王 靖 羅 瀟 顏 輝

(衡陽(yáng)市城市建設(shè)投資有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421001)

1 概述

目前，盾構(gòu)法施工在軌道交通和市政管線中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而地表沉降控制和加快施工速度是控制盾構(gòu)法施工的著重點(diǎn)。在盾構(gòu)掘進(jìn)隧道過(guò)程中，泥水分離順暢程度將直接影響到盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。泥水加壓式盾構(gòu)是在機(jī)械掘削式盾構(gòu)的前部刀盤(pán)后側(cè)設(shè)置隔板，它與刀盤(pán)之間形成壓力室，將加壓的泥水送入壓力室，當(dāng)泥水壓力室充滿(mǎn)加壓的泥水后，通過(guò)加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)，來(lái)維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。當(dāng)盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，需要進(jìn)行新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)刀盤(pán)面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤(pán)切削。當(dāng)舊漿液量經(jīng)處理后，送泥水的量不足或泥水性能不能滿(mǎn)足盾構(gòu)需求，需要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液，對(duì)送泥水的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，保證盾構(gòu)順利進(jìn)行掘進(jìn)施工。泥水處理系統(tǒng)主要由泥水分離系統(tǒng)、制調(diào)漿系統(tǒng)等組成，起著處理由盾構(gòu)開(kāi)挖面排出的泥水分離和制造新鮮泥水的作用。在泥水分離處理后的泥水如未達(dá)到指標(biāo)要求的情況下，加入經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)配置的漿液等調(diào)漿材料，并通過(guò)該系統(tǒng)的監(jiān)控、操作分系統(tǒng)使之達(dá)到符合指標(biāo)要求的泥水供盾構(gòu)循環(huán)使用。

2 工程概況

衡陽(yáng)市合江套湘江隧道工程位于衡陽(yáng)市城區(qū)北部，東岸是珠暉區(qū)，西岸是石鼓區(qū)，處于湘江、耒水、蒸水三水匯水口位置，距離蒸水匯水口下游約2.4 km，距離耒水匯水口上游約0.2 km處，是衡陽(yáng)市規(guī)劃二環(huán)線兩座過(guò)江通道之一。過(guò)江段采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)段總長(zhǎng)1 867 m，盾構(gòu)開(kāi)挖直徑11.81 m，管片外徑11.3 m，隧道分為上下兩層，上層為行車(chē)道，下層為疏散通道及電纜通道。

3 施工工藝

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

3.1 排漿至分離場(chǎng)

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，需要進(jìn)行新舊泥漿交替補(bǔ)充到盾構(gòu)刀盤(pán)面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤(pán)切削。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程通過(guò)排漿管道排出攜帶渣土的漿體到泥漿分離場(chǎng)，分離前泥漿比重平均為1.3，最大為1.4。

3.2 初篩

先以層式振動(dòng)篩選機(jī)型號(hào):VS-1833/2將漿液中大于2 mm的顆粒篩選出，并以輸送機(jī)堆置，見(jiàn)圖2。

3.3 一級(jí)旋流

經(jīng)振動(dòng)篩篩選后剩余的漿液以收集槽集中，經(jīng)渣漿泵加壓打入一級(jí)旋流器,將漿液中2 mm～0.075 mm顆粒粹取出，并以上傾式振動(dòng)脫水篩，將顆粒脫水至含水率18%～20%左右，掉落地面堆置。一級(jí)篩見(jiàn)圖3。

3.4 二級(jí)旋流

經(jīng)一級(jí)旋流器處理后漿液，流入二級(jí)旋流主水槽內(nèi)，以渣漿泵加壓打入二級(jí)旋流器,將泥漿中之0.075 mm～0.020 mm顆粒粹取出，并以超高頻振動(dòng)脫水篩加以脫水至含水率為22%～25%左右，掉落地面堆置。

3.5 排漿至沉淀池

對(duì)主分離設(shè)備處理后的泥水，再經(jīng)沉淀池的重力沉淀處理，可使經(jīng)二級(jí)處理后泥水中尚未處理掉的0.020 mm以下的微顆粒得到更為徹底的去除，并可使泥水所含微顆粒的粒徑進(jìn)一步減小，以期達(dá)到送泥水的指標(biāo)要求。沉淀池見(jiàn)圖4。

3.6 廢漿池排漿

泥水分離設(shè)備分離出來(lái)的干渣排至棄渣場(chǎng)，經(jīng)過(guò)裝載機(jī)挖掘裝車(chē)外運(yùn)；分離出來(lái)的混合泥漿，在泥漿池設(shè)置泥漿泵，將泥漿泵送至運(yùn)漿船內(nèi)進(jìn)行外排。棄漿管道選用1臺(tái)160 kW功率、120 m揚(yáng)程水泵，采用DN300管道。泥漿分離設(shè)備見(jiàn)圖5。

3.7 調(diào)整槽泥水再生

由排漿管排出的泥漿經(jīng)過(guò)過(guò)濾后被送到泥漿沉淀池內(nèi)，經(jīng)泥水分離系統(tǒng)分離出來(lái)的泥漿，進(jìn)入調(diào)整池重新使用，在調(diào)整池內(nèi)按比例加入一定量的粘土、CMC、清水進(jìn)行混合，制成適合地層特征的新泥漿，由泥漿泵泵入盾構(gòu)泥水室內(nèi)，多余泥漿儲(chǔ)存在調(diào)整池內(nèi)。儲(chǔ)漿池內(nèi)泥漿不足時(shí)，可直接開(kāi)動(dòng)泥漿攪拌機(jī)制備泥漿，制漿材料以膨潤(rùn)土為主輔之于CMC、純堿等其他材料。泥水的調(diào)制漿系統(tǒng)由清水池、新漿槽、新漿貯備池、CMC攪拌槽、CMC儲(chǔ)備槽、調(diào)整池和剩余池及攪拌機(jī)、氣動(dòng)和手動(dòng)閥門(mén)以及相應(yīng)的泵、控制系統(tǒng)等有機(jī)組合。經(jīng)過(guò)攪拌裝置充分?jǐn)嚢韬?，送入調(diào)整池，經(jīng)過(guò)24 h膨化后進(jìn)入儲(chǔ)漿池(見(jiàn)圖6)。

3.8 泵送至開(kāi)挖面

泥漿分離后的比重平均為1.1，最大為1.2，在經(jīng)上述處理后的泥水如未達(dá)到指標(biāo)要求的情況下，加入經(jīng)調(diào)制漿系統(tǒng)配置的漿液等調(diào)漿材料，并通過(guò)該泥漿處理系統(tǒng)的監(jiān)控、操作分系統(tǒng)使之達(dá)到符合指標(biāo)要求的泥漿經(jīng)泥漿泵送至盾構(gòu)機(jī)循環(huán)使用。洞外泥漿管道見(jiàn)圖7。

泥水處理監(jiān)控系統(tǒng)是泥水平衡盾構(gòu)施工中十分重要的組成部分。所有泥水系統(tǒng)的運(yùn)行和操縱由泥水監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，泥水調(diào)制漿系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)都由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過(guò)泥水監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，可隨時(shí)為盾構(gòu)運(yùn)行時(shí)提供可靠的泥水調(diào)制漿系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)。同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)中的顯示屏和觸摸屏可及時(shí)了解和掌握相關(guān)的泥漿處理技術(shù)指標(biāo)并可在觸摸屏上對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作。

4 工程應(yīng)用

4.1 泥水處理系統(tǒng)

為配合盾構(gòu)掘進(jìn)施工，獨(dú)立設(shè)置了泥漿處理場(chǎng)。南、北線每臺(tái)盾構(gòu)泥水處理各采用2套MTP-800型泥漿處理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)流程，具有分級(jí)處理之功能，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，滿(mǎn)足盾構(gòu)施工對(duì)泥漿處理的要求。主分離系統(tǒng)采用粗篩+(一次旋流至74 μm+脫水篩)+(二次旋流至20 μm+脫水篩)流程。

泥水處理系統(tǒng)技術(shù)性能參數(shù)：1)泥漿最大處理量為:1 600 m3/h；2)泥漿分離前比重:平均1.3，最大1.4；3)泥漿分離后比重:平均1.1，最大1.2；4)篩分出的渣料含水率為25%左右；5)單套泥漿處理系統(tǒng)外形尺寸：9 033 mm×7 150 mm×6 138 mm；6)總重量：95 t；7)裝機(jī)總功率：721.6 kW。4.2調(diào)制漿液系統(tǒng)

調(diào)制漿液系統(tǒng)選用，根據(jù)土質(zhì)資料，盾構(gòu)段隧道穿越的地層有近12%的地層為圓礫砂地層，所需新制漿液進(jìn)行補(bǔ)充，調(diào)制漿液能力應(yīng)與之匹配；擬定采用具備制漿能力為120 m3/h的調(diào)制漿系統(tǒng)。

調(diào)制漿系統(tǒng)技術(shù)性能參數(shù)：

1)制漿能力：120 m3/h；

2)調(diào)整池有效容積：1 040 m3；

3)沉淀池面積：1 320 m2；

4)可供最大棄漿量：568 m3/h；

5)新漿允許儲(chǔ)備量：240 m3；

6)新漿最大可輸送量：120 m3/h；

7)裝機(jī)總功率：190 kW。

調(diào)制漿設(shè)備的配置：

1)新漿用量。新漿配制以常規(guī)材料：膨潤(rùn)土及CMC等其他輔料為主；

新漿每環(huán)用量：Qx≈37 m3/R=61 m3/h。

2)系統(tǒng)用水量。每環(huán)用水量：Qw=185(稀釋水)+37(制漿用水)=222 m3/R=355 m3/h。

稀釋水∶制漿用水=5∶1。

4.3 應(yīng)用效果

合江套湘江盾構(gòu)隧道工程的實(shí)際情況，通過(guò)選用合理的泥水處理設(shè)備，設(shè)備操作簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)耐用，故障率極低，設(shè)備系統(tǒng)噪聲小，振動(dòng)低，噪聲不超過(guò)65 dB，在施工過(guò)程中對(duì)周?chē)用駭_動(dòng)小。調(diào)制漿液根據(jù)地層、通過(guò)試驗(yàn)確定了泥漿運(yùn)動(dòng)粘度，依據(jù)運(yùn)動(dòng)粘度的要求以純堿、CMC、膨潤(rùn)土、水為材料配置出新制漿液配合比，按配合比制出滿(mǎn)足使用要求的漿液用于施工?？傮w取得了盾構(gòu)泥水分離的施工經(jīng)驗(yàn)，并得出了一整套盾構(gòu)隧道泥漿分離施工的質(zhì)量控制措施。選用合理的泥水處理設(shè)備和試驗(yàn)確定的漿液，提高了工效，降低了成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，保證了施工的進(jìn)度和安全順利進(jìn)行，具有很好的社會(huì)效益。該工法滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)施工需求，保證了工程施工的質(zhì)量和進(jìn)度，為合江套湘江盾構(gòu)隧道工程節(jié)約工期20 d。成本降低了大約30萬(wàn)元。該工法經(jīng)濟(jì)合理，簡(jiǎn)單易行，安全可靠，文明環(huán)保。