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摘要：为研究不同地层掘进时盾构泥水处理调浆制浆消耗量规律，解决盾构施工计量计价问题，本文根据盾构泥水处理工作机理和特性，结合佛莞城际狮子洋隧道、汕头苏埃通道等盾构施工现场实测数据，分析软土、砂土、砂砾/卵砾石等不同地层条件下的调制浆工程数量的变化规律，结合应用案例研究推导了不同地层条件下泥水系统制浆工程量置换比率，为工程计价过程中相关工程数量计量规则的确定提供了新的分析方法和数据基础。

关键词：盾构 调浆制浆 工程数量 计量

引言

隧道泥水平衡盾构掘进施工中，须根据地层条件的变化和泥水分离效果，对循环泥浆进行动态调整，使其相对密度、黏度和含砂率保持在最佳状态。调整方法主要采用向泥水中添加分散剂、增黏剂、等添加剂进行调整，必要时须舍弃劣质泥浆，制作新浆。而明确泥水处理系统中新浆制备的数量与不同地层掘进工程量的对应关系成为难题，特别是在项目前期的工程概算阶段。

张华[1]选择合适的设备配置、运行参数及外加剂参量，有效控制泥浆指标，实现泥浆循环利用，余承晔[2]等通过组合工艺对盾构泥浆废水进行了无害化处理界定了排放参数，但均未能对盾构泥水处理系统进行掘进泥水添加或转换量的定量分析。铁路总公司发布的补充定额中制浆调浆量的工程数量仅按刀盘泥水仓、管路与存储体积之和计量，不符合实际施工动态监控特点，消耗量与现场有较大偏差。本文对泥水平衡盾构掘进施工泥浆制备计量进行了研究，为工程计价过程中确定相关工程数量计量规则提供了新的分析方法和数据基础。

1 盾构调浆制浆系统

1.1 盾构泥水处理系统

泥水处理是由泥水分离系统、泥浆调制系统、压滤系统及泥水输送系统四部分构成。其工序循环是一个配合掘进的动态连续过程，工作流程见图2-1。

1.2 盾构泥浆调制

泥浆制备工序是在地面泥水场将水、膨润土、粘性土等材料以一定比例混合，并添加分散胶溶剂、有机母水胶剂、加重剂及其它调泥剂，根据需要调节比例、粘度、塑变值、胶凝强度、泥壁形成性、润滑性，使其成为一种可塑流体，即完成泥水的制造过程。泥浆调整工序是检测泥水比重、粘度、析水率等指标，并依据开挖面稳定情况、流体输送状态及地面沉降量来综合判断配比是否合理，拿过添置新浆或加水进行调整，使泥水指标稳定在某一合理区域内。

根据不同的土体，泥水管理的要求和方法也不同。根据需要调节比重、粘度等参数，使其成为一种可塑流体，泥水平衡盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定，在防止塌方的同时，将切削下来的泥膜形成泥水并被输送到地面。以广深港客运专线狮子洋隧道、武汉过江隧道、长沙南湖路过江隧道、佛莞城际狮子洋隧道取得的经验，相关泥水控制指标主要有泥水比重、粘度、屈服值（YV）、含砂率、析水量、API失水量和PH值等。

1.3 盾构掘进泥水配比

泥水平衡盾构掘进泥水配比（重量比）为指导性配比，如表1-1、1-2。盾构每一环推进前，现场泥水土工试验室需测试工作泥浆的指标，及时调整并做好记录，持续5环后，得出泥水指标的变化趋势，在指导配比的基础上再逐步进行调整。

2 泥水处理系统存浆量评估

2.1 泥浆管直径选择

在保证循环输送量的前提下，要确保低于泥水处理工作的临界沉淀流速，同时通过选择管径来保证泥水系统整体流速不高于设计值。临界沉淀流速如公式（2-1）所示。

式中：

为临界沉淀流速，m/s;

D为管路直径，m;

为地层固体比重，t/m3;

g为重力加速度m/s2;

为常数，进浆0.7，排浆1.35;为泥浆比重。

以某项目盾构（刀具外径φ13.61m）为例，进浆比重取值1.15 t /m3，排浆比重取值1.3t /m3，地层固体比重1.8 t/m3，设计流速0.54m/s.验证管道直径选择的正确性，需保证临界流速小于盾构的设计流速Q;

将已知参量带入式（2-2）可得出排浆管D<510mm，考虑通用性都选用500mm的管路内径。

2.2 一次存浆量计算

（1）管路内存浆量

式中：为管道内存浆量体积，单位m³;为管路长度，单位m;k为泥浆泵和弯直变径调差系数，取1.15。以隧道掘进1km为例，带入（2-3）得：

管内存浆量451.4m³。

（2）盾构泥水仓存浆量

式中：为刀盘开口率，为除刀盘外面积， 1为空腔长度，L2为刀盘前仓空隙。

得出体积为： =122.85m3。考虑掘进面（砂、石、土）2.5的扩散系数，得=307.12m3。

（3）渣水分离场及管路内存量

泥水厂有各类罐体9个，其中制浆罐1个、沉淀罐3个、浓缩罐4个、离心罐1个。沉淀罐尺寸直径10.7*4.2m，约370m3，共1110 m3;浓缩罐体尺寸直径4*4.2m，约52 m3，共208 m3;制浆罐与离心罐罐体尺寸6.11*4.2m，约120m3，共240 m3。进出管路200m存量90.3m3，小计1648.3m3。

综上所述，不同掘进距离一次储浆量如下表。

3 调浆制浆比例测算

3.1 出浆比重统计

根据数据统计，在掘进过程中，泥浆在淤泥地层、粉质粘土地层以及泥岩地层中比重上升较快，显示在这几种地层更容易产生废浆，掘进地层特性对泥浆比重上升影响较大。

3.2换浆调制实耗值统计

（1）浆液加水稀释情况及弃浆情况统计表

在实际掘进过程中，加水可有效降低泥浆比重。根据统计，泥浆比重在1.18～1.32之间泥浆比重每下降0.1需加水0.076方水进行稀释。但因现场场地、掘进需求等原因，还是会产生大量弃浆。

（2）换浆比例推导

根据样本隧道不同地层掘进每延米循环系统中添加调制浆液数量统计，综合添加量与循环内总量的比例关系，可得换浆调制经验比例如表3-3。

3.3 建议值

根据样本隧道不同地层掘进每延米循环系统中添加调制浆液数量统计，综合添加量与循环内总量的比例关系，可得换浆调制经验比例如表3-4。循环内总量可按表2-1中合计值。

4 结论与讨论

研究数据表明，不同地层掘进新浆制备量差异明显，硬岩、砂砾石地层较高，而软土层（淤泥、黏土）较低，在设计前期工程数量计算中应给出对应的换浆率调整系数。通过测定分析推导的不同地层循环换浆率，可以满足前期设计阶段工程计价的精度要求。特殊地质应通过现场测定的盾构泥水处理换浆工程量，结合合同约定进行计量调整补差。

参考文献

[1]张华.大直径盾构泥水分离处理技术研究与应用[J].隧道建设，2020，40（增2）：264.

[2]余承晔，余洪强，邱紫迪，彭诗阳.盾构泥浆现场处理技术效果分析[J].广东化工，2020，16（47）：71.

[3]张国云，潘 真，李家洋，黄文杰.近海河道盾构施工泥水处理技术的研究与应用[J]施工技术，2020，10（536）：62.

[4]盾构法隧道施工与验收规范：GB 50446-2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]顾国明，陈卫平，周铭谦，杨乃刚.越江隧道泥水平衡盾构泥水输送和处理系统[J].盾构工程，2010，（10）：72-74