制泥水本錢途徑 新漿 n 控制膨潤(rùn)土摻入比 n 控制CMS摻入比 n 控制純堿摻入比 調(diào)整漿 n 新漿+回收漿 n 新漿+回收漿+CMS n 新漿+回收漿+HEF n 回收漿+CMS n 回收漿+HEF n 回收漿+膨潤(rùn)土+堿 控制泥水本錢途徑 新漿 n 控制膨潤(rùn)土摻入比 n 控制CMS摻入比 n 控制純堿摻入比 調(diào)整漿 n 新漿+回收漿 n 新漿+回收漿+CMS n 新漿+回收漿+HEF n 回收漿+CMS n 回收漿+HEF n 回收漿+膨潤(rùn)土+堿 2．2泥水系統(tǒng)的組成 泥水盾構(gòu)的

13、泥水系統(tǒng)由四大局部組成 ⑴造漿分系統(tǒng) ⑵輸送分系統(tǒng) ⑶處理分系統(tǒng) ⑷泥水監(jiān)控分系統(tǒng) 2.3 泥漿伴制和漿液調(diào)整分系統(tǒng) 2. 3.1 泥水拌制分系統(tǒng) n 當(dāng)盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，需要進(jìn)展新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)刀盤面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。 n 當(dāng)舊漿液漿量缺乏使需要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液，造漿系統(tǒng)根據(jù)漿液的粘度、比重等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)展調(diào)整。及時(shí)向盾構(gòu)正面刀盤面補(bǔ)充漿液，使刀盤正面快速形成泥膜，便于盾構(gòu)順利進(jìn)展掘進(jìn)施工。 n 伴制泥漿的主要材料是膨潤(rùn)土、CMS等。 n 泥水拌制系統(tǒng)由新漿槽、新漿泵、新漿攪拌器、新漿貯備槽、CMS攪拌槽、CMS攪拌器、CMS泵、分

14、配閥和加水設(shè)備組成， n CMS攪拌槽貯存化學(xué)漿糊、新漿槽貯存膨閏土等材料，分別由攪拌器進(jìn)展攪拌，將攪拌后的CMS化學(xué)漿糊送入新漿槽進(jìn)展混合攪拌制成新鮮漿液 2.3.2漿液調(diào)整分系統(tǒng) n 調(diào)整槽分系統(tǒng)具有新舊漿液攪拌調(diào)整功能，同時(shí)也起到貯存漿液作用. n 回收的漿液經(jīng)過盾構(gòu)機(jī)反復(fù)應(yīng)用后，漿液的比重、粘度指標(biāo)會(huì)不斷發(fā)生變化，需要再次把切削土砂形成的混合泥漿通過新漿分系統(tǒng)分配的新漿重新進(jìn)展?jié){液技術(shù)指標(biāo)的調(diào)整。 n 漿液調(diào)整系統(tǒng)由調(diào)整槽、剩余槽、調(diào)整槽拌器、剩余槽攪拌器、調(diào)整泵、剩余泵、密度泵、送漿泵、補(bǔ)液泵、分配閥和加水設(shè)備組成， n 調(diào)整槽對(duì)新舊漿液進(jìn)展調(diào)整、剩余槽貯存新舊

15、漿液，分別由攪拌器進(jìn)展攪拌，由密度泵進(jìn)展密度檢測(cè)，而后由送漿泵將調(diào)整好的漿液送往盾構(gòu)機(jī)， n 當(dāng)盾構(gòu)處于停頓掘進(jìn)模式進(jìn)展管片拼裝時(shí)，為了確保刀盤面正面土壓力平衡，由補(bǔ)液泵進(jìn)展循環(huán)補(bǔ)液。 漿液調(diào)整分系統(tǒng)組成圖 2.4 泥水輸送分系統(tǒng) n 泥水輸送系統(tǒng)是將新漿和調(diào)整漿通過泵與管道輸送至盾構(gòu)開挖面； n 刀盤切削下來的干土和水合成的泥漿，通過泵與管道將泥水送往地面的處理系統(tǒng)進(jìn)展調(diào)整。 n 泥水輸送系統(tǒng)主要由泵、閥、管道及配套部件等組成，通過泥水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)展自動(dòng)化操作。 2.5 泥漿別離和處理分系統(tǒng) n 泥漿別離和處理分系統(tǒng)的作用是將盾構(gòu)切削土砂形成

16、的泥水進(jìn)展顆粒別離和處理后，再將回收泥漿泵入調(diào)整槽。 n 采用振動(dòng)篩作為首道初級(jí)別離比較適宜，振動(dòng)篩的作用始對(duì)泥水作預(yù)處理，去除團(tuán)狀和塊狀等粗大顆粒。粗顆粒的別離采用三層振動(dòng)篩， <10mm粒徑顆粒通過第一層振動(dòng)篩進(jìn)入第二層，<6mm粒徑顆粒經(jīng)振動(dòng)后進(jìn)入第三層振動(dòng)篩，≤3mm泥漿顆粒物下料振入沉淀池，振動(dòng)篩所有的物上料排至堆土場(chǎng)地。 泥漿別離分系統(tǒng)〔振動(dòng)篩〕示意圖 沉淀池平面圖 n 旋流處理分系統(tǒng)的主要功能是將經(jīng)過別離以后的中細(xì)顆粒漿液再次進(jìn)展細(xì)化處理，逐次降低漿液粒徑，處理系統(tǒng)一般采用多級(jí)旋流器進(jìn)展處理。 n 旋流器的工作原理是依據(jù)水動(dòng)力高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力到達(dá)處理目的，利

17、用旋流泵在旋轉(zhuǎn)過程使旋流器產(chǎn)生負(fù)壓力，迫使旋流器內(nèi)部懸浮的細(xì)微顆粒，通過離心作用產(chǎn)生螺旋式上升，通過上溢口被負(fù)壓力擠出，漿液中粗重顆粒在自重的重力作用下落入下溢口棄漿槽內(nèi)。 n 旋流器不同的內(nèi)徑和頸長(zhǎng)比以及不同的工作壓力，會(huì)起到不同的處理效果。 旋流器工作原理簡(jiǎn)易圖 n 調(diào)整槽和剩余槽均有減速攪拌器、液位計(jì)、攪拌葉、差壓式密度計(jì)、密度泵、循環(huán)泵以及相應(yīng)的泵〔調(diào)整泵、剩余泵〕組成 . n 槽內(nèi)的漿液由攪拌器攪拌，調(diào)整的漿液技術(shù)指標(biāo)由密度計(jì)進(jìn)展檢測(cè)， 。 n 為了

18、防止槽內(nèi)漿液的滿溢及漿液虛空 ，安置上下液位計(jì)來控制漿液液位， n 調(diào)整槽與剩余槽之間采用溢流管連通，以確保泥水系統(tǒng)由足夠的送漿量，當(dāng)兩個(gè)槽體內(nèi)的漿液指標(biāo)不能滿足技術(shù)要求時(shí)，利用調(diào)整泵和剩余泵互相進(jìn)展補(bǔ)充再次進(jìn)展調(diào)整。 n 調(diào)整槽構(gòu)造與剩余槽構(gòu)造一致， 調(diào)整槽〔剩余槽〕構(gòu)造示意圖 泥水別離和處理分系統(tǒng)圖 2.6 泥水監(jiān)控分系統(tǒng) 泥水處理監(jiān)控系統(tǒng)在泥水平衡盾構(gòu)施工時(shí)一個(gè)十分主要組成局部，所有的泥水系統(tǒng)的運(yùn)行和操縱由泥水監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)和完成。 它具有系統(tǒng)各運(yùn)行數(shù)據(jù)與盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊功能盾構(gòu)施工管理信息系統(tǒng)的泥水處理系統(tǒng)軟件界面的分成。 所有泥水

19、處理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)都由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過泥水監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，隨時(shí)為盾構(gòu)施工中央控制室提供可靠的信息和采集泥水系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)。 同時(shí)通過控制系統(tǒng)中的顯示屏和觸摸屏及時(shí)了解和掌握相關(guān)的泥漿處理技術(shù)指標(biāo)。采用中央集中控制和就地控制兩級(jí)控制的模式，即自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)泥水處理系統(tǒng)工藝流程及各分系統(tǒng)、進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的合理布置及簡(jiǎn)便操作。 根據(jù)泥水別離和處理系統(tǒng)模式，對(duì)主循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備控制、調(diào)整分系統(tǒng)和取水分系統(tǒng)；優(yōu)先考慮采用中央自動(dòng)/中央手動(dòng)控制，棄漿分系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)運(yùn)行中央控制手動(dòng)開啟、停頓，為了考慮工程本錢，在處理過程中的加水、加漿控制則采取操作人員根據(jù)泥漿配比要求進(jìn)展人

20、工判斷操作；制漿分系統(tǒng)設(shè)計(jì)為就地手動(dòng)控制配料配方，自動(dòng)制漿。均可選擇中央自動(dòng)運(yùn)行或在就地手動(dòng)操作。 泥水處理系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)以掘進(jìn)模式控制、停頓模式控制和循環(huán)模式控制三種不同的工程狀態(tài)進(jìn)展監(jiān)控， 掘進(jìn)模式監(jiān)控系統(tǒng) 停頓模式監(jiān)控系統(tǒng)圖 循環(huán)模式監(jiān)控系統(tǒng)圖 3 泥水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)泥水物流平衡的計(jì)算 3．1設(shè)計(jì)依據(jù) n 地質(zhì)資料：土質(zhì)、N值、考慮比重、粒度特性、粒度構(gòu)成、考慮最大粒徑，含水比。 n 盾構(gòu)外徑、襯砌寬度、掘進(jìn)長(zhǎng)度，隧道坡度、掘進(jìn)速度。 n 調(diào)整槽距豎工作豎井井口距離、沉淀池距豎工作豎井

21、井口距離、始發(fā)出洞井盾構(gòu)中心切口水壓、終止進(jìn)洞盾構(gòu)中心切口水壓。 n 送泥比重、送泥排泥管徑及電源。 n 切口水壓 北岸出洞時(shí)切口水壓 　　 最大值Pcmax1＝4.1kg/cm2 　　 　最小值Pcmin1＝3.1kg/cm2 南岸進(jìn)洞時(shí)切口水壓 最大值Pcmax1＝-0.25kg/cm2 　　 　　 最小值Pcmin1＝-1.25kg/cm2 n 送泥漿的數(shù)據(jù) 固體比重 　　　　　 　ρ1＝2.70 泥水比重

22、 　　　　　 　δ1＝1.20 n 地質(zhì)數(shù)據(jù) 含水比 　　　　 　　　　W＝15～27.7 % 泥顆粒真比重 　　　　　　ρ2＝2.6～2.81 粒徑分布 　　Q4砂層　34.7% 礫石30.6% Q2粉質(zhì)壤土　34.7% 3．2泥水物流平衡計(jì)算： n 送泥流量Q1＝11.035 m3/min， n 排泥流量Q2＝14.0 m3/min n 送泥水配比： n 土顆粒重量Ww1＝441.37 T/m3 n 水分容重Wv1=367.79 m3/m3 n 送泥水管路揚(yáng)程損失率　　　HR1＝

23、0.95 n 排泥水管路揚(yáng)程損失率　　　HR2＝0.93 n 送泥管徑 　　　　　　　　 d1＝250mm n 排泥管徑　　　　　　　　　d2＝300mm n 原土中值粒徑　　　　　　 d60＝0.05mm n 泥水處理場(chǎng)地與豎井的高差　ht＝0 3.3 送排泥流量的計(jì)算 n 切削截面面積　A＝π×D2/4＝π×92÷4＝63.6m2 n 地層含泥率　　 K＝100÷〔100＋ρ2×W〕×100% 　　　　　 ＝100÷〔100＋2.71×21.35×100%＝ 63.35 vol% n 掘削土砂量　 q＝A×v÷100＝63.62

24、×4.5÷100＝2.86m3/min n 掘削土的干砂量 G＝q×K÷100＝2.86×63.35÷100≈1.81m3/min 3.4 排泥泵數(shù)據(jù)計(jì)算 n 排泥流量Q2＝ 18 m3/min， 排泥管相當(dāng)直管長(zhǎng)度 (閥門、彎頭按直線管道長(zhǎng)度5 %計(jì)) L2 =(L+H－D/2+l2+×α=(4251+44.6－9/2+200+2) ×1.05= 4717.8 m n 排泥管的總抵抗損失 〔Hf2 m〕 排泥管每米損失揚(yáng)程 Jm2＝10.6×(c2)-1.8×d2-4.8×(Q2/60)1.8×δ2

25、 ＝10.6×(140)-1.8×0.3-4.8×(18/60)1.8×1.34 =0.058 m/m Hf2＝Jm2×L2= 0.0581×4717.8=274.1 n 吸入揚(yáng)程 〔Hs2 m 〕 盾構(gòu)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)切削面水壓為零，所以 Hs2＝0 m n 全揚(yáng)程 H2 = Hf2 +H－D/2+h－Hs2 =274.1+44.6－9/2+2－0316.2 m n 排泥泵揚(yáng)程的減低率 HR2=0.93 n 排泥泵工作時(shí)的全揚(yáng)程 HT2= H2 / HR2=316.

26、2/0.93=340 m n 始發(fā)時(shí)排泥泵需要的全揚(yáng)程 HT2S 始發(fā)時(shí)排泥管相當(dāng)直管長(zhǎng)度 Lt2=(H－D/2+l2+h) ×α =(44.6－9/2+200+2)×1.15=278.4 始發(fā)時(shí)排泥管阻力損失揚(yáng)程 Hf2S=Jm2×Lt2 b=0.0581×278.4=16.18 m 所以始發(fā)時(shí)排泥泵需要的全揚(yáng)程 HT2S=(H－D/2+h+ Hf2S －Hsv2

27、)/HR2 =(44.6－9/2+2+16.183.1×10/1.34)/0.93 =37.8 〔 Hsv2為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)的吸入揚(yáng)程〕 n 排泥泵揚(yáng)程的減低率 HR2=0.93 n 排泥泵工作時(shí)的全揚(yáng)程 HT2= H2 / HR2 =316.2/0.93=340 m n 始發(fā)時(shí)排泥泵需要的全揚(yáng)程 HT2S 始發(fā)時(shí)排泥管相當(dāng)直管長(zhǎng)度 Lt2=(H－D/2

28、+l2+h) ×α =(44.6－9/2+200+2)×1.15=278.4 始發(fā)時(shí)排泥管阻力損失揚(yáng)程 Hf2S=Jm2×Lt2 =0.0581×278.4=16.18 m 所以始發(fā)時(shí)排泥泵需要的全揚(yáng)程 HT2S=(H－D/2+h+ Hf2S －Hsv2)/HR2 =(44.6－9/2+2+16.183.1×10

29、/1.34)/0.93 =37.8 〔 Hsv2為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)的吸入揚(yáng)程〕 3.5 送泥泵數(shù)據(jù)計(jì)算 n 送泥流量Q1＝15.14 m3/min， n 送泥管相當(dāng)直管長(zhǎng)度 (閥門、彎頭按直線管道的5 %計(jì)) L1 =(L+H－D/2+l1) ×α =(4250+44.6－9/2+180) ×1.05 = 4693.6 m n 送泥管的總抵抗損失 〔Hf1 m〕 送泥管每米損失揚(yáng)程Jm1=0.0459 Hf1＝Jm1×L1=0.0459×4693.6 =

30、215.4 m n 排出揚(yáng)程 〔 分二種情況計(jì)算〕 a. 盾構(gòu)到達(dá)3450m時(shí)，切削面最大水壓為3.55kg/cm2 Hp1a=Pcmax×10/δ1 =3.555×10/1.2=29.63 m n b. 盾構(gòu)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，此時(shí)切削面水壓為零 Hp1b=0 m n 全揚(yáng)程 〔分二種情況計(jì)算〕 a. H1a = Hf1－H+D/2+ Hp1a+hf0 =204.93 m b H1b = Hf1－H+D/2+ Hp1a+hf0 =213.35

31、 n 送泥泵揚(yáng)程的減低率 HR1=0.95 n 送泥泵工作時(shí)的全揚(yáng)程 HT1= H1b / HR1==224.6 m n 始發(fā)時(shí)送泥泵需要的全揚(yáng)程 HT1S 始發(fā)時(shí)送泥管相當(dāng)直管長(zhǎng)度 Lt1 Lt1=(H－D/2+l1) ×α=(44.6－9/2+180) ×1.15=253.1 m 始發(fā)時(shí)送泥管阻力損失揚(yáng)程 Hf1S Hf1S=Jm1×Lt1=0.0459×253.1=11.6 m 所以始發(fā)時(shí)送泥泵需要的全揚(yáng)程 HT1S HT1S=(－H＋D/2+ Hf1S＋Hv1)/HR1 =5.

32、96 m Hv1為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)的抵抗揚(yáng)程 4.6 送泥泵數(shù)量及位置確實(shí)定 送泥泵選用石家莊水泵廠生產(chǎn)的WARMAN渣漿泵〔12/10GG〕，根據(jù)送泥流量Q1＝15.14 m3/min，查得此時(shí)泵的揚(yáng)程為H＝50m，泵轉(zhuǎn)速R＝800 r /min，功率P＝600kw，設(shè)P1.2的位置為X1.2 n 實(shí)揚(yáng)程 ha1.2 =－H＋D/2＋0.002 X1.2＝ X1.2 m n 相當(dāng)直管長(zhǎng)度 PL1.2 =(l1+H－D/2 + X1.2) ×1.05 =〔180+44.6－4.5+ X1.2〕×1.05=231.1+1.05 X1.2

33、 m n 揚(yáng)程送泥管的總抵抗損失 〔Hf1 m〕 送泥管每米損失Jm1＝0.0459 m/m (見4－3) n 抵抗揚(yáng)程 Hv1.2＝Pcmax×10÷δ1＝30.83 m n 全揚(yáng)程 HT1.2 =〔ha1.2+ Hf1.2＋Hv1.2 〕/0.95 n 送泥泵的揚(yáng)程為50 m，則有 (－40.1＋0.002 X1.2+10.61+0.0482 X1.2+30.83)/0.95=50 n 經(jīng)計(jì)算需要5臺(tái)送泥泵 。 3.7 排泥泵數(shù)量及位置確實(shí)定 排泥泵選用石家莊水泵廠生產(chǎn)的WARMAN渣漿泵〔14/12GG〕，根據(jù)排泥流

34、量Q2＝18 m3/min，查得此時(shí)泵的揚(yáng)程為H＝49m，泵轉(zhuǎn)速R＝600 r /min，功率P＝600kw。 n 實(shí)揚(yáng)程 ha2.6=H－D/2＋h－0.002 Y2.6＝44.6－9/2＋2+42.1－0.002 Y2.6 m 相當(dāng)直管長(zhǎng)度 PL2.6 =(l2+H－D/2＋h + Y2.6) ×1.05 n 送泥管的總抵抗損失 〔Hf2.6 m〕 送泥管每米損失揚(yáng)程 Jm2 = 0.0581 m/m Hf2.6＝PL2.6×Jm2=(254.2+1.05 Y2.6) ×0.0581 n 吸入揚(yáng)程 Hs2.6＝Pcmin

35、×10÷δ2＝2.7×10÷1.34＝20.15 m n 全揚(yáng)程 HT2.6 =〔ha2.6+ Hf2.6－Hs2.6〕/0.93 n 排泥泵的揚(yáng)程Pe＝49 m，P2.1＝49 m，則有 (42.1－0.002 Y2.6+14.77+0.061 Y2.6－20.15)/0.93=49×2 n 經(jīng)計(jì)算需要6臺(tái)排泥泵 。 4 穿黃隧道泥水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 針對(duì)南水北調(diào)中線穿黃隧道工程所含飽水中細(xì)砂層、透水砂層、粉質(zhì)壤土層，局部粗砂層，并有砂礫、孤石和古樹等的特殊地質(zhì)條件情況，參照國(guó)內(nèi)外泥水盾構(gòu)掘進(jìn)施工的經(jīng)歷，本著盡可能降低施工本錢的原則，通過縝密的比選和構(gòu)思，

36、提出如下泥水系統(tǒng)的技術(shù)方案。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路在于別離和處理 大于0.074mm粒徑泥漿顆粒，小于0.020mm粒徑范圍內(nèi)泥漿漿液進(jìn)展回收利用。降低工程本錢，提高工程效率。 泥水處理系統(tǒng)的模式以集成模塊化產(chǎn)品為主，以沉淀池為輔。 n 泥水處理系統(tǒng)分成“處理子系統(tǒng)、調(diào)整子系統(tǒng)、新漿自造子系統(tǒng)、棄漿子系統(tǒng)〞。 4.1 集成模塊化泥水處理設(shè)備分別由振動(dòng)篩為初級(jí)處理，除砂器循環(huán)處理為一級(jí)別離處理，除泥器〔清潔器〕為二級(jí)別離處理設(shè)備組成。形成一整套處理設(shè)備，其處理能力為500 m3/h。 由盾構(gòu)排泥管排出的漿液，經(jīng)過振動(dòng)篩的篩分作用，≥5mm顆粒排至棄渣土堆場(chǎng)。將<5mm顆

37、粒的漿液通過篩網(wǎng)送入除砂器槽體，通過除砂器的下方的脫水篩使除砂器反復(fù)循環(huán)處理，將≥0.020mm顆粒排至棄渣土堆場(chǎng)。<0.020mm顆粒的漿液送入除泥器〔清潔器〕槽體，利用除泥器再次處理，使<0.020mm顆粒的漿液送入調(diào)整池，經(jīng)過新舊漿液調(diào)整的指標(biāo)達(dá)標(biāo)后通過送漿泵將漿液送往盾構(gòu)刀盤面。 ⑴ 初級(jí)處理設(shè)備采用USL3.6X5.25G型直線振動(dòng)篩，，可滿足處理0.074mm粒徑漿液;其工作額定流量為8.33m3/min〔500 m3/h〕。 ⑵ 一級(jí)處理設(shè)備采用FX-350型除砂器，由6只旋流器和一臺(tái)泵組成，可滿足處理0.074mm粒徑漿液;每只旋流器工作額定流量為1.39m3/min。

38、每組處理能力達(dá)500 m3/h，旋流器上液口漿液流往除泥器泥漿槽。 ⑶ 二級(jí)級(jí)處理設(shè)備采用FX-125型清潔器，每組由42只旋流器和泵組成，每只旋流器處理量為0.2 m3/min。每組處理能力達(dá)500 m3/h。 ⑷ 脫水篩采用USL3.6X5.25G型直線振動(dòng)篩，脫水篩網(wǎng)眼目數(shù)為100目。 要滿足盾構(gòu)排放1500m3/h的需求量，每條隧道盾構(gòu)施工需要三套集成模塊化泥水處理設(shè)備。 ⑸系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)施－沉淀池輔助處理系統(tǒng)， 沉淀池目的在于一旦處理系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障或個(gè)別設(shè)施損壞時(shí)，為確保盾構(gòu)正常施工而采用的手段。 由盾構(gòu)排泥管的漿液排至沉淀池，在自流的過程中，將大于0.03mm

39、(盾構(gòu)排放的漿液比重約在1.35以上)粒徑的漿液，在自重的作用下，逐漸沉淀。小于0.03mm粒徑漿液處于懸浮狀態(tài)，隨著液體流動(dòng)往后道濾池流去。 根據(jù)施工場(chǎng)地狀況，沉淀池采用迷宮式5節(jié)濾池，盾構(gòu)排放的漿液以20%的速率遞減，隨后再經(jīng)過一級(jí)處理和二級(jí)處理形式到達(dá)別離處理目的。 經(jīng)逐次沉淀的漿液通過泵送至調(diào)整槽進(jìn)展調(diào)整。沉淀池的有效容積約在4000立方。 4.2 新漿制造系統(tǒng) 調(diào)漿系統(tǒng)在泥水平衡盾構(gòu)施工中是一個(gè)重要的組成局部，盾構(gòu)排泥水帶有原狀土的成分，經(jīng)泥水處理設(shè)備的處理后，如未到達(dá)送泥水的指標(biāo)或送泥水的量不夠，須由調(diào)漿系統(tǒng)補(bǔ)充調(diào)制漿，以到達(dá)送泥水的指標(biāo)和所需用量

40、。 當(dāng)盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，需要進(jìn)展新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)刀盤面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。當(dāng)舊漿液量經(jīng)處理后，送泥水的量缺乏或泥水性質(zhì)不能滿足要求時(shí)，需要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液，對(duì)送泥水的指標(biāo)進(jìn)展調(diào)整，保證盾構(gòu)順利進(jìn)展掘進(jìn)施工。 ⑴ 調(diào)制系統(tǒng)的組成： n 泥水的調(diào)制系統(tǒng)由新漿槽、新漿泵、新漿攪拌器、新漿貯備槽、CMS攪拌槽、CMS攪拌器、CMS泵、分配閥和加水設(shè)備組成， n CMS儲(chǔ)藏槽貯存化學(xué)漿糊、新漿貯備槽貯存拌制后的調(diào)制漿，將攪拌后的CMS化學(xué)漿糊送入新漿槽與膨潤(rùn)土進(jìn)展混合攪拌成調(diào)制漿液。 ⑵ 新漿自造系統(tǒng) n 新漿系統(tǒng)由CMS加料、CMS槽、攪拌子系統(tǒng)；膨閏土加料、皮帶機(jī)、新

41、漿攪拌槽子系統(tǒng)；加水和膨閏土預(yù)膨脹及攪拌子系統(tǒng)組成。 新漿自造系統(tǒng) 穿黃隧道泥水系統(tǒng)平面布置圖 設(shè)施的制作： n 混凝土構(gòu)造泥漿池2000Φ30×31埋入地下1.5m調(diào)制漿貯備池200×310×5×43 n 膨閏土預(yù)膨脹池迷宮型沉淀池400060×24×31埋入地下1.5m n 鋼構(gòu)造調(diào)整槽200〔R3＋5〕×41 n 剩余槽200〔R3＋5〕×41 n 清水槽200〔R3＋5〕×41 n CMC拌制槽3Φ2×11CMC n 貯漿槽40Φ4.2×31 n 調(diào)漿槽30Φ3.6×32 n CMC貯備槽貯備送漿泵4/3D－AH5.51 n 清水槽清水泵IS200

42、-150-250A302 n 泥漿池棄漿泵6/4D－AH372北岸； n 沉淀池1臺(tái)、泥漿池1臺(tái)。南岸；泥漿池1臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)QJZA－15154 n 調(diào)整槽攪拌機(jī)BLD174－17×11－7.5112 n 取樣泵75C-L31 剩余槽泥水系統(tǒng)BLD174－17×11－7.5112水封泵65－50－1605.51皮帶機(jī)5.51輸送膨閏土沉淀池送漿泵6/4D－AH301用于系統(tǒng)應(yīng)急累計(jì)：1405.542 一次處理設(shè)備用于別離74μ以上大顆粒的設(shè)備，一般由滾網(wǎng)篩〔或振動(dòng)砂篩〕、旋流器、沉淀漕、調(diào)整槽、剩余槽、壓濾機(jī)、脫水槽等組成，見圖所示。 二次處理裝置主要?jiǎng)e離74μ以下的小顆粒土砂，一般由圓筒型選粒脫水裝置、帶式加壓脫水機(jī)或壓濾機(jī)等組成。二次處理多數(shù)采用添加絮凝劑，使小顆粒凝集成團(tuán)粒，然后再強(qiáng)制脫水，但本錢高而脫水別離效果并不理想。二次處理裝置示意圖見圖3所示。 泥水處理系統(tǒng)示意圖