降重_泥水盾構(gòu)泥漿管路磨損與減震處理技術(shù)

1、泥水盾構(gòu)泥漿管路磨損與減震處理技術(shù)（到底是減震還是減振，文中出現(xiàn)了振動(dòng)，兩個(gè)是否為專業(yè)術(shù)語(yǔ)，建議稍加區(qū)分）董伯讓（中鐵十四局隧道工程有限公司）摘要：大粒徑卵礫石地層對(duì)會(huì)導(dǎo)致泥漿管路磨損異常嚴(yán)重，所以本文對(duì)排漿管路彎管部分進(jìn)行了防磨損處理，采用普通耐磨鋼管內(nèi)襯,用并通過(guò)高鉻鉬抗磨合金鋼澆筑形式，使之具有較高的高合金鋼的高抗磨性、較高的機(jī)械強(qiáng)度和較高的抗沖擊性能；同時(shí)對(duì)震動(dòng)較大的部位采取減震喉處理措施，施工結(jié)果表明該防磨損與減震技術(shù)后效果十分明顯，能夠有效保障為了下穿黃河段的連續(xù)施工提供了有效保障，給對(duì)類似工程施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；泥漿管路；磨損；減震0 引言泥漿循環(huán)系統(tǒng)1-4主要

2、由進(jìn)、排漿泵、進(jìn)、排漿管路、控制閥門、采石箱和管路延伸機(jī)構(gòu)等組成，是泥水盾構(gòu)的核心系統(tǒng)，起著在開挖面維穩(wěn)、渣土運(yùn)輸和隧道排污等方面具有重要作用。泥水盾構(gòu)在卵礫石地層中掘進(jìn)時(shí)，大量掘進(jìn)產(chǎn)生的石塊需通過(guò)泥漿循環(huán)管路運(yùn)送至隧道外部。在此過(guò)程中，石塊與泥漿管路內(nèi)壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成管路內(nèi)壁的嚴(yán)重磨損5-6，在彎管與接頭處，由于石塊運(yùn)動(dòng)方向的改變，還將對(duì)管路造成劇烈沖擊，引發(fā)強(qiáng)烈振動(dòng)7-8。本文以蘭州市城市軌道交通1號(hào)線某標(biāo)段泥水盾構(gòu)施工為背景對(duì)象，對(duì)泥水盾構(gòu)泥漿管路的磨損與減震處理9進(jìn)行分析探討，并提出了相應(yīng)的解決措施。1 工程概況1.1工程簡(jiǎn)介蘭州市城市軌道交通1號(hào)線某標(biāo)段區(qū)間左線長(zhǎng)984.791

3、m，右線長(zhǎng)982.250m。區(qū)間采用1臺(tái)開挖直徑6.48m的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)后自西向東下穿黃河，下穿黃河段長(zhǎng)度約為317m。區(qū)間隧道最大縱坡坡度為27。線路埋深為12.835m，最小平面曲線半徑為500m。1.2 工程地質(zhì)水文條件區(qū)間自始發(fā)到接收穿越為全斷面3-11卵石層，卵石層呈灰黃色、青灰色，飽和，局部夾有薄層或透鏡狀砂層，廣泛分布于河漫灘及二級(jí)階地下部。據(jù)顆分資料及現(xiàn)場(chǎng)勘探，該層粒徑大于200mm的漂石、卵石平均含量占64.53，一般粒徑20mm60mm（如圖1所示）；漂石含量較少，最大粒徑為500mm；粒徑2mm20mm的圓礫平均含量占14.82。卵石、圓礫母巖成份主要為

4、砂巖、花崗巖、石英巖、硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)泥巖和燧石等。級(jí)配不良、磨圓度較好、分選性較差。泥質(zhì)弱膠結(jié)，局部呈鈣質(zhì)弱膠結(jié)，膠結(jié)特點(diǎn)為：該層頂板附近300mm600mm 厚的鈣質(zhì)膠結(jié)層，卵石呈半成巖特征，據(jù)鉆孔巖心局部可形成柱狀巖心，其下膠結(jié)較弱。該層分布穩(wěn)定，層頂埋深10.0m17.60m，厚度大，勘探最大深度60m， 未揭穿該層。據(jù)區(qū)域資料得知該層厚度可達(dá)200m300m。圖1 地層卵石大小2 泥漿管路磨損與振動(dòng)分析該標(biāo)段所采用的泥水盾構(gòu)泥漿循環(huán)管路的直徑為300mm，進(jìn)漿流量為900m3/h，出漿流量為950m3/h，所采用泥漿的比重為1.16g/cm3，蘇式漏斗粘度為2035s。盾構(gòu)機(jī)氣墊室底部安

5、裝有一臺(tái)碎石機(jī)，用于大粒徑卵石的破碎。2.1泥漿管路磨損與振動(dòng)情況盾構(gòu)機(jī)始發(fā)（業(yè)內(nèi)術(shù)語(yǔ)？能否改成啟動(dòng)？）之后，自西向東掘進(jìn)。該段地層中卵礫石含量占80%，在泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)的整個(gè)管路中，對(duì)以排漿管路的磨損很最為嚴(yán)重，其磨損主要表現(xiàn)為接觸疲勞磨損及沖擊磨損。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)至246m時(shí)，六號(hào)臺(tái)車換管器直角彎管被磨穿，掘進(jìn)至321m時(shí)，六號(hào)臺(tái)車上部S管被磨穿，其管路磨損情況程度（如圖2所示）。由于破石機(jī)破碎周期長(zhǎng)，無(wú)法對(duì)大量卵石進(jìn)行充分破碎，仍有超大粒徑進(jìn)入泥漿循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)管路與排漿泵造成劇烈沖擊，從而引起強(qiáng)烈振動(dòng)。因此在從始發(fā)到300環(huán)掘進(jìn)的過(guò)程中， 已損壞2個(gè)排漿泵泵殼遭到損壞。圖2 六號(hào)臺(tái)車

6、直角彎管磨穿采用TT3000型超聲波測(cè)厚儀（測(cè)量范圍0.7530mm，分辨率0.01mm）對(duì)泥漿循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位的管壁進(jìn)行了管壁測(cè)量。測(cè)量時(shí)對(duì)每個(gè)位置進(jìn)行4次測(cè)量，記錄其取測(cè)量最小值作為該處的管壁厚度?？梢缘玫礁鞑课还鼙诤穸扰c時(shí)間的關(guān)系（如圖3所示）。從圖中可以看出由圖可知，泥漿循環(huán)系統(tǒng)各關(guān)鍵部位的管壁磨損量與時(shí)間基本成正比關(guān)系。同時(shí)，從圖中還可以明顯看出，管壁磨損速度與管道形狀有關(guān)，六號(hào)臺(tái)車直角彎管與排漿泵出口彎管的磨損速度較大，每周平均磨損量分別為1.4mm和1.1mm，采石箱進(jìn)口直管與六號(hào)臺(tái)車S彎管磨損速度較小，每周平均磨損量分別為0.8mm和0.9mm。 圖3泥漿循環(huán)管路壁厚與時(shí)間的

7、關(guān)系2.2 泥漿管路磨損與振動(dòng)原因分析盾構(gòu)機(jī)在卵礫石地層掘進(jìn)過(guò)程中，盤形滾刀對(duì)掌子面上的大粒徑卵礫石進(jìn)行初次破碎，然后通過(guò)刮刀將其刮入開挖倉(cāng)內(nèi)。卵礫石在泥漿流動(dòng)與重力作用下，卵礫石聚集在于氣墊倉(cāng)底部聚集，在接受經(jīng)歷過(guò)破石機(jī)的二次破碎后，最終進(jìn)人泥漿循環(huán)系統(tǒng)中。管道磨損實(shí)質(zhì)上是管道與固體顆粒碰撞產(chǎn)生的沖擊力和摩擦阻力共同作用的結(jié)果。在泥漿管路渣土運(yùn)輸過(guò)程中，掘進(jìn)產(chǎn)生的石塊以一定的角度和速度與管道內(nèi)壁進(jìn)行接觸，一方面對(duì)管壁產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致管壁材料發(fā)生變形、破裂和剝落，并引起強(qiáng)烈振動(dòng)；另一方面石塊與管壁產(chǎn)生摩擦，造成管壁表面的刮痕沖刷。特別是在碎石機(jī)破石后，有些砂卵石被碎石后多個(gè)斷面呈尖銳角，在運(yùn)行過(guò)

8、程中特別對(duì)排漿管路形成切削運(yùn)動(dòng)，并且因卵石顆粒大，含量比例大，在漿液運(yùn)行過(guò)程不能形成懸浮狀態(tài)，運(yùn)輸過(guò)程中加大對(duì)管壁的撞擊力度，所以對(duì)整個(gè)排漿管路的彎頭等部位的耐磨耐沖擊性能要求很高。3 管路磨損與減震改進(jìn)措施3.1磨損改進(jìn)措施1）對(duì)所有排漿管路采用偏心加厚設(shè)計(jì)，從物理機(jī)能上加強(qiáng)耐磨性。石塊在泥漿管路運(yùn)輸過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)軌跡較為固定。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定將會(huì)出現(xiàn)劇烈磨損的管壁位置，對(duì)其進(jìn)行偏心加厚，如直管的底部、彎管的外側(cè)（沖刷面）等。2）所有的結(jié)合面采用整體鑄造方式，有效的地避免了焊縫長(zhǎng)期受到撞擊加速磨損。3）在排漿管路所有的沖刷面，加裝防磨環(huán)，這樣一方面對(duì)物料的沖刷起到防磨作用，另一方面改變的物

9、料的流向，減小物料與管壁之間的沖擊角，降低對(duì)沖刷點(diǎn)的長(zhǎng)期不間斷的撞擊沖刷磨損。4）管路內(nèi)壁內(nèi)襯抗磨合金鋼。耐磨管路的外壁采用Q235普通耐磨鋼管，內(nèi)襯采用高鉻鉬抗磨合金鋼（KMTBCr20Mo2Cu1），熱處理硬度HRC58，既保證泥漿管道的焊接性能，又使得泥漿管道具有高合金鋼的高抗磨性、高機(jī)械強(qiáng)度和高抗沖擊性能（摘要里面放這句就沒(méi)有問(wèn)題了），大大增加延長(zhǎng)了泥漿管道的使用壽命（是普通耐磨材料A3、16Mn使用壽命的512倍）。Q345耐磨管材與雙金屬耐磨管材材料和金屬性能對(duì)比如表1所示。材料代號(hào)抗拉強(qiáng)度 （Mpa）沖擊韌性(J/cm2)內(nèi)壁硬度(HRC)雙金屬耐磨管道KMTBCr20Mo2Cu

10、1800860585560Q345/16Mn470660-1214表1 彎頭材料的機(jī)械性能對(duì)比3.2 減震改進(jìn)措施減震喉（術(shù)語(yǔ)？）是用于金屬管道之間起撓性連接作用的中空橡膠制品，可有效降低振動(dòng)及噪音，目前已廣泛應(yīng)用于各種管道系統(tǒng)。根據(jù)泥漿管路結(jié)構(gòu)分析，對(duì)在可能出現(xiàn)較大振動(dòng)的排漿泵出口排漿管和排漿三叉管處增加設(shè)置了減震喉，以減小震動(dòng)傷害，如圖4所示。掘進(jìn)施工400m過(guò)程中排漿泵出口及連接橋三叉管震動(dòng)較小，未出現(xiàn)部件損壞，效果明顯。圖4 P2.1泵出口及三叉管減震改造4 結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大部分泥水盾構(gòu)機(jī)泥漿管路都采用Q345耐磨管材內(nèi)層沖刷面加耐磨絲堆焊方式，通過(guò)對(duì)排漿管路彎管設(shè)計(jì)改造成雙金屬耐磨

11、管，大大提升了管路的使用壽命。對(duì)在震動(dòng)較大的排漿泵出口以及排漿三岔管處設(shè)置增加減震喉，施工結(jié)果表明，減震效果明顯，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)成本，對(duì)本標(biāo)段下穿黃河提供了有效保障，提高了運(yùn)行穩(wěn)定及整體綜合效益。參考文獻(xiàn)1汪海,鐘小春.泥水盾構(gòu)泥水分離系統(tǒng)除渣效率對(duì)泥漿的影響J.隧道建設(shè),2013,11:928-932.2王承震.揚(yáng)州瘦西湖盾構(gòu)隧道工程施工關(guān)鍵技術(shù)J.隧道建設(shè),2015,08:828-833.3李鳳遠(yuǎn),陳饋,陳啟偉.盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)地質(zhì)適應(yīng)性改造J.建筑機(jī)械化,2011,09:63-64.4江旭,鐘志全.泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)容J.建筑機(jī)械化,2012,03:95-97.5張繼軍,桂曉莉.漿體管道磨損機(jī)理研究J.甘肅科技,2011,01:60-62+86.6張義,周文,孫志強(qiáng),周孑民.管道內(nèi)氣固兩相