摘要：泥水平衡盾构施工中环流系统的正常运作至关重要，本文针对采石箱频频堵塞的困境，对环流系统中的采石箱进行改造，提升了循环泥浆的携渣能力，顺利把刀盘切削下来的渣土及小碎石通过排泥管送排出去，防止其在采石箱中沉积，进而在刀盘及土仓内沉积，重则发生结泥饼现象。
关键词：泥水平衡盾构机；环流系统；采石箱；改造
引言
随着国内经济快速发展，城市建设日益繁荣。近几年，全国各大中型城市地下工程建设如火如荼。在某电力隧道建设中使用的是泥水平衡型盾构机进行盾构施工。在泥水盾构中，环流的正常运作对盾构顺利快速掘进至关重要，它通过控制整个环流循环中参数的控制，包括泥浆粘度、比重、流速以及其它机械操作，将盾构掘进中刀盘从掌子面切削下来的渣土，囊括在泥浆中带出至泥浆处理场中进行处理并运走。在泥水盾构中，采石箱一旦发生堵塞，环流将无法进行，必须停机进行清理。泥水盾构环流的正常运作关系重大，而采石箱的频繁开启将严重影响环流的基本运作，必须引起我们的重视，并有效措施处理得当。从长远来看，这将大大提高环流的流畅性，保证工程进度，提高经济效益。
1.泥水盾构环流系统概述
本工程原环流输送系统能将掘进所需泥浆送至地面的泥浆调节槽，泥浆沉淀槽，泥浆处理设备；送泥系统的P1；排泥系统的P2泵，随着隧道的延长而增加的PE泵和中继泵；维护挖掘安全的P0泵；流量、压力检测器，送排泥密度传感器，送排泥管、旁通管、循环管及一系列阀组等构成。泥浆系统的所有主要阀门都有液压驱动或气动驱动。环流系统示意图如下：
在该环流系统中，采石箱与排泥管路基P0内循环管路连接，它起着非常重要的作用，它的作用包括以下几点：
①排泥管的泥浆携带渣石头进入采石箱，泥浆通过时因空间突然变大，速度骤降，大的碎块会沉淀下来，堆积在采石箱内，小的碎石继续跟随泥浆从排泥管继续排出。这样就能防止大的碎石进入后续排泥管，造成排泥管堵塞。
②通过分流部分泥浆进入P0内循环，保持盾构掘进的正常运转。采石箱的大致构造及在环流中的作用如下图所示：
原环流系统采石箱作用示意图
从图可以看出，采石箱中的渣土容易堆积在采石箱中，造成整个采石箱的堵塞，从而造成整个环流的停止工作。根据掘进地质及盾构机出土情况，本工程位于泥质粉砂岩中掘进时，环流中容易大粒径的石子，在泥水环流排出经过采石箱时，在重力的作用下会沉积下来。等到积累的一定的量时，则会堵住采石箱管口，环流停止工作，泥水盾构无法运作，只能停机，开启采石箱进行清理工作，然后恢复掘进。根据施工记录，在本工程掘进100环过程中，采石箱堵塞累计达11次。
2.泥水盾构环流存在的问题及分析
隧道盾构施工是一个复杂的规程，是由大大小小的多个功能部位组成的。采石箱作为整个盾构施工中，环流系统的组成部分，具有构造简单，作用重大的特点。本工程在初始掘进阶段地质软弱土层为主，如淤泥质土、泥质粉砂岩等。根据工经验，在此类地层中掘进时，会产生碎石。碎石随着泥浆通过排泥管进入环流系统，经采石箱，然后输送至地面。根据经验，在此类地层中掘进会产生小碎石，携带碎石的泥浆通过排泥管，经采石箱时，因为空间骤然变大，从而使泥浆速度迅速减缓下来，降低泥浆的携渣能力。因此，较小的碎石继续跟随泥浆从排泥管继续排出，但较大的碎块在其较大的重力作用下会沉淀下来，堆积在采石箱内。随着不断掘进，积累的碎石逐渐增加，而采石箱空间有限，待增加到一定的量则会造成采石箱堵塞，环流无法正常通畅运行。通过QC小组的调研，确定在本工程的盾构掘进中，采石箱堵塞的主要原因为现采石箱的构造不合理，容易造成渣粒及泥块沉淀，从而堵塞。
3.环流系统中采石箱改造措施
在盾构其它设备运行顺畅，循环泥浆质量得到保证，且盾构操作正常的情况下，环流循环泥浆在经过采石箱时，因空间骤然增大，速度降低，导致泥浆的携渣能力大大降低，泥浆中携带的渣粒及泥块沉积下来，造成堵塞。从此角度出发，要解决采石箱频频堵塞的困境，在于提升循环泥浆的携渣能力。增加泥浆环流的速度，通过增加其携渣能力，减小堵塞现象。只要保提高泥浆在土仓及刀盘内的循环流畅度，提高排泥管的泥浆流速，就能保证泥浆的携渣能力，顺利把刀盘切削下来的渣土及小碎石通过排泥管送排出去，防止其在采石箱中沉积，进而在刀盘及土仓内沉积，重则发生结泥饼现象。改造措施如下：
3.1更改进入原采石箱段的管径。
进箱段管径原为10寸变8寸的变径，改造为全10寸的管径。如下图所示：
进入采石箱的管径改为同长10寸后，可以整体提高泥浆在变径段环流的通畅性，避免由于突然变径，造成泥浆瞬间滞留使渣土滞留在采石箱进口处，从而在进口处发生堵管现场；
3.2采石箱内增加导流管
原采石箱内部基本为空箱，体积与排泥管相比较大，泥浆进入时速度会降低，导致泥浆的携渣能力大大降低，泥浆中携带的渣粒及泥块沉积下来，造成堵塞。为保证环流速度，采用以下措施：
①增加采石箱内导流管，管路进行改造，采用喇叭形的渐变径管路作为渣土导流管，尺寸由10寸为6寸；
②在喇叭状的导流管路方上留10cm宽的长槽，供泥浆分流进入P0内循环；
③为保证泥浆更加顺利进入P0内循环管路中，把进入内循环的管路由采石箱的正上，更改为正前方，使泥浆更容易进入内循环中。
改造后，理论上整体环流更加顺畅，采石箱环流速度得以提高，从而保证泥浆携渣能力，更加顺利通过排泥管排出输送至地面上。更改后整体环流图如下所示：
改造环流系统采石箱作用示意图
4.采石箱改造实施
根据分析制定的对策，对采石箱进行改装，进箱段管径原为10寸变8寸的变径，已改造为全10寸通长的管径，避免渣土滞留在采石箱进口处发生堵管。在采石箱中接入通长导流管，管径为渐变，尺寸由10寸为6寸，在喇叭管路方上留10cm宽的长槽，导流管两端的接口与采石箱内进入口，流出口相对应，进入口为10寸，流出口为6寸。导流管加工完成后，按设计要求接入采石箱中。
5.采石箱改造后效果
采石箱改造完成后，项目部立即安排对其效果进行现场的测试。在改造前，据掘进100环统计数据，发生采石箱堵塞，累计开启采石箱次数为11次。改造后由刀盘掌子面掘进下来的渣土及小碎石，基本全部通过采石箱内的导流管直接从排泥管中输送出去，同时，P0内循环正常进行，整个环流系统运流畅行。根据实际检测结果，改造后掘进100环，累计发生3次采石箱的堵塞现象，该3次堵塞主要为渣土中存在较大粒径的或石块或泥块，堵住导流管，使循环无法正常进行，可通过后续环流操作手操作中，注意控制切口水压、正循环、逆循环等灵活操作合理切换加以改善避免。
结语
通过对采石箱的改造，在实际应用中，大大降低泥水盾构掘进过程采石箱堵塞次数，相比改造前，泥水盾构掘进过程采石箱堵塞次数降低了73.3%，达到预期效果。大大降低泥水盾构掘进过程采石箱堵塞次数，提高了盾构掘进效率，保证工程总进度。同时，因采石箱开启次数减少，人员、材设等得以合理利用，减少了不必要的损耗，使得盾构得以正常迅速掘进，大大提高了工程总体的经济效益。
参考文献：
[1]《泥水盾构平衡盾构机》 CJ/T 446-2014
[2]《泥水盾构过破碎岩带施工技术》《建筑机械化》 ，2012，33（4）：73-75 作者 孙华 钟志全
[3]《多卵石隧道泥水盾构施工重难点及应对措施分析》《甘肃科技》 ，2017，33（19）：102-103 李茂松
论文作者:庞剑东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/11
标签：环流论文; 盾构论文; 泥浆论文; 泥水论文; 渣土论文; 碎石论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第15期论文;