淺析NHI/NFM膨潤土氣墊式泥水盾構(gòu)機(jī)泥水系統(tǒng)

秦立學(xué)， 徐慧， 馬士濤， 趙文娟， 王義

（1.北方重工集團(tuán)有限公司，沈陽110141；2.全斷面掘進(jìn)機(jī)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，沈陽110141；3.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，沈陽110122）

1 引 言

泥水盾構(gòu)機(jī)因其耐高水壓、掌子面壓力控制精度高，刀盤驅(qū)動扭矩小等優(yōu)點(diǎn)，在我國許多重大隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，例如廣深客運(yùn)專線獅子洋隧道、北京地下直徑線等項目都采用了泥水盾構(gòu)機(jī)。泥水系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)機(jī)的核心技術(shù)，本文在介紹了NHI/NFM 泥水盾構(gòu)機(jī)的基礎(chǔ)原理上，重點(diǎn)闡述了NHI/NFM 泥水盾構(gòu)機(jī)泥水系統(tǒng)的不同工作模式及其特點(diǎn)。

2 膨潤土氣墊式泥水盾構(gòu)機(jī)工作原理

NHI/NFM 生產(chǎn)的膨潤土氣墊式泥水盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖見圖1 所示。

工作原理：作用在掌子面的膨潤土泥漿和被封閉在氣墊倉里的空氣靠開挖倉內(nèi)潛水墻隔板隔開。膨潤土泥漿從膨潤土泥漿輸送管出口向盾構(gòu)底部的排渣管進(jìn)行流動。

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時，氣墊的壓縮空氣壓力用于控制掌子面壓力，新泥漿不斷通過泥漿輸送管送入開挖倉，泥漿與渣土的混合液不斷通過排渣管排出，循環(huán)往復(fù)進(jìn)漿排漿，完成挖掘作業(yè)。

圖1 膨潤土氣墊式盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖

3 泥水盾構(gòu)機(jī)泥水循環(huán)系統(tǒng)組成

圖2 泥水盾構(gòu)機(jī)泥水循環(huán)系統(tǒng)

泥水盾構(gòu)機(jī)泥水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2 所示。由泥漿處理站、豎井泵組、進(jìn)漿泵、排漿泵、管路及閥組等構(gòu)成。泥漿處理站用于分離出泥漿中的渣土，并制備新的膨潤土泥漿；進(jìn)漿泵用于把新的膨潤土泥漿打入到盾構(gòu)機(jī)開挖倉內(nèi)；豎井泵組用于將泥漿泵送到地面泥漿處理站；排漿泵用于將帶有渣土的泥漿排出開挖倉；管路及閥組用于輸送泥漿及對泥漿流動方向進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)不同的泥漿循環(huán)模式。

4 泥水循環(huán)模式

在盾構(gòu)機(jī)工作過程中，為了在不同工況下實(shí)現(xiàn)不同的功能，NHI/NFM 泥水盾構(gòu)機(jī)泥水系統(tǒng)設(shè)計有多種循環(huán)工作模式。

4.1 開挖模式

該模式在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時使用。進(jìn)漿泵將新制備的泥漿通過盾體進(jìn)漿管路打入開挖倉，排漿泵通過排漿管路將帶有渣土的泥漿排出開挖倉。開挖模式泥水循環(huán)如圖3 所示。

圖3 泥水循環(huán)開挖模式

4.2 旁通模式

該模式一般在盾構(gòu)機(jī)拼裝管片時使用。泥漿通過盾體內(nèi)旁通回路進(jìn)行循環(huán)流動，防止泥漿在管路內(nèi)沉淀，使下次開機(jī)困難。旁通模式泥水循環(huán)如圖4 所示。

圖4 泥水循環(huán)旁通模式

4.3 隔離模式

該模式一般在管路延伸時使用。泥漿只在豎井泵組處進(jìn)行循環(huán)。隔離模式泥水循環(huán)如圖5 所示。

圖5 泥水循環(huán)隔離模式

4.4 反循環(huán)模式

這個模式在盾體內(nèi)管路堵塞時使用。將新制備的泥漿通過排漿管路打入盾體，而帶渣土的泥漿通過進(jìn)漿管路排出盾體，這樣可以疏通管路，使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)正常進(jìn)行。反循環(huán)模式泥水循環(huán)如圖6 所示。

圖6 泥水循環(huán)反循環(huán)模式

4.5 長時間停機(jī)模式

這個模式在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行維護(hù)時使用。通過自動控制泥漿高程與氣墊壓力使掌子面壓力得到長時間保持。長時間停機(jī)模式泥水循環(huán)如圖7 所示。

圖7 泥水循環(huán)長時間停機(jī)模式

5 結(jié) 語

泥水系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)機(jī)的重要組成部分，設(shè)計泥水系統(tǒng)時應(yīng)考慮多種工況下的不同循環(huán)模式，根據(jù)不同循環(huán)模式的特點(diǎn)進(jìn)行具體的管路設(shè)計。通過本文介紹，可為泥水盾構(gòu)機(jī)泥水系統(tǒng)的設(shè)計提供借鑒。

［1］ 張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.