朱相乾，鐘志全

ZHU Xiang-qian,ZHONG Zhi-quan

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510620）

泥水平衡盾構(gòu)工作原理是通過向在盾體前隔板與刀盤開挖面的土體形成密封腔注入壓力的泥漿來支承正面土體，保持開挖面穩(wěn)定不坍塌，同時刀盤切削下來的土體與泥水混合后，形成高密度泥漿，由排泥泵及管道輸送至地面處理。

泥水平衡盾構(gòu)按泥水壓力控制方式不同可分為兩種基本類型，即直接控制型（日系）和間接控制型(德系)，二者在環(huán)流控制、設(shè)備配置和環(huán)流系統(tǒng)設(shè)計理念方面各有特點，以日本三菱?6250型盾構(gòu)和德國海瑞克?6250型盾構(gòu)為例對二者環(huán)流系統(tǒng)進行對比和分析。

1 環(huán)流系統(tǒng)工作原理比較

1.1 隔板前方腔體結(jié)構(gòu)比較

三菱機隔板與開挖面只有1 個單空腔（如圖1 所示），稱為泥水艙。而德國海瑞克盾構(gòu)隔板與開挖面之間有2 個腔體，靠開挖面一側(cè)的稱為泥水艙，另一個稱為氣艙，兩個艙體底部是連通的（如圖2所示）。

圖1 三菱機隔板前方空腔結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 切口水壓控制原理比較

三菱機泥水艙內(nèi)充滿泥漿，通過調(diào)節(jié)進泥和排泥流量來控制泥水艙內(nèi)泥漿壓力，即主要靠變頻電機調(diào)整進漿泵和排漿泵的轉(zhuǎn)速控制泥漿流量來實現(xiàn)控制艙內(nèi)泥漿壓力。這種方式也稱也直接控制方式，壓力調(diào)節(jié)比較直接、迅速，對人員操作水平和熟練程度要求較高。切口水壓波動會較大，一般要求控制在±10kPa。

海瑞克機密封隔前有2 個艙體，其中泥水艙內(nèi)充滿泥漿，而氣艙內(nèi)上部是壓縮空氣，下部是泥漿且與泥水艙泥漿連通。氣艙內(nèi)壓縮空氣的壓力通過氣艙底部泥漿傳遞到泥水艙，通過調(diào)節(jié)氣艙內(nèi)壓力來控制泥水艙的泥漿壓力，這種方式也稱也間接控制方式。由于空氣具有可壓縮性，壓力的變化具有相對滯后性，因此切口水壓波動會較小，一般要求控制在±5kPa。

圖2 海瑞克機隔板前方空腔結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 壓縮空氣的作用比較

兩種盾構(gòu)一般均會配置壓縮空氣裝置，但日系泥水盾構(gòu)壓縮空氣僅是在氣壓法進艙作業(yè)時使用，僅為艙內(nèi)提供壓力空氣。而德系泥水盾構(gòu)壓縮空氣不僅可用于氣壓法進艙作業(yè)，而且其主要功能是控制切口水壓，它可根據(jù)切口壓力目標值設(shè)定空氣壓力，當切口水壓波動時，可自動進行壓力調(diào)整，保持壓力穩(wěn)定。

2 環(huán)流系統(tǒng)操作流程比較

2.1 靜止狀態(tài)操作比較

三菱盾構(gòu)在非掘進狀態(tài)時，為補償由于泥漿滲入地層而引起的壓力損失，送漿系統(tǒng)必須提供能維持倉內(nèi)恒定壓力的一定數(shù)量的泥漿。該狀態(tài)下排漿管閥門關(guān)閉，在送泥管道上自動控制閥可根據(jù)倉內(nèi)實際壓力與設(shè)定切口壓力的偏差信號自動調(diào)整閥門開度，使開挖面泥漿壓力始終維持穩(wěn)定狀態(tài)。

海瑞克盾構(gòu)在非掘進狀態(tài)時，關(guān)閉排漿管和進漿管，當切口水壓力減小時，空氣壓縮機會自動啟動進行空氣補嘗加壓，使開挖面泥漿壓力始終維持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 旁通狀態(tài)操作比較

旁通狀態(tài)是指環(huán)流經(jīng)旁通管循環(huán)而不經(jīng)過泥水艙的狀態(tài)，是由靜止轉(zhuǎn)掘進和掘進轉(zhuǎn)靜止的過渡狀態(tài)。主要在以下情況下使用：①決定開機前或環(huán)流系統(tǒng)起動之前，均要求由旁通狀態(tài)開始運行，確保管路暢通；②當一環(huán)掘進完成后須退出掘進狀態(tài)時，要先讓系統(tǒng)處于旁通狀態(tài)，以防止排泥管內(nèi)泥砂沉淀。

由于三菱機沒有碎石裝置，利用采石裝置來撈取大塊石，以防止大塊石堵管，而采石裝置較容易堵塞，因此在采石裝置兩邊各設(shè)置了1 根旁通管用于掘進前疏通管路，采石裝置設(shè)在兩旁通管之間（圖3）。掘進前須先打通外旁通管，保證進漿和排漿管路均暢通，再打通內(nèi)旁通管，保證采石裝置不堵塞。

而海瑞克機則是在氣艙底排漿管入口前設(shè)置格柵和破碎機，利用格柵+破碎機組合來解決大塊石堵管問題。由于不存在采石裝置，因此只設(shè)置了1 根旁通管，旁通操作相對簡單（圖4）。

圖3 三菱機旁通狀態(tài)下流體輸送系統(tǒng)的工藝流程圖

圖4 海瑞克機旁通狀態(tài)下流體輸送系統(tǒng)的工藝流程圖

3.3 掘進狀態(tài)操作比較

三菱機進漿管和排漿管均只有1 根與泥水艙相接，靠近盾構(gòu)機頭位置有兩管交叉互換裝置，可以使進漿口和排漿口互換，從而可實現(xiàn)環(huán)流系統(tǒng)正循環(huán)和逆循環(huán)兩種操作。當機內(nèi)旁通與機外旁通之間的管路出現(xiàn)堵塞或排泥口出現(xiàn)堵塞的情況時，可利用逆循環(huán)進行逆洗，在防止環(huán)流堵塞上較為有利。而海瑞克機有多個進漿管與泥水艙或氣艙相接，排漿管也只有1 根，沒有進漿與排漿兩管交叉互換裝置，只能進行環(huán)流系統(tǒng)正循環(huán)操作，不能實現(xiàn)逆循環(huán)。

3 其它功能比較

3.1 防泥餅功能比較

三菱機與泥水艙相接的進漿管只有1 根，其能沖刷的面積有限，不利于防泥餅；另外進漿管管徑較大，泥漿流速較小，而且逆循環(huán)在管口設(shè)置的防堵管措施也防礙了泥漿對刀盤直接沖刷，也對泥餅的防治不利。

而海瑞克機進漿管多而小，并分散接入到與泥水艙接和氣艙，可對刀盤大部分面積區(qū)進行沖刷，另外進漿管較小并可控制各入口開和關(guān)來加強某根管的流速，增加對某區(qū)域的沖刷力度，在防泥餅功能上具有明顯優(yōu)勢。

圖5 三菱機正循環(huán)掘進狀態(tài)下流體輸送系統(tǒng)的工藝流程圖

圖6 三菱機逆循環(huán)掘進狀態(tài)下流體輸送系統(tǒng)的工藝流程圖

圖7 海瑞克機掘進狀態(tài)下流體輸送系統(tǒng)的工藝流程圖

3.2 防堵管功能比較

三菱機防堵管有以下特點：①用采石箱把泥漿中大石塊撈取，可有效地減少堵塞管路機率，但破碎帶地層或卵石地層中，采石箱容易被塞滿，清理工作繁重且費時；②設(shè)置了2 根旁通管，操作中更容易斷定堵管位置，可更迅速、更有針對性地進行處理；③具有“逆洗”功能，當管路出現(xiàn)堵塞或排泥口出現(xiàn)堵塞的情況時，可利用“逆洗”來解決。

而海瑞克機在防堵管方面有以下特點：①在排漿管口設(shè)置格柵和碎石機來防止大塊物進入管路中，但在粘土地層中格柵前容易堆積粘土團塊導格柵堵塞；②環(huán)流系統(tǒng)只有1 根旁通管，并且不具備“逆洗”功能，對于堵管位置判斷和處理不利。

總體而言，三菱機防堵管方面較海瑞克機更有優(yōu)勢。

4 總 結(jié)

日系和德系泥水盾構(gòu)在原理上有較大不同，在操作、防泥餅和防管堵方面各有特點。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗總結(jié)，認為兩種盾構(gòu)并沒有絕對優(yōu)劣之分，施工中應(yīng)根據(jù)具體地層條件和地面環(huán)境要求來選擇盾構(gòu)機。

[1]王小軍，孫建敏.泥水盾構(gòu)施工的環(huán)流管理[J].施工技術(shù)，2005，(03)：45-46.

[2]王瑞斌.泥水平衡盾構(gòu)進、排漿系統(tǒng)技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2004，(12)：27-29.