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泥水盾构分流采石系统在苏埃通道工程应用研究

更新时间:2009-03-28

1 工程地质

汕头苏埃通道工程为汕头市重要的过海通道,该隧道采用15m超大直径泥水盾构施工,盾构由南岸围堰始发,穿越苏埃海湾,区间长3047m,最小转弯半径1500m,最大坡度30‰。

6 Effect of continuous quality improvement on renal function in patients with chronic kidney disease of stage 3-4

如图1所示,盾构区间覆土厚度范围为8~17.2m。盾构始发覆土厚度8m左右,盾构到达覆土厚度12m左右。本工程主要穿越淤泥、淤泥质土、淤泥混沙、砂层及中风化花岗岩。三段中风化花岗岩侵入洞身最大高度约6m,累计长度约182m,最大岩石强度约140MPa。盾构区间大部分地层为软弱混合地层,三段中风化花岗岩凸起段是典型上软下硬地层。这种地层采用泥水盾构施工,对环流系统的顺畅出渣具有很大的挑战。

  

图1 苏埃通道海湾隧道地质图

2 分流采石系统针对性研究

气垫式泥水平衡盾构出渣方式是泥浆泵通过管道泵送渣浆,泥水环流系统是泥水盾构的出渣系统。该系统合理性和顺畅性是影响施工进度和掘进效率的重要环节。

泥水环流系统和盾构区间的地质复杂程度息息相关。针对苏埃通道典型地质,本文对泥水盾构的环流系统进行优化升级,对泥水环流系统需要泵送的渣浆进行了分流和采石处理,根据苏埃通道不同区间段的地质采用不同的装置针对性处理。

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2.1 分流器针对性设计

分流器浆液流速

针对上述情况,为确保环流系统运行通畅,在泥浆泵的吸浆口处增设分流器。分流器支管可以对即将排出的泥浆进行分流,对即将排出的渣浆进行简单的过滤再次利用。该措施可有效降低排浆泵负载,增加冲刷泵吸浆量。

如图2所示,过流滤筒式分流器是针对苏埃通道典型地质的针对性设计。待排出泥浆中含有块状或者团状固体时,其本身具有一定的流塑性,能通过泥浆泵泵送。待排出泥浆在通过分流器时,部分块状或者团状固体通过过流滤筒过滤,经支管引至冲刷泵供冲刷泵再次利用。分流器过流滤筒圆孔的轴向方向和主排浆管浆液流动方向垂直,泥浆中的固体很难通过圆孔进入支管,降低了支管中泥浆颗粒物的含量。待排出泥浆中的固体沿着主排浆管道进入排浆泵,通过管道泵送至分离设备进行分离。

  

图2 分流器针对性设计

分流器结构设计需要与循环利用管路系统相匹配,既保证冲刷泵处于高效率区运行,又避免了循环利用管路被堵塞的风险,根据理论计算和施工经验,得到如表1所示系统匹配表格。

 

表1 循环利用系统参数匹配表

  

序号循环利用流量(m3/h)循环利用管路直径(mm)分流器筛孔直径(mm)末端喷口最小直径(mm)泥浆泵型号1 100~200 100 25 50 4/3AH 2 200~400 150 40 80 6/4AH 3 400~800 200 50 100 8/6AH 4 800~1000 250 60 120 10/8AH

根据类似工程施工经验,岩石破碎后,再加上格栅限径,输送的石块尺寸一般在200mm以内。格栅网格尺寸过小,较大岩石无法通过格栅,会导致泥水仓底部滞排;格栅网格过大,较大石块通过后会堵塞卡泵,造成环流系统堵塞。

 

表2 掘进参数设定表

  

推进速度v(cm/min)刀盘开挖直径D(m)原状土比重ρ0(t/m3)进浆比重ρ1(t/m3)排浆比重ρ2(t/m3)管道直径d(m)4 15.03 2.1 1.2 1.35 0.5

盾构掘进出渣量

 

式中,w/c是初始水灰比;α是反应程度;VHD和VLD分别是高密度和低密度C-S-H体积分数,由方程(17)知,两类C-S-H凝胶的体积分数与水灰比和水化程度密切相关。

 

盾构进浆流量

盾构排浆流量

 

盾构排浆流速

 

苏埃通道盾构区间大部分地层为极软混合地层。该类地层水溶性差,掌子面开挖的渣土,主要为块状或者团状,很难溶于泥浆,影响盾构掘进效率和环流系统运行的通畅。

 

式中 D分流器——分流器管道内径。

从上述计算可知,气垫仓浆液经主排浆管排出至分流器,浆液的流速由4.5m/s降为1.4m/s,流速降低,浆液中的团状黏土会因流速降低通过分流器过滤筒进入支线,影响取浆的质量。若配置分流泵,流量分别为200m3/h、400m3/h、800m3/h和1000m3/h,经公式(1)至(5)可以计算得出盾体主排浆管流量、盾体主排浆管流速、分流器仓内流速,如表3所示。

 

表3 分流流量对应流速响应表

  

0 200 400 800 1000盾体主排流量(m3/h)3200 3400 3600 4000 4200盾体主排流速(m/s)4.5 4.8 5.1 5.7 5.9分流器内流速(m/s)1.4 1.5 1.57 1.75 1.83

从表3、图3和图4看出,分流器分流端配置的分流泵流量越大,在不影响排浆的情况下,盾构主机主排浆量也越大,配置1000m3/h的分流泵,主机主排浆量达到4200m3/h,流速可达5.9m/s,大流量大流速,有效地防止淤泥、粉细砂地层滞排、防止淤泥团块沉积结泥饼;流速大,浆液携渣能力更强。分流器的针对性设计,提高了淤泥地层的掘进效率,降低了滞排、结泥饼的概率。

2.2 采石箱针对性设计

苏埃通道盾构区间在苏埃海湾主航道下方存在3段基岩凸起,侵入洞身最大高度约6m,累计长度约182m,为中风化和微风化花岗岩,岩石强度为80~140MPa。基岩经滚刀和颚式破碎机破碎后,被泥浆携带至排浆泵。

  

图3 分流流量与主排流速对应关系

  

图4 分流流量与分流器流速对应关系

在苏埃通道盾构区间段,在淤泥、淤泥质土、粉细砂、中粗砂地层掘进速度设定为40mm/min,掘进参数表如表2所示。

为了确保环流系统运行正常,应对基岩地层,可以实现大流量冲刷及高效排渣。针对基岩地层区间段设计具备采石功能的分流装置。适当增加格栅网格尺寸,让大块渣石输送至采石箱,提高出渣效率,降低颚式破碎机的负担,降低泥水仓底部滞排概率。采石箱具有一定存储空间,存储约2.5m3渣石。无法通过过滤网格的渣石,积聚到一定量后对采石箱中的渣石进行清理,确保泥水循环顺畅,循环往复。

针对苏埃通道地质及开挖直径,盾构选用的主排浆管直径为500mm。从图5可知采石箱也具有分流浆液口,配置的冲刷泵分流浆液,将主排泥浆回打至气垫仓或者泥水仓。采石箱是针对基岩凸起地质段设计的,在开挖掘进时速度较低,设定为10mm/min,设定掘进参数表如表5所示。

式中 D——采石箱仓内直径。

采石箱结构设计需要与主排浆系统相匹配,根据理论计算和施工经验,得到如表4所示系统匹配参数。

 

表4 采石箱参数匹配表

  

采石箱格栅尺寸(mm)1 800~1200 300 170×170 160×160 2 1200~1600 350 200×200 190×190 3 1600~2000 400 200×200 190×190 4 2000~2500 450 230×230 220×220 5 2500~3200 500 230×230 220×220序号流量(m3/h)主管路直径(mm)气垫仓格栅尺寸(mm)

由支管分流的泥浆,虽然经过采石箱筒体的过滤作用,但由于过滤网的网格尺寸较大,很难满足冲刷泵叶片的最小流道要求,冲刷泵依然存在堵塞的风险。为了降低此类风险的发生,在支管出浆口段设计小径格栅,将筒体格栅过滤的泥浆进行二次过滤,有效地防止冲刷泵堵塞。

经公式(1)至(4)计算得,环流系统运行参数表,如表6所示。

作为一名共产党员,西藏山南市浪卡子县食品药品监督管理局局长、县食安办副主任白玛群宗时刻以党员的标准严格要求自己,多次深入基层一线开展调研工作,为监管提供准确无误的数据支撑。2012年、2015年被评为“山南市驻村工作队先进个人”“县级食品药品工作先进个人”荣誉称号。

  

图5 采石箱针对性设计

 

表5 掘进参数设定表

  

推进速度v(cm/min)管道直径d(m)1 15.03 2.1 1.2 1.23 0.5刀盘开挖直径D(m)原状土比重ρ0(t/m3)进浆比重ρ1(t/m3)排浆比重ρ2(t/m3

采石箱浆液流速

 

在不同社会体系中会孕育出不同的文化,每个文化体系下所包含的神话故事都是极其丰富的。就古希腊神话来说,人们塑造出了完整且复杂的神,在《伊利亚特》《奥德赛》等多部史诗巨作中都有体现。而古罗马神话多是将希腊神话中的人名加以修改,如宙斯、赫拉分别在罗马神话中被称为朱庇特和朱诺。因此,罗马神话是承袭希腊神话而来,下面对这两种不同的神话分别加以介绍。

从表5、表6和公式(6)可知,气垫仓浆液经主排浆管排浆至采石箱,浆液的流速由4.5m/s降为0.58m/s。流速降低,浆液携带的石块速度也降低。浆液中较大石块,受浆液粘阻的影响较大,速度衰减较快;浆液中较小石块,受浆液粘阻的影响较小,速度衰减较慢;较小石块以较小速度穿过采石箱内部格栅,经主排浆泵排送至分离站。

 

表6 基岩地质段环流系统运行参数表

  

进浆流量Q(m3/h)排浆流速V排(m/s)3085 3190 106 4.5排浆流量Q(m3/h)出渣量Q(m3/h)

配置分流泵,流量分别为200m3/h、400m3/h、800m3/h和1000m3/h,经公式(1)至(5)可以计算得,盾体主排浆管流量、盾体主排浆管流速、分流器仓内流速,如表7所示。

大型机械压力机的齿轮一般都以滚齿作为齿面的最终加工,滚刀的选择及磨损后刃磨精度都影响齿轮加工精度和齿面粗糙度。根据被加工齿轮的精度来选择滚刀精度等级,一般选A或AA级。滚刀磨损后刃磨一定要注意前角后及后角的变化,磨损量不超过许用值,否则将产生齿形误差,齿形误差的存在将影响齿轮副瞬时传动比变形,影响运动平稳性,产生啮合噪声。

 

表7 采石箱分流流量对应流速响应表

  

0 200 400 800 1000盾体主排流量(m3/h)3190 3390 3590 3990 4190盾体主排流速(m/s)4.5 4.8 5.1 5.7 5.9采石箱内流速(m/s)0.58 0.61 0.65 0.72 0.76

由表5~7和图6可知,配置较大流量分流泵,由排浆管进入采石箱的初始速度较大,对于大小相同的石块而言,初始速度较大的石块,平抛的距离相对较远,当石块小于采石箱格栅时,很容易通过格栅经主排浆泵排至分离站。若初始速度较小,小石块平抛距离变短,不易通过格栅,导致小石块滞排采石箱内,短时间内将采石箱堆满形成滞排,影响施工进度。设计采石箱并配置大流量分流冲刷泵,是针对基岩地质的针对性设计,对施工稳定性及施工高效性具有重要意义。

对比引入产业创新速度2次项的面板数据回归结果和产业创新速度自身门槛效应的回归结果,总体上,产业创新速度与创新效益之间存在着倒U型曲线关系,中等产业创新速度弹性最大。产业创新速度门槛值为99.15%,位于产业创新速度极大值的右边。从图2看,位于门槛左边的弹性系数应该更大,但由于数据分布不均匀,低于该门槛的数据只有37个,而高于该门槛值的数据有108个,所以最终结果反而是门槛值右边的弹性系数更大。

  

图6 采石箱分流流量与分流器流速对应关系

3 对比展望

分流器和采石箱是针对苏埃通道工程复杂地质进行的针对性设计。针对不同的地质,对即将排出的泥浆进行过滤分流处理,增加了冲刷泵的泥浆供给量,提高了泥浆泵的排浆效率,加强了对泥浆的循环利用。

建立文化创意产业园区发展评价指标体系的目的是推动园区的发展,而有序竞争是发展的动力之一.可比性要求评价指标体系能有效衡量不同类型、不同地区文化创意产业园区的发展状况,能对各类园区的发展做出客观的评价,使园区能发现并认识到自身的不足,开展公平而有序的竞争,推进园区的共同发展.

分流器和采石箱具有很强的针对性,相互独立而又统一。由于空间的限制,为确保分流采石系统泥浆流动的畅通性,分流器和采石箱的截面、孔径、布置位置等都尤为关键,需要根据实际地质不断测试不断摸索,才可以找出一组最优参数,为特定地质条件下解决泥水环流系统的堵塞问题提供一条全新的、可行的思路。

 
汪朋
《建筑机械化》 2018年第04期
《建筑机械化》2018年第04期文献

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