泥水平衡盾構泥漿分離調制技術

王 靖 羅 瀟 顏 輝

(衡陽市城市建設投資有限公司，湖南 衡陽 421001)

1 概述

目前，盾構法施工在軌道交通和市政管線中的應用越來越廣泛，而地表沉降控制和加快施工速度是控制盾構法施工的著重點。在盾構掘進隧道過程中，泥水分離順暢程度將直接影響到盾構機的掘進效率。泥水加壓式盾構是在機械掘削式盾構的前部刀盤后側設置隔板，它與刀盤之間形成壓力室，將加壓的泥水送入壓力室，當泥水壓力室充滿加壓的泥水后，通過加壓作用和壓力保持機構，來維持開挖面的穩定。當盾構在掘進過程中，需要進行新舊泥漿交替補充到盾構刀盤面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。當舊漿液量經處理后，送泥水的量不足或泥水性能不能滿足盾構需求，需要及時補充新鮮漿液，對送泥水的指標進行調整，保證盾構順利進行掘進施工。泥水處理系統主要由泥水分離系統、制調漿系統等組成，起著處理由盾構開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到指標要求的情況下，加入經調制系統配置的漿液等調漿材料，并通過該系統的監控、操作分系統使之達到符合指標要求的泥水供盾構循環使用。

2 工程概況

衡陽市合江套湘江隧道工程位于衡陽市城區北部，東岸是珠暉區，西岸是石鼓區，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，是衡陽市規劃二環線兩座過江通道之一。過江段采用盾構法施工，盾構段總長1 867 m，盾構開挖直徑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

施工工藝流程見圖1。

3.1 排漿至分離場

在盾構掘進過程中，需要進行新舊泥漿交替補充到盾構刀盤面，形成一定厚度的泥膜便于刀盤切削。盾構機掘進過程通過排漿管道排出攜帶渣土的漿體到泥漿分離場，分離前泥漿比重平均為1.3，最大為1.4。

3.2 初篩

先以層式振動篩選機型號:VS-1833/2將漿液中大于2 mm的顆粒篩選出，并以輸送機堆置，見圖2。

3.3 一級旋流

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

3.4 二級旋流

經一級旋流器處理后漿液，流入二級旋流主水槽內，以渣漿泵加壓打入二級旋流器,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

對主分離設備處理后的泥水，再經沉淀池的重力沉淀處理，可使經二級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一步減小，以期達到送泥水的指標要求。沉淀池見圖4。

3.6 廢漿池排漿

泥水分離設備分離出來的干渣排至棄渣場，經過裝載機挖掘裝車外運；分離出來的混合泥漿，在泥漿池設置泥漿泵，將泥漿泵送至運漿船內進行外排。棄漿管道選用1臺160 kW功率、120 m揚程水泵，采用DN300管道。泥漿分離設備見圖5。

3.7 調整槽泥水再生

由排漿管排出的泥漿經過過濾后被送到泥漿沉淀池內，經泥水分離系統分離出來的泥漿，進入調整池重新使用，在調整池內按比例加入一定量的粘土、CMC、清水進行混合，制成適合地層特征的新泥漿，由泥漿泵泵入盾構泥水室內，多余泥漿儲存在調整池內。儲漿池內泥漿不足時，可直接開動泥漿攪拌機制備泥漿，制漿材料以膨潤土為主輔之于CMC、純堿等其他材料。泥水的調制漿系統由清水池、新漿槽、新漿貯備池、CMC攪拌槽、CMC儲備槽、調整池和剩余池及攪拌機、氣動和手動閥門以及相應的泵、控制系統等有機組合。經過攪拌裝置充分攪拌后，送入調整池，經過24 h膨化后進入儲漿池(見圖6)。

3.8 泵送至開挖面

泥漿分離后的比重平均為1.1，最大為1.2，在經上述處理后的泥水如未達到指標要求的情況下，加入經調制漿系統配置的漿液等調漿材料，并通過該泥漿處理系統的監控、操作分系統使之達到符合指標要求的泥漿經泥漿泵送至盾構機循環使用。洞外泥漿管道見圖7。

泥水處理監控系統是泥水平衡盾構施工中十分重要的組成部分。所有泥水系統的運行和操縱由泥水監控系統來實現，泥水調制漿系統的監控系統都由PLC程序實現。通過泥水監控系統的運用，可隨時為盾構運行時提供可靠的泥水調制漿系統的技術數據。同時通過控制系統中的顯示屏和觸摸屏可及時了解和掌握相關的泥漿處理技術指標并可在觸摸屏上對系統設備進行相應操作。

4 工程應用

4.1 泥水處理系統

為配合盾構掘進施工，獨立設置了泥漿處理場。南、北線每臺盾構泥水處理各采用2套MTP-800型泥漿處理系統，系統采用了自動化控制系統流程，具有分級處理之功能，可以實現連續生產，滿足盾構施工對泥漿處理的要求。主分離系統采用粗篩+(一次旋流至74 μm+脫水篩)+(二次旋流至20 μm+脫水篩)流程。

泥水處理系統技術性能參數：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)單套泥漿處理系統外形尺寸：9 033 mm×7 150 mm×6 138 mm；6)總重量：95 t；7)裝機總功率：721.6 kW。4.2調制漿液系統

調制漿液系統選用，根據土質資料，盾構段隧道穿越的地層有近12%的地層為圓礫砂地層，所需新制漿液進行補充，調制漿液能力應與之匹配；擬定采用具備制漿能力為120 m3/h的調制漿系統。

調制漿系統技術性能參數：

1)制漿能力：120 m3/h；

2)調整池有效容積：1 040 m3；

3)沉淀池面積：1 320 m2；

4)可供最大棄漿量：568 m3/h；

5)新漿允許儲備量：240 m3；

6)新漿最大可輸送量：120 m3/h；

7)裝機總功率：190 kW。

調制漿設備的配置：

1)新漿用量。新漿配制以常規材料：膨潤土及CMC等其他輔料為主；

新漿每環用量：Qx≈37 m3/R=61 m3/h。

2)系統用水量。每環用水量：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 應用效果

合江套湘江盾構隧道工程的實際情況，通過選用合理的泥水處理設備，設備操作簡單、結實耐用，故障率極低，設備系統噪聲小，振動低，噪聲不超過65 dB，在施工過程中對周圍居民擾動小。調制漿液根據地層、通過試驗確定了泥漿運動粘度，依據運動粘度的要求以純堿、CMC、膨潤土、水為材料配置出新制漿液配合比，按配合比制出滿足使用要求的漿液用于施工。總體取得了盾構泥水分離的施工經驗，并得出了一整套盾構隧道泥漿分離施工的質量控制措施。選用合理的泥水處理設備和試驗確定的漿液，提高了工效，降低了成本，具有良好的經濟效益，保證了施工的進度和安全順利進行，具有很好的社會效益。該工法滿足了現場施工需求，保證了工程施工的質量和進度，為合江套湘江盾構隧道工程節約工期20 d。成本降低了大約30萬元。該工法經濟合理，簡單易行，安全可靠，文明環保。