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摘要：泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水仓，里面充满了泥浆，开挖土渣与泥浆混合由排浆泵输送至地面的泥水分离站，经分离后进入泥浆调整池进行泥水形状调整后，由送泥泵将泥水送往盾构的泥水仓重复使用。本文将根据广佛线施工四标区间盾构开挖的工程实践，阐述泥浆处理系统的设计与应用。
关键词：泥水盾构 循环系统设计应用
工程概述
广佛线施工4标地铁土建工程为珠江三角洲城际快速轨道交通线的组成部分，该项目共三个区间，全长2489延长米（双线），施工采用2台海瑞克泥水平衡式盾构机掘进。
根据现场施工工况特有条件及提供的施工现场地质资料: 粉细砂占整个地层约为40.6％，主要分布在③1层。中粗砂，主要分布在③2层。占整个地层约为22.5％，砾砂占整个地层约为13.0％，主要分布在③3层。粉土占整个地层约为6.5％，主要分布在④1层。强风化泥质粉砂岩约为7.0％，主要分布在⑦层。余下为少量的淤泥质土、粉质奶头、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩，分别占地层的4.3％、0.5％、4.3％和1.3％，分别分布在④2、⑤2、⑥和⑧层。盾构穿越地层主要粉细砂层、中粗砂层和砾砂层，并有少量的淤泥质土、粉质粘土、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩等。
Φ6250泥水平衡盾构掘进机主要技术参数
盾构机外径：Φ6.25m
掘进最大速度v: 5 cm/min
每天最高掘进环数：12环
进浆流量：800 m3/h
出浆流量：1000 m3/h
进浆比重：1.1～1.2
出漿比重：1.3 ～1.45
送排浆管通经：30cm
分离粒径：30μm
泥水分离系统的技术设计
经过多方比较与考察，项目部确定采用台湾伯元公司的泥水分离设备。
规划参考
根据现场的实际情况以及海瑞克盾构设备的技术参数，确定泥水分离系统的规划参数即机械设备的机型参考如下：
泥浆最大处理量为: 1000m3/h
泥浆分离前比重:平均1.3最大1.4
泥浆分离后比重:平均1.1最大1.2
出碴能力150 m3/h
流程规划
第一阶段: 先以层式震动筛选机，将浆液中大于4mm的颗粒筛选出,并以输送机堆置。
第二阶段: 经震动筛筛选后剩余的浆液以高低落差方式,自然送入砂泥分离机,将浆液中4mm~0.074mm颗粒粹取出,并以上倾式震动脱水筛,将颗粒脱水至含水率18~20%左右,再以输送机堆置。
第三阶段: 经砂泥分离机粹取后之浆液,再以高低落差方式送入超细颗粒回收机,将泥浆中之0.074mm~0.020mm颗粒粹取出,并以超高频震动脱水筛加以脱水至含水率为22~25%左右,以输送机堆置。
第四阶段: 经超细颗粒回收机粹取后之浆液,全数排入沉淀槽中沉降后, 再将最后一池上层浆池回收使用。
设备规格设计
单层式震动筛选机(粗筛)
. 型号: VS-1833
. 有效筛选面机: 3.3(l)x1.8(w)=5.94m2
. 使用电力: 5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW6P/
. 筛网采用4mm网孔,内衬5mm厚钢板支撑。
高速泥砂分离机(一次旋流分离)
. 型号: SFR-1000X160
. 渣浆泵: 10/8EM型(石家庄泵业集团)
. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm
. 旋流器型号: HC-900
. 震动脱水筛型号: VDS-1833
. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2
. 震动脱水筛最大脱水能力:160mt/h
. 使用电力: 主马达112.5KW6P/,振动马达5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW/6P
. 震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。
超细颗粒回收机
. 型号: SC-1000/22
. 渣浆泵: 10/8EM型
. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm
. 旋流器型号: B6-3035
. 震动脱水筛型号: HVDS-1833
. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2
. 震动脱水筛最大脱水能力:40mt/h
震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。
弹性回收系统:
本机设备有弹性回收系统,取决于用户对于回收粒径的需求,可弹性选择开启或关闭第二次旋流分离。
PLC操作系统:
本机采用PLC程控方式,控制机械的开启或关闭,当主槽内之水位探针感应到水位变化,亦既入水时,机械则会顺序启动.当探针感应到水位下降时,亦会自动控制机械自行运作一段时间,以便清除水槽中可能之沉泥后,自动顺序停止设备。
调制浆系统
调制浆系统在泥水平衡盾构施工中是一个重要的组成部分，盾构排泥水带有原状土的成分，经泥水处理设备的处理后，如未达到送泥水的指标或送泥水的量不够，须由调制浆系统补充调制浆，以达到送泥水的指标和所需用量。
设计依据
遵照广州（广佛线）4标地铁隧道盾构配套施工设备调制浆及其控制系统招标文件提供的盾构掘进参数要求及细则，以盾构通过地层的地质条件为依据，盾构日掘进最高环数12环，折算成2小时一环，其中掘进时间30分钟。
调制浆拌制系统
当盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液量经处理后，送泥水的量不足或泥水性质不能满足要求时，需要及时补充新鲜浆液，对送泥水的指标进行调整，保证盾构顺利掘进施工。
调制送泥水用的调制浆主要材料为膨润土、CMS等。
泥水的调制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成，CMS储备槽贮存化学浆糊、新浆贮备槽贮存拌制后的调制浆，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽与膨润土进行混合搅拌成调制浆液。见图2
调制浆液能力的确定
根据计算，盾构在主要地层（主要以砂性土为主）掘进过程中，每环需要调制浆的补充量为25～30 m3。采用2只20m3新浆槽拌制调制浆液，
调制浆设备的配置
2个20m³的新浆拌制槽，每个槽的新浆拌制时间约为25分钟左右，25分钟2个槽体共可拌制40m³的调制浆，每小时可拌制80m³调制浆，另配备3个150m³的新浆贮备槽，新浆拌制后可暂时贮存在贮备槽内，可存放450m3调制浆。这样设想的目的在于盾构处于检修时，在盾构停止掘进的时间内继续拌制新浆，减轻新浆拌制的压力。
辅助措施
当盾构处于某些地层如砾砂③3层等地层时，新浆的用量将大增，本调制浆系统增设了一个外加剂槽，目的在于特殊情况下，添加某些特殊材料，保证盾构在类似的地层掘进时能正常施工。由于这些地层错层距离较短的因素，也可采取临时推进一台盾构，而另一台盾构暂时停止推进，此时每环的调制浆供应量可提高一倍。
调制浆种类
由广州（广佛线）4标地铁隧道工程所处的地质条件，确定调制浆拌制采用的新浆分别为
单一粘土结构的新浆浆液
作用为增加了泥浆的动切力，提高泥浆悬浮携带“结核状钙质结构层”钻渣能力防止堵管。
砂土混合结构的新浆浆液
作用为提高泥浆的PH值，加速Q2粉土分散形成自然造浆，HL泥浆复合剂用提高泥膜质量稳定Q41砂层开挖面。
单一砂土结构的新浆浆液
作用为改善泥膜质量、提高堵漏止水效果。
调制浆系统构成
调整槽和剩余槽均有减速搅拌器、液位计、搅拌叶、差压式密度计、密度泵、循环泵以及相应的泵（调整泵、剩余泵）组成一套完整、独立体系结构，槽内的母液来自分离系统结构处理后的浆液，根据浆液的参数要求进行新浆补充由搅拌器搅拌，调整的浆液技术指标由环保型差压式密度计进行检测，如果采用γ密度计，在检测过程中会发出γ射线造成堆人体的伤害。为了防止槽内浆液的满溢造成施工场地环境污染以及因浆液虚空引起泵体空吸运转组成损坏，因此，安置高低液位计来控制浆液液位，为了能够充分搅拌浆液，辅以循环泵加以循环搅拌，并根据需要随时打开循环泵管路上的阀门，进行密度人工检测。
调整槽与剩余槽之间采用溢流管连通，以确保泥水系统由足够的送浆量，当两个槽体内的浆液指标不能满足技术要求时，利用调整泵和剩余泵互相进行补充再次进行调整。调整槽结构与剩余槽结构一致，容积为200m3/只。
泥水监控分系统
泥水处理监控系统在泥水平衡盾构施工时一个十分主要组成部分，它具有系统各运行数据的采集系統的通讯功能盾构施工管理信息系统的泥水处理系统软件界面的分成。泥水调制浆系统的监控系统都由PLC程序实现。通过泥水监控系统的运用，随时为盾构施工中央控制室提供可靠的信息和采集泥水调制浆系统的技术数据。同时通过控制系统中的显示屏和触摸屏及时了解和掌握相关的泥浆处理技术指标。
调制浆系统模式和流程
针对广州（广佛线）4标地铁隧道盾构穿越的地层大多处于粉细砂和中粗砂的特点，采用如下的调制浆系统模式。见图3
调制浆系统由CMS加料、CMS槽、搅拌子系统；膨闰土加料、皮带机、新浆搅拌槽子系统；加水和膨闰土预膨胀及搅拌子系统组成。
参考文献：
1、广佛线施工四标工程实时性施工组织设计，中铁三局集团有限公司
2、广佛线施工四标泥水系统专项方案，中铁三局集团有限公司
3、最新泥水盾构技术，项兆池、楼如岳、傅德明编著，上海隧道股份公司科技情报室
4、泥水分离系统使用说明，台湾伯元机械设备有限公司
5、泥水循环系统作业指导书，上海隧道股份有限公司
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：泥水盾构 循环系统设计应用
工程概述
广佛线施工4标地铁土建工程为珠江三角洲城际快速轨道交通线的组成部分，该项目共三个区间，全长2489延长米（双线），施工采用2台海瑞克泥水平衡式盾构机掘进。
根据现场施工工况特有条件及提供的施工现场地质资料: 粉细砂占整个地层约为40.6％，主要分布在③1层。中粗砂，主要分布在③2层。占整个地层约为22.5％，砾砂占整个地层约为13.0％，主要分布在③3层。粉土占整个地层约为6.5％，主要分布在④1层。强风化泥质粉砂岩约为7.0％，主要分布在⑦层。余下为少量的淤泥质土、粉质奶头、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩，分别占地层的4.3％、0.5％、4.3％和1.3％，分别分布在④2、⑤2、⑥和⑧层。盾构穿越地层主要粉细砂层、中粗砂层和砾砂层，并有少量的淤泥质土、粉质粘土、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩等。
Φ6250泥水平衡盾构掘进机主要技术参数
盾构机外径：Φ6.25m
掘进最大速度v: 5 cm/min
每天最高掘进环数：12环
进浆流量：800 m3/h
出浆流量：1000 m3/h
进浆比重：1.1～1.2
出漿比重：1.3 ～1.45
送排浆管通经：30cm
分离粒径：30μm
泥水分离系统的技术设计
经过多方比较与考察，项目部确定采用台湾伯元公司的泥水分离设备。
规划参考
根据现场的实际情况以及海瑞克盾构设备的技术参数，确定泥水分离系统的规划参数即机械设备的机型参考如下：
泥浆最大处理量为: 1000m3/h
泥浆分离前比重:平均1.3最大1.4
泥浆分离后比重:平均1.1最大1.2
出碴能力150 m3/h
流程规划
第一阶段: 先以层式震动筛选机，将浆液中大于4mm的颗粒筛选出,并以输送机堆置。
第二阶段: 经震动筛筛选后剩余的浆液以高低落差方式,自然送入砂泥分离机,将浆液中4mm~0.074mm颗粒粹取出,并以上倾式震动脱水筛,将颗粒脱水至含水率18~20%左右,再以输送机堆置。
第三阶段: 经砂泥分离机粹取后之浆液,再以高低落差方式送入超细颗粒回收机,将泥浆中之0.074mm~0.020mm颗粒粹取出,并以超高频震动脱水筛加以脱水至含水率为22~25%左右,以输送机堆置。
第四阶段: 经超细颗粒回收机粹取后之浆液,全数排入沉淀槽中沉降后, 再将最后一池上层浆池回收使用。
设备规格设计
单层式震动筛选机(粗筛)
. 型号: VS-1833
. 有效筛选面机: 3.3(l)x1.8(w)=5.94m2
. 使用电力: 5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW6P/
. 筛网采用4mm网孔,内衬5mm厚钢板支撑。
高速泥砂分离机(一次旋流分离)
. 型号: SFR-1000X160
. 渣浆泵: 10/8EM型(石家庄泵业集团)
. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm
. 旋流器型号: HC-900
. 震动脱水筛型号: VDS-1833
. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2
. 震动脱水筛最大脱水能力:160mt/h
. 使用电力: 主马达112.5KW6P/,振动马达5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW/6P
. 震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。
超细颗粒回收机
. 型号: SC-1000/22
. 渣浆泵: 10/8EM型
. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm
. 旋流器型号: B6-3035
. 震动脱水筛型号: HVDS-1833
. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2
. 震动脱水筛最大脱水能力:40mt/h
震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。
弹性回收系统:
本机设备有弹性回收系统,取决于用户对于回收粒径的需求,可弹性选择开启或关闭第二次旋流分离。
PLC操作系统:
本机采用PLC程控方式,控制机械的开启或关闭,当主槽内之水位探针感应到水位变化,亦既入水时,机械则会顺序启动.当探针感应到水位下降时,亦会自动控制机械自行运作一段时间,以便清除水槽中可能之沉泥后,自动顺序停止设备。
调制浆系统
调制浆系统在泥水平衡盾构施工中是一个重要的组成部分，盾构排泥水带有原状土的成分，经泥水处理设备的处理后，如未达到送泥水的指标或送泥水的量不够，须由调制浆系统补充调制浆，以达到送泥水的指标和所需用量。
设计依据
遵照广州（广佛线）4标地铁隧道盾构配套施工设备调制浆及其控制系统招标文件提供的盾构掘进参数要求及细则，以盾构通过地层的地质条件为依据，盾构日掘进最高环数12环，折算成2小时一环，其中掘进时间30分钟。
调制浆拌制系统
当盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液量经处理后，送泥水的量不足或泥水性质不能满足要求时，需要及时补充新鲜浆液，对送泥水的指标进行调整，保证盾构顺利掘进施工。
调制送泥水用的调制浆主要材料为膨润土、CMS等。
泥水的调制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成，CMS储备槽贮存化学浆糊、新浆贮备槽贮存拌制后的调制浆，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽与膨润土进行混合搅拌成调制浆液。见图2
调制浆液能力的确定
根据计算，盾构在主要地层（主要以砂性土为主）掘进过程中，每环需要调制浆的补充量为25～30 m3。采用2只20m3新浆槽拌制调制浆液，
调制浆设备的配置
2个20m³的新浆拌制槽，每个槽的新浆拌制时间约为25分钟左右，25分钟2个槽体共可拌制40m³的调制浆，每小时可拌制80m³调制浆，另配备3个150m³的新浆贮备槽，新浆拌制后可暂时贮存在贮备槽内，可存放450m3调制浆。这样设想的目的在于盾构处于检修时，在盾构停止掘进的时间内继续拌制新浆，减轻新浆拌制的压力。
辅助措施
当盾构处于某些地层如砾砂③3层等地层时，新浆的用量将大增，本调制浆系统增设了一个外加剂槽，目的在于特殊情况下，添加某些特殊材料，保证盾构在类似的地层掘进时能正常施工。由于这些地层错层距离较短的因素，也可采取临时推进一台盾构，而另一台盾构暂时停止推进，此时每环的调制浆供应量可提高一倍。
调制浆种类
由广州（广佛线）4标地铁隧道工程所处的地质条件，确定调制浆拌制采用的新浆分别为
单一粘土结构的新浆浆液
作用为增加了泥浆的动切力，提高泥浆悬浮携带“结核状钙质结构层”钻渣能力防止堵管。
砂土混合结构的新浆浆液
作用为提高泥浆的PH值，加速Q2粉土分散形成自然造浆，HL泥浆复合剂用提高泥膜质量稳定Q41砂层开挖面。
单一砂土结构的新浆浆液
作用为改善泥膜质量、提高堵漏止水效果。
调制浆系统构成
调整槽和剩余槽均有减速搅拌器、液位计、搅拌叶、差压式密度计、密度泵、循环泵以及相应的泵（调整泵、剩余泵）组成一套完整、独立体系结构，槽内的母液来自分离系统结构处理后的浆液，根据浆液的参数要求进行新浆补充由搅拌器搅拌，调整的浆液技术指标由环保型差压式密度计进行检测，如果采用γ密度计，在检测过程中会发出γ射线造成堆人体的伤害。为了防止槽内浆液的满溢造成施工场地环境污染以及因浆液虚空引起泵体空吸运转组成损坏，因此，安置高低液位计来控制浆液液位，为了能够充分搅拌浆液，辅以循环泵加以循环搅拌，并根据需要随时打开循环泵管路上的阀门，进行密度人工检测。
调整槽与剩余槽之间采用溢流管连通，以确保泥水系统由足够的送浆量，当两个槽体内的浆液指标不能满足技术要求时，利用调整泵和剩余泵互相进行补充再次进行调整。调整槽结构与剩余槽结构一致，容积为200m3/只。
泥水监控分系统
泥水处理监控系统在泥水平衡盾构施工时一个十分主要组成部分，它具有系统各运行数据的采集系統的通讯功能盾构施工管理信息系统的泥水处理系统软件界面的分成。泥水调制浆系统的监控系统都由PLC程序实现。通过泥水监控系统的运用，随时为盾构施工中央控制室提供可靠的信息和采集泥水调制浆系统的技术数据。同时通过控制系统中的显示屏和触摸屏及时了解和掌握相关的泥浆处理技术指标。
调制浆系统模式和流程
针对广州（广佛线）4标地铁隧道盾构穿越的地层大多处于粉细砂和中粗砂的特点，采用如下的调制浆系统模式。见图3
调制浆系统由CMS加料、CMS槽、搅拌子系统；膨闰土加料、皮带机、新浆搅拌槽子系统；加水和膨闰土预膨胀及搅拌子系统组成。
参考文献：
1、广佛线施工四标工程实时性施工组织设计，中铁三局集团有限公司
2、广佛线施工四标泥水系统专项方案，中铁三局集团有限公司
3、最新泥水盾构技术，项兆池、楼如岳、傅德明编著，上海隧道股份公司科技情报室
4、泥水分离系统使用说明，台湾伯元机械设备有限公司
5、泥水循环系统作业指导书，上海隧道股份有限公司
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。