TBM供水設計方案

武占江

【摘要】TBM施工中一般采用開式與閉式相結合的方式來保證施工供水，根據TBM功率及施工用水情況，用水量不同。針對不同項目在不同施工地點，當地水源情況不同。依據不同項目實際情況力求有針對性得到最佳效果的設計，本方案考慮因素在市政供水中也可應用。

【關鍵詞】TBM；供水；設計方案

1、變頻恒壓供水工作原理：

變頻恒壓供水設備是一種新型的節能供水設備。變頻恒壓供水設備是將變頻調速器與水泵電機組合而成的機電一體化高科技節能供水裝置。以水泵出水端水壓（或用戶用水流量）為設定參數，通過微機自動控制變頻器的輸出頻率從而調節水泵電機的轉速，實現供水管網水壓的閉環調節，使供水系統自動恒穩于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率提高，水泵轉速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉速減慢。這樣就保證了整個供水管網隨時都有充足的水壓（與用戶設定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化）。

2、變頻恒壓供水系統組成：

變頻恒壓供水設備主要由水泵機組、壓力傳感器、變頻控制柜，供水管路，儲水箱上浮球開關，旁通閥，止回閥等組成，能始終維持壓力表壓力（即供水管網水壓）等于在變頻調節設定值。在供水壓力可滿足需要時，自動停運水泵。否則，恒壓供水設備起動，增大壓力滿足用水要求。為完全消除小流量或零流量供水電耗，可增加輔助小泵或輔助氣壓罐，當供水壓力低時，自動停運主泵，使小泵或氣壓罐運行。保證生產需求。

3、變頻恒壓實現：

設備實時通過傳感器檢測出口壓力，將檢測值和設定值進行比較運算，確定電機及水泵投入臺套數和變頻器輸出頻率（反應到電機及水泵為轉速）以追貼用水曲線實現恒壓。

具體設計及選型中需考慮因素：

3.1 設備參數選擇

（1）蓄水池容量應大于每小時最大供水量2倍。深井泵在井中應直立吊起來使用，傾斜或臥倒使用會頻繁壞電機，一般深井泵揚程越高，葉輪越多，泵體高度越高，為減少集水井開挖量提高利用容積，在集水井底面以下開挖一直徑約1米，深度超過深井泵高度50厘米的集水坑，以便放泵，此部分容量為死容量。

（2）水泵揚程應大于實際供水壓力。隨著TBM掘進的里程增加，需對變頻器供水壓力進行調節，以保證高峰用水量所需壓力。

（3）水泵流量總和應大于實際最大供水量。

（4）變頻控制柜選型：根據供水量和供水高度確定水泵型號及臺數，然后對控制柜進行選型適應功率及功能要求。變頻柜系統能實現全自動控制，具有手動/自動切換、主副泵定時輪換、壓力調整、恒壓、高低電壓保護、欠相保護、漏電保護、過載保護、過熱保護、缺水保護、漏水檢測補償、不用水停車、瞬間跳閘保護等功能。另可根據需求配置人機界面，可視化遠程調整、監測和維護。

4、集水井加蓋保溫及防塵，上部建保溫棚，防高溫及低溫損壞變頻器或遠傳壓力表。寒冷季節要考慮水管保溫。

5、TBM供水水泵及配套變頻器應一主一備，兩臺套變頻供水系統形成一個出水口以便檢修及損壞時應急使用。沿程鋪設水管路密封良好，由TBM配套水箱內進水浮球開關控制浮球開閉調解進水量。也應根據掘進狀態用水量大小安排專人控制進水閥門的開啟大小達到控制流量目的，避免供水量過多造成隧洞內積水，再行排水費時費時費力。而閥門邊上有壓力表及旁通閥，需檢修人員經常檢查壓力差情況。

6、水管直徑要經計算供水量及TBM應急排水時是否要啟用來綜合考慮，畢竟隧洞內空間限制，長距離安裝拆卸都不方便，要考慮周全。供水距離越來越長，水充滿管路時間變長，在隨后的主供水管路延伸上采用在主管道上快速接管或按閘閥，避免充水時間過長影響掘進。也可在不需保溫處加止回閥。

7、集水井布置有三種：一種是根據當地水層深度，滲流量情況，需水量情況，在洞外打井或分布式井群，計算需用幾口井及配幾臺泵；當滲流量較小時，應考慮擴大井的直徑或深度，或增加水井數量保證水量供應充足，按設計需求2倍設計集水井容量。而無論采用何種泵供水應保證集水井充滿時停止供水；二是水源充足，來源可為地下水或地表水，建立集水井，不論TBM是否施工，保證充足的備用水量，在施工時加大即時供水量，相應的地表水要經過濾及沉淀，除去雜質，保證能達到TBM使用要求；三是TBM應用兩段法施工時，當轉到二段施工時，隧洞內設集水井或水箱，將一段隧洞內滲水量收集起來，綜合利用減少供水及排水量，此方案需考慮除二段可能產生的廢水處理及排水。

本例中TBM一段施工時，隧洞外設深水井約60m，直徑為235mm，深井泵揚程55m一臺，流量15m3/h。從地下抽水集中到集水井，此泵有一臺備用泵。接電接點壓力表與啟動控制柜，當集水井中水位達到上限時，系統自動斷電，水位小于下限位時，自動啟動供水。集水井中深井泵流量40m3/h，揚程100m，電機15KW，配套變頻器18.5KW。一主一備，也可并機保壓增流量。根據實際要求，先設定給水壓力值，然后通電運行，壓力傳感器監測管網壓力，并轉為電信號送至可編程控制器或微機控制器，經分析處理，將信號傳至變頻器來控制水泵運行，當用水量增加時，其輸出的電壓及頻率升高，水泵轉數升高，出水量增加，當水量減小時，水泵轉數降低，減少出水量，使管網壓力維持設定壓力值，由變頻轉工頻至壓力流量滿足為止，當無用水量小流量運行時，可通過變頻水泵來維持工作，變頻給水泵可以停機保壓。保證洞內水量及水壓變化工況。

二段施工時情況較復雜，受當地水文及地質情況影響，在山腳下打井2座，200m深，用深井泵供水，流量不大，約每小時5m3/h每臺泵井，電機為7.5kw，接軟啟動。深井距洞口集水井距離約400m，高差約35m，深井泵下入井中約160m位置。兩泵并入4寸鋼管供水至集水井。集水井容積為110立，集水井中安一臺4寸清水泵，揚程20m，流量25m3/h注入支洞供水管，而水管沿支洞洞壁布置，總長1340m，坡度為7%，接主洞供水管，如此形成約100m壓力，對主供水管線密封要求嚴格。而水量不足以保證前方生產用水，在隧洞內設一40m3大水箱，經一段施工時的供水管路將一段滲流水集中到水箱中，以此保證主管道用水，在一段水量能滿足施工用水時，不用隧洞口集水井中的水。主管道延伸接水管時可考慮在管道上接閥門控制水流，接管后再開通水流，不停水，避免長距離送水管路充水時間過長。水箱進水閥門開閉控制進水量，保證用水動態平衡，避免更多的水流入隧洞內，排水困難。