1、n武漢長江隧道進排漿泵配置及進漿密度對最大掘進速度的影響分析。1.概述n 泥水盾構(gòu)泥水循環(huán)系統(tǒng)進排漿泵的配置，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、隧道覆土厚度、隧道直徑、施工長度、最大掘進速度及臨界流速來確定所需泵的最大及最小揚程和流量，根據(jù)流量和揚程要求以及施工經(jīng)驗確定泵的品牌和型號。對于具體工程項目，其工程地質(zhì)條件、隧道覆土厚度、隧道直徑、施工長度等基本是確定的，因此，影響泵配置的可變因素主要是最大掘進速度與臨界流速。最大掘進速度由盾構(gòu)機決定，武漢長江隧道設(shè)計最大掘進速度為4cm/min。n 目前臨界流速的計算公式較多,武漢長江隧道采用的是Durand(杜朗德)經(jīng)驗公式。由公式可知，對于特定地層，在進排泥

2、管直徑確定后，掘進速度與泥漿特性是影響臨界流速最重要的可變參數(shù)。n 泥水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計至少應(yīng)滿足臨界流速時所需要的最小揚程及流量，為了保證一定的掘進速度，泥水循環(huán)系統(tǒng)的揚程及流量一般大于臨界流速時需要的揚程及流量。 最大掘進速度所需要的揚程及流量是泥水循環(huán)系統(tǒng)的最大揚程及流量，如果泥水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計滿足整條隧道在最大掘進速度時需要的揚程及流量，這樣泥水循環(huán)系統(tǒng)配置太高，系統(tǒng)運行效率過低，所以泥水循環(huán)系統(tǒng)的揚程及流量一般小于最大掘進速度時需要的揚程及流量。 實際施工過程中，受泥水分離效果的影響，進漿密度變化較大，同時由于進排漿流量、揚程及排漿密度受泥水循環(huán)系統(tǒng)的限制，盾構(gòu)掘進速度受到限制。因此施工過

3、程中應(yīng)考慮由于進漿密度的變化，泥水循環(huán)系統(tǒng)對掘進速度的制約作用。2.進、排漿泵揚程與流量計算n 進漿密度根據(jù)穩(wěn)定開挖面所需要的泥漿特性確定。根據(jù)經(jīng)驗輸送泥漿密度超過1.40 g/cm3很困難，如果降低排漿密度必然增加進排漿流量，管阻增大，需要增加進排漿泵數(shù)量或功率。根據(jù)經(jīng)驗，合理的排漿密度在1.251.30g/cm3之間，同時排漿密度在1.251.30 g/cm3之間時，相應(yīng)的臨界流速較小，不易出現(xiàn)碴土沉積堵塞排漿管的現(xiàn)象。 2.1進漿泵揚程及流量計算 n （1）最大掘進速度時的最小流量：在進漿特性滿足開挖面穩(wěn)定需要、排漿特性滿足排泥泵最大排泥密度等限制條件下計算所需要的最小進漿流量。n （2

4、）臨界流速下的最小流量：針對特定地層，在進泥管直徑確定的情況，主要由進漿特性決定。n 根據(jù)上述條件，進漿泵臨界流速時的流量與揚程及最大掘進速度時的流量與揚程見圖1。（a）不同掘進長度需要的進漿流量 （b）不同掘進長度需要的進漿揚程圖1 臨界流速與最大掘進速度需要的進漿流量與揚程n 根據(jù)經(jīng)驗采用性能優(yōu)良的澳大利亞沃曼公司生產(chǎn)的變頻離心泵，型號：Warmen（12/10），其性能特性曲線見圖2。但由于特性曲線表是清水時作出的，應(yīng)考慮因泥水濃度產(chǎn)生的揚程減少率（計算時減少率取0.90）。圖2 WARMAN（12/10）泵特性曲線（H揚程，Q流量）n 由圖1及圖2可知，采用一臺Warmen泵就可以滿足

5、臨界流速時的進漿的流量及揚程要求，并同時滿足0950m和23002550m最大掘進速度4cm/min時需要的進漿流量及揚程。只在9502300m掘進時，不能滿足最大掘進速所需要的揚程及流量，但通過計算仍然滿足掘進速度3cm/min時所需要的流量及揚程。根據(jù)施工經(jīng)驗，實際掘進速度大于3cm/min較少，因此選擇一臺Warmen（12/10）進漿泵可以滿足施工要求。2.2 排泥泵揚程及流量計算n （1）最大掘進速度時的最小流量：根據(jù)進漿流量、最大掘進速度等計算。n （2）臨界流速下的最小流量：針對特定地層，在排漿管直徑確定的條件，主要由排漿特性確定。n 根據(jù)計算，排漿臨界流速時的流量與揚程及最大掘

6、進速度時的流量與揚程見圖3。（a）不同掘進長度需要的排漿流量 （b）不同掘進長度需要的排漿揚程圖3 臨界流速與最大掘進速度需要的排漿流量與揚程 由圖2及圖3分析，采用一臺Warmen（12/10）泵不能滿足整條隧道在臨界流速時的排漿流量及揚程需要。最大掘進速度時需要的最大揚程為147m，對應(yīng)的流量為1370m3/h。根據(jù)Warmen（12/10）泵特性曲線，并考慮排漿密度引起的折減（0.9），以及泵串聯(lián)引起的折減（0.95），采用兩臺Warmen（12/10）泵串聯(lián)，在流量1370m3/h時的揚程134m基本滿足最大掘進速度的要求，因此排漿泵采用兩臺。在隧道掘進到450m左右時，采用最大速度掘

7、進需要的流量為1370 m3/h，揚程64m， P2.1泵1370 m3/h時的揚程為76m，考慮排漿密度引起的揚程折減（0.9），實際能提供的揚程是68m，因此需要在掘進到450m左右時安裝P2.2泵。3進漿密度對掘進速度、流量與揚程的影響n 實際施工過程中，受泥水分離效果的影響，進漿密度變化較大；同時進排漿流量、揚程及排漿密度受泥水循環(huán)系統(tǒng)的限制，盾構(gòu)掘進速度也受到限制。3.1 進漿密度對進漿系統(tǒng)的影響n 對于排漿系統(tǒng)，比較理想的排漿密度在1.251.30 g/ cm3之間。在排漿密度為1.3g/ cm3時，隨進漿密度變化，不同掘進速度所需進漿的揚程及流量見圖4 (圖中每個標記點間隔0.1

8、cm/min，同時不考慮泥漿密度變化對臨界流速及泵的特性曲線的影響）。n （a）進漿密度1.1g/cm3 （b）進漿密度1.15g/cm3（c)進漿密度1.2g/cm3圖4 不同掘進速度需要的進漿流量與揚程n 由圖4可知，當進漿密度為1.1 g/ cm3時，進漿泵滿足最大掘進速度4cm/min的要求，進漿密度1.15 g/ cm3時，由于進漿泵流量與揚程的限制，里程K4+115之后，最大掘進速度只能達到3.7cm/min；當進漿密度達到1.2 g/ cm3時，K5+054K4+821最大掘進速度為3.4 cm/min，K4+821K4+555最大掘進速度為3.0 cm/min，K4+555之后

9、最大掘進速度小于2.6 cm/min。3.2 進漿密度對排漿系統(tǒng)的影響 n 在排漿密度為1.3g/m3時，隨進漿密度變化，不同掘進速度與所需排漿的揚程與流量見圖5(圖中每個標記點間0.1cm/min，同時不考慮泥漿密度變化對臨界流速、泵的特性曲線的影響及泵串聯(lián)引起的揚程折減）。（a）進漿密度1.1g/cm3 （b）進漿密度1.15g/cm3（c)進漿密度1.2g/cm3圖5 不同掘進速度需要的排漿流量與揚程 由圖5可知，當進漿密度為1.1 1.15 g/m3時，排漿系統(tǒng)滿足最大掘進速度4cm/min的要求；當進漿密度達到1.2 g/m3時，K5+270K5+054，最大掘進速3.6cm/min ，K5+054K4+821，最大掘進速度3.0 cm/min，K4+821K4+555最大掘進速度3.9 cm/min，K4+555之后最大掘進速度3.0 cm/min左右。4結(jié)論n（1）泥水循環(huán)系統(tǒng)泵的配置應(yīng)滿足臨界流速所需要的最小流量及揚程。在泥水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計時，根據(jù)不同地層穩(wěn)定開挖面需要來確定進漿特性；根據(jù)經(jīng)驗確定一般合理最大排漿密度（1.3 g/cm3），采用合適的經(jīng)驗公式計算進排泥漿的臨界流速。