《ART224ang-AirSlurry-chi.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ART224ang-AirSlurry-chi.doc（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 1 9 1 膨润土气垫式盾构膨润土气垫式盾构 由 NFM Technologies 公司开发研制的膨润土气垫式盾构是用气垫来调节开挖室内的封闭压 力的一种泥水盾构 它的基本工作原理是 在开挖位于地下水位下的不稳定地层时 用一种 流体介质 膨润土泥浆 来支撑隧道的掌子面 出渣是采用泵送法 使用用于支撑掌子面的 同样泥浆将悬浮状固体渣料泵送出去 这种用气垫调节的封闭 技术被精心地采纳于开 挖从渗透性一般到渗透 性很强 砾石中带有占 比例不大的细料 干的 和细的以及流砂 的不 稳定地层 这种技术能 够精确地控制开挖室内 的封闭压力
2、精确度达 到 0 05bar 因此 能够被用于当隧道掘进 必须在对地层干扰 例 如沉陷和隆起等 极端 敏感的民用建筑之下部 进行的情况 用流体介 质支撑掌子面能够达到高的封闭压力 4 5bar 特殊情况下可达到 7bar 应用的范围可能 因工地现场的高比例细料或超大尺寸的石块而受到限制 在细料占的比例高时 将渣土从膨 润土泥浆中分离出来会变得困难和成本昂贵 在有超大尺寸的石块时 虽然可以在机内设置 碎石系统 但这些超大尺寸的石块难以借用流体介质从管道中排送 另外 例如当隧道开挖 必须穿过可饮用的地下水层时 膨润土泥浆可能被稀释 将可能导致对地下水层不能接受的 污染水平 但从另一方面看 由于借助
3、了布置在隧道内的管道来泵送渣土 使隧道内比较清 洁 可以减少对出渣设备的维护 2 水力出渣水力出渣 出渣系统由四个主要部分组成 1 承压状态的开挖室 膨润土泥浆被注入其中 用以支撑掌子面 2 管道系统 用于膨润土的压注以及被开挖渣土的排出 ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 2 9 3 制备待压注的膨润土泥浆的 设在地面的膨润土制备站 4 分离被开挖的渣土并对膨润土泥浆进行处理的 设在地面的分离站 下图表示四个主要部分的总体布置 分分离离 干干燥燥 泥泥浆浆制制备备 膨膨润润土土泥泥浆浆池池 注注浆浆泵泵 P1 排排渣渣泵泵 P3 排排渣渣泵泵 P2 后后配配套
4、套 2 1工作原理工作原理 水力出渣提供了两个基本功能 它们是 稳定掌子面 这一功能影响到膨润土制备站配制的注入盾构机的出渣流体的成分和性质 将固体渣料从开挖面运输到设在地面的分离 处理厂 掌子面的稳定性靠膨润土泥浆对掌子面 作用在 蛋糕 上 的压力以及靠膨润土泥浆的流 变特性来确保 ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 3 9 当与压力状态下的土直接接触时 膨润土泥浆的上述两个性质能够使一个称之为 蛋糕 的 柔性膜得以形成 这个蛋糕 实际上是水密的和相当结实的 它定义为开挖室内的膨润土泥 浆与盾构机前的的土之间的过渡带 蛋糕的用途是 在膨润土泥浆压力与土 地下水
5、压力之 间形成一个水密的分隔带 这个蛋糕有几厘米厚 每次刀具划过时被割开 但又可立即被恢 复 当压缩空气被压入到开挖室时 这是工作人员要进入开挖室进行工作之前必需的一步 蛋糕 还能确保开挖室的气密性 因此能使开挖室里的气压保持住 2 2泥浆回路泥浆回路 泥浆回路主要由以下组成 这个回路根据盾构的掘进速度进行调节 膨润土泥浆的供给管线 膨润土泥浆是由水和膨润土组成的混合物 平均密度小于 1 15 这种用于排渣的流体通过五个部位注入开挖室 2 处在开挖室上部 2 处在开挖室 下部 1 处在中心部 用以防止渣土积聚和刀盘堵塞 膨润土泥浆的排出管线 膨润土泥浆携带着开挖室里被开挖下来的渣土 被泵送到设
6、在 地面的处理厂 在供给管线上 在地面安装有 P1 1 泵 它用来泵送经处理厂处理过的膨润土泥浆 最大 密度不超过 1 15 根据供给线的测压要求 在隧道中间可安装若干个增力泵 P1 i 在排出管线上 在盾构机的后配套系统上安装有一个 P2 1 泵 用于泵送携带渣土的流体 最大密度为 1 35 如果需要的话 在始发井底部也安装一个这样的排渣泵 以助于 将满载渣土的流体提升到地面 另外 根据排出管线测压的要求 在隧道中间可安装若 干个增力泵 P2 i ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 4 9 ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 5
7、 9 3 排渣泥浆回路的调节排渣泥浆回路的调节 泥浆回路的控制包括两个方面的要素 掌子面压力的控制 通过对气垫压力的控制和泥浆与气垫界面高程的控制来实现 泥浆回路流量的控制 通过对泥浆泵转速的控制来实现 3 1掌子面压力的控制掌子面压力的控制 膨润土气垫式盾构的控制原理是 利用前护盾的承压隔板和潜水墙之间的气垫将掌子面压力 调节在预设定的压力值 气垫起着吸振缓冲的作用 它吸收泥浆流量的明显波动 作用在掌子面的膨润土泥浆和被封闭在气垫里的空气靠开挖室内一个称作潜水墙的隔板而分 隔开 膨润土泥浆便只能从膨润土泥浆的注入管出口 在潜水墙的前方 向着盾构底部的排 渣管 在潜水墙后方 进行流动 气垫的压
8、缩空气压力和泥浆 气垫界面的高程是用于控制掌子面压力的两个参数 虽然它们 不被认为是盾构机的运行参数 但它们允许掌子面的压力得到持久的控制 气垫的压缩气压 对可呼吸空气系统的设计和尺寸有影响 而泥浆 气垫界面高程会影响排渣泥浆回路控制的 特性 排渣管 泥浆输送 管 隔板 压缩气垫 承压隔板 限定压力 区域 大气压区域 流动 方向 ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 6 9 3 2泥浆回路流量的控制泥浆回路流量的控制 对泥浆 气垫界面高程的调节并不是对泥浆回路仅有的控制制约 管道中沉积物的临界流速 定义了排渣流量的最小值 供给流量总是比排渣流量小一些或者相等 此外
9、 考虑到排渣管道的总长往往很长 所以 一个管片衬砌环开挖的完成往往在先 而这 个环的第一批被输送的渣料到达地面处理厂的时间往往在后 这意味着 系统中各个排渣泵 处的流体密度可能是不同的 连续不断地对下列参数进行控制也是必不可少的 供给泵和排出泵吸入端的超载压力 根据正被泵送的流体 这个压力必须大于所要求的 泵的净吸压头 在供给回路和排出回路由流量计测量的泥浆流量 必须根据所要求的排渣流量 它对应 于沉积物的临界流速 要根据被开挖土层的地质构成进行计算 供应的膨润土泥浆 的密度 以及所使用的排渣模式 对泥浆流量加以控制 根据排渣的模式把排渣流量的 值加以确定 供给回路和排渣回路中的流体密度用放射
10、性密度计来测量 这些泥浆参数被发送回 PLC 可 编程逻辑控制器 的控制室以后 这些参数能够被用于对供应的膨润土泥浆的定量监测 排 渣密度的上限是强行规定的 这个上限值是根据排渣泵的最大功率及地面处理厂的处理和分 离的能力计算而得 根据隧道的地质 供给流体的密度可能需要有一个很大的变化范围 供给流体的密度的变化 会引起排渣流体的密度一个很大的变化 考虑到这样的变化 因此每个供给泵和排出泵 P1 1 P2 1 P3 P1 i P2 i 都配备一个异步电机 一个频率变换器 还有一个可从控制 室监视屏进行调整的具有若干 PID 功能的 PLC 控制系统 ART 224BENTON AIR SLURR
11、Y TBM Page 7 9 4 运行模式运行模式 4 1开挖模式开挖模式 HMT6 6 5 FD PP PP PP P P P P Vers usine de traitement de boue To slurry treatment plant Depuis l usine de production de boue From the bentonite plant LF M P 3 M M P FD PP M PP M P 2 i P 1 1 P 2 1 P 1 i V01V03 V02V04 V05 V06 V07V09 V11V12 V08V10 V13 V17 V15 V16 V
12、14 V20 V19V18 V21 V24 V23V22 这个模式于开挖时使用 根据气垫室里泥浆的高程以及所要求的排渣流量 对伺服的泵 P1 1 和 P2 1 的转速分别进行调整 调整 P1 1 泵的转速用以校正泥浆 气垫界面高程达到所要求的 值 同时确保它沿程的下一个泵的超载压力要大于所要求的净吸压头 调整 P2 2 泵的转速 用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值 同时确保沿程的下一个泵的超载压力要大于 所要求的净吸压头 P3 泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂 调整 P3 泵的转速以便在泥浆分离厂入口处达到必要的压力 4 2旁通模式旁通模式 HMT6 6 5 FD PP
13、 PP PP P P P P Vers usine de traitement de boue To slurry treatment plant Depuis l usine de production de boue From the bentonite plant LF M P 3 M M P FD PP M PP M P 2 i P 1 1 P 2 1 P 1 i V01V03 V02V04 V05 V06 V07V09 V11V12 V08V10 V13 V17 V15 V16 V14 V20 V19V18 V21 V24 V23V22 ART 224BENTON AIR SLURR
14、Y TBM Page 8 9 这个模式是待机模式 用于盾构不进行开挖时执行其它功能 这个模式也用于当盾构从一种 功能切换到另一种功能时 特别是 旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况 它使开挖室被 隔离 在旁通模式 各泥浆泵都根据泵的超载压力和所要求的排渣流量所控制的转速保持旋 转 由于此时开挖室没有泥浆的供给 因此理论上并不需要控制泥浆 气垫界面高程 然而泥浆 气垫界面的高程可能由于水从界面上流失或进入而发生变动 在这些情况下 可能需要补充 泥浆 只要注入管道压力许可的话 或排出泥浆以调整这个高程 4 3隔绝模式隔绝模式 HMT6 6 5 FD PP PP PP P P P P Vers usi
15、ne de traitement de boue To slurry treatment plant Depuis l usine de production de boue From the bentonite plant LF M P 3 M M P FD PP M PP M P 2 i P 1 1 P 2 1 P 1 i V01V03 V02V04 V05 V06 V07V09 V11V12 V08V10 V13 V17 V15 V16 V14 V20 V19V18 V21 V24 V23V22 这个模式使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔绝的状态 但此时设在地面的分离 厂和制备厂
16、之间的回路仍保持连通 特别是 这种模式是用于隧道泥浆管道延伸时的情况 各排渣泵 P2 1 P2 i P3 以及供给增力泵 P1 i 均停止运转 而 P1 1 仍保持运行 以保 持制备厂和分离厂之间回路的循环 始发井中的旁通阀 V18 控制着这个回路 ART 224BENTON AIR SLURRY TBM Page 9 9 4 4逆行模式逆行模式 HMT6 6 5 FD PP PP PP P P P P Vers usine de traitement de boue To slurry treatment plant Depuis l usine de production de boue From the bentonite plant LF M P 3 M M P FD PP M PP M P 2 i P 1 1 P 2 1 P 1 i V01V03 V02V04 V05 V06 V07V09 V11V12 V08V10 V13 V17 V15 V16 V14 V20 V19V18 V21 V24 V23V22 这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动 仅用于一些特别的情况 特别是在开挖
