泥水盾構不同類型的泥漿管延伸裝置淺析

毛晴松 張偉強

(中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016)

1 概述

近年來，泥水盾構憑借其掘進速度快、地表沉降控制精度高以及對開挖面周邊土體干擾小等施工優點被越來越廣泛地應用于高水壓、淺覆土及不穩定地層隧道的開挖[1-3]。不同于土壓盾構的皮帶機出渣，泥水盾構采用的是管道輸送式的出渣方式[4]，如圖1所示。

泥水盾構的工作原理是在盾構機支撐環前面設置隔板，刀盤和隔板之間就會形成一個密封艙；盾構掘進施工時，進漿泵P1.1將進漿池中調好的漿液加壓后輸送到密封艙內，加壓泥水在開挖面上形成一層泥膜，平衡開挖面的水土壓力；與此同時，刀盤在泥水環境中切削土體表面泥膜，切削下的土體與密封艙內的泥水混合形成高濃度的泥漿，然后由排漿泵P2.1/P2.2抽出并經排漿管路輸送到地面的泥水分離站。泥水分離站將排漿泵排出的高濃度泥漿添加添加劑、調漿后可作為新鮮的漿液再次由進漿泵輸送到密封艙內，實現循環利用。

由此可見，泥水環流系統無疑是泥水盾構的核心系統[5]。盾構掘進時，設備不斷向前推進，但剛性的泥漿硬管不可拉伸，為了保證泥漿管路的連續性，泥漿管延伸裝置也就必不可少。

2 泥漿管延伸裝置的類型及介紹

截至目前，泥水盾構中應用的泥漿管延伸裝置主要有以下三種形式：活塞式泥漿管延伸裝置、立式軟管延伸式泥漿管延伸裝置以及臥式軟管延伸式泥漿管延伸裝置。三種類型泥漿管延伸裝置的工作原理介紹如下。

2.1 活塞式泥漿管延伸裝置

活塞式泥漿管延伸裝置最大的特點是一個二重直管，其工作過程如下：盾構掘進時，后配套拖車向前移動，二重直管伸出，移動架相對于拖車向后移動。當移動架移動到后節拖車的尾部并達到一個換管行程時，盾構停止掘進，關閉泥漿管路上的閥門，斷開泥漿管延伸裝置泥漿管與隧道內泥漿管的連接，移動架在驅動裝置的作用下移動到初始狀態，二重管縮回，然后在泥漿管延伸裝置的泥漿管和隧道內的泥漿管間接入新的泥漿管，進而實現泥漿管路的延伸，見圖2。

這種形式的泥漿管延伸裝置的優點是裝置采用二重直管來實現管路延伸，管路壓力損失很小；缺點是整個裝置的跨度較大，橫跨了兩節拖車，這在小轉彎半徑隧道中就會遇到問題，二重管在伸出時會產生較大撓度，導致內管回縮困難甚至卡套；另外二重管設計要滿足耐壓和密封要求，結構復雜，出現故障后不易進行維修。

2.2 立式軟管延伸式泥漿管延伸裝置

立式軟管延伸式泥漿管延伸裝置最大的特點是裝置用一個半圓形的卷盤把泥漿軟管立起來放置，其工作過程如下：盾構掘進時，拖車向前移動，泥漿軟管拖拉行走小車相對拖車向后移動，當拖拉行走小車移動到拖車尾部并達到一個換管行程時，盾構停止掘進，關閉泥漿管路閥門，斷開延伸裝置泥漿軟管與隧道內泥漿硬管的連接，拖拉行走小車在卷揚機的作用下移動到初始位置，然后在延伸裝置軟管和隧道硬管間接入新的泥漿管，從而實現泥漿管路的延伸，見圖3。

這種形式的泥漿管延伸裝置的優點是整個裝置長度方向跨度較小，布置在單節拖車上，結構簡單；缺點是隨著泥漿軟管管徑的增大，其最小彎曲半徑也隨之增大，在空間布置上就會受到拖車高度的限制；另外，泥漿軟管存在較大角度彎曲，導致泥漿管路壓力損失大大增加。

2.3 臥式軟管延伸式泥漿管延伸裝置

臥式軟管延伸式泥漿管延伸裝置最大的特點是整個裝置布置在拖車的頂部及側面，其工作原理與立式軟管延伸式類似，不同的是軟管的布置方式及行走架的行走方式，見圖4。

這種形式的泥漿管延伸裝置的優點是整個裝置結構緊湊，可布置在同一節拖車上，能適應大、小轉彎半徑隧道工程；延伸裝置由鏈輪驅動行走架移動，動作方便可靠；結構簡單，維修維護方便；缺點是泥漿管路存在較大角度彎曲，壓力損失較大。

3 結語

通過三種形式泥漿管延伸裝置工作原理及優缺點的分析，可初步得出以下結論：

1)活塞式泥漿管延伸裝置由于長度方向跨度較大，僅適用于大轉彎半徑隧道和直線隧道。

2)立式軟管延伸式泥漿管延伸裝置適用于泥漿管管徑較小、拖車高度滿足泥漿軟管直立布置的大、小轉彎半徑隧道。

3)臥式軟管延伸式泥漿管延伸裝置的適用范圍不受泥漿管管徑和隧道轉彎半徑的限制，適用范圍最廣。