狮子洋隧道的泥水平衡盾构环流系统管理.doc

浅谈狮子洋隧道的泥水平衡盾构环流系统管理摘要：论述了泥水平衡盾构的基本工作原理，介绍了泥水平衡盾构的环流系统管理及环流泥浆质量控制和环流泥浆管路的安全控制以及在相应地层中环流处理措施。关键词：盾构，环流，隧道，泥水平衡abstract: this paper describes slurry balance shield the basic working principle, and introduces the slurry balance shield the circulation system management and circulation mud quality control and circulation of the pipeline safety control and mud in the corresponding strata in circulation processing measures.keywords: shield, circulation, tunnel, slurry balance1 狮子洋隧道泥水加压盾构施工原理狮子洋隧道采用的是先进的气垫式泥水加压盾构施工，该气垫式泥水盾构是通过向气垫仓上部输入工业气体，下部送入泥浆，开挖仓中输入满仓的泥浆，通过气垫仓中的气压调节（samson）系统来维持开挖面的稳定，并通过泥浆循环将掘削下来的渣土携带出去，使盾构施工在开挖掌子面土层十分稳定的情况下向前掘进，属于当前较先进的盾构机种，可适用于软弱土层，易坍塌的含水砂层和混有卵石的砂砾层以及其他复杂地层。气垫式泥水加压盾构与其他类型盾构相比，采用全密封施工，同时通过气压调节（samson）系统输入到气垫仓内的气体传递到掌子面前侧的泥浆上支撑开挖面，具有施工质量好，效率高，安全可靠的优点，特别是过江过海地段更显可靠。狮子洋隧道采用了11182mm气垫式泥水加压盾构机施工。该盾构主要包括推进系统、刀盘驱动系统、环流系统、空气压缩系统、电气系统和液压系统六大系统。本文结合盾构掘进情况，主要浅谈泥水盾构的环流系统管理。2 环流系统管理原理2.1环流系统的基本原理：通过气压调节系统使气垫仓内的气体达到设定气压值，气垫仓和土舱形成u型管连接，使得土舱内的泥浆达到设定的切口水压，从而用压力泥浆稳定开挖面，同时依靠密封隔板上的切口水压传感器进行压力管理；用管路输送泥浆和渣土，同时依靠送排泥浆管路上设置的密度计、流量计和压力传感器进行泥浆及渣土输送管理（如图1所示）。2.2环流系统包括部分：a.送泥系统。通过p1.1 p1.e泵和送泥管，调整好泥浆物性及压力流量，将其送至开挖面，保持开挖面稳定，并提供满足携带渣土要求的泥浆。b.排泥系统。通过碎石机系统和p2.1p2.e泵及排泥管道，利用循环泥浆，将渣土输送至地面泥水处理系统。c.辅助系统。此系统主要包括气压调节（samson）系统。它的工作原理是工业空压机提供压缩气体，气压调节（samson）系统通过调节自动保压。气压调节系统见下图2图1泥水盾构环流系统简图图2 气压调节系统简图3 环流系统管理方法3.1 环流系统工作流程环流系统管理主要是通过开挖面水压、干砂量来判断开挖面的稳定性和环流的输送效率。这就需要通过密度计、流量计和压力传感器采积大量数据，通过先进的计算机采积系统，将这些数据全部积中到中央控制室，分析出有用的信息，进行统一的协调管理。干砂量又与泥浆的特性和环流管路的选用有关。下面结合实际工程探讨一下该盾构的环流控制要点。3.2 环流系统控制要点环流控制要点主要包括开挖面切口水压控制、泥浆质量控制、环流管路安全控制，各泵站泵的转速匹配控制、碎石机和安全门应用及各类闸阀使用。只用控制操作好此相关设备系统，才能较好的发挥环流的作用，既保证安全又保证质量和工程进度。3.2.1开挖面切口水压控制开挖面切口水压的大小直接关系到开挖面的稳定和地层沉降的多少。当开挖面切口水压过低时，可能发生土体的坍塌，从而导致地面较大的沉降，影响地表建筑物的安全；反之，如果开挖面切口水压过高，则可能会导致地表的隆起，甚至击穿地层，造成泥浆喷涌。开挖面切口水压的大小与开挖面的土压和水压有关。一般情况，开挖面水压=土、水压力+0.02mpa，并尽量在5幅度内变化。从理论上讲，开挖面切口水压在正常开挖时由送泥流量和气压调节系统来调节，当停止掘进时，可以由自动保压系统维持。但实际情况并非如此，只有在环流管路保持顺畅，掘进地层为淤泥层等强度低、含砂量较高的地层时，开挖面切口水压基本上才可以保持相对稳定。在破碎带或者微风化岩层中掘进时，会有体积较大、强度较高的岩体被切削下来，无法通过环流系统顺利排出，必须多次清洗管路和土舱。这些岩体堆积在土舱或者管路中，造成管路堵塞，从而导致开挖面切口水压的急剧升高，会在极短时间内从正常情况下的0.150.2mpa 升到0.5mpa以上，影响到工作面周围岩体的稳定，甚至危及盾构机本身的安全。为避免此种情况发生，在实际工程中采取以下措施：在微风化岩和破碎带掘进时，在排渣口前方安装一台碎石机，可以将大石块粉碎。切削下来的石头经破碎以后，均能顺利的通过排泥泵，输送至地面。在粘土层掘进时，如果流速不够，无法将大泥团从土舱携带出来，此时可打开顶部伸入土舱内的送泥管，以增大土舱内的流速，更好的排出土舱内的砂土。3.2.2 环流泥浆质量控制泥水盾构通过一定压力的泥浆来支撑稳定开挖面，以泥浆压力来抵抗开挖面的土压和水压力，以保持开挖面的稳定。随着加压后的泥浆从开挖面不断渗入一定范围的土体中，使得开挖面地层增加凝聚力，从而控制开挖面变形和地基沉降。同时，泥浆中的砂土颗粒填入土体空隙中，在开挖面形成不透水的泥木膜，保持泥浆压力有效作用于开挖面。泥浆质量的好坏，一般有两个参数判定，即泥浆的密度和粘度。泥浆密度一般为1.151.30g/cm3,粘性则为1830秒。兼顾开挖面稳定和环流的砂土输送效率，在不同的地层就需要不同的泥浆和运作方式：a.在淤泥层，因容易发生土体坍塌，使用较高密度（1.271.30 g/cm3）和高粘性（2830秒）的泥浆。b.在粘土层，要使用低密度（1.11.2 g/cm3）和低粘性（1820秒）的泥浆，以大流量（8m3/s以上运行）。c.在砂性土含量较高的土层，要使用较低密度（1.21.25 g/cm3）但粘性稍高（2224秒）的泥浆运行。d.在砾石层或者改良区，要以较高密度（1.21.25 g/cm3）和较高粘性（2830秒）的泥浆，大流量（8m3/s以上）运行。3.2.3 环流管路安全控制本工程中，为满足开挖面的稳定和渣土的流体输送的要求，送泥管采用10in