盾构隧道施工泥浆处理过程数据计算方法探讨

第２６卷第４期　蠢《　２６（４）：１—２．３６　２ＯＯ６年８月　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｍ￣ｔｉｏｎ　Ａｕｇ．，２００６　盾构隧道施工泥浆处理过程数据计算方法探讨　卢智强　，曾垂刚２　（Ｉ．中铁隧道集团有限公司，河南洛阳４７１００９；２．武汉长江隧道股份公司项目部，武汉４３０ｏ６２）　摘要：泥水处理是泥水盾构施工中非常关键的工序。如何在施工前期，甚至在投标阶段，利用地质参数确定泥浆处理系统过程数　据，进而测算施工中所发生的费用十分关键。结合武汉长江隧道的泥水处理设备和地质情况．对盾构隧道泥水处理过程数据的计　算方法进行探讨。　关键词：盾构隧道；泥浆处理；计算方法　中圈分类号：Ｕ４５５．４３　文献标识码：Ａ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｓｌｕｒｒｙ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｄａｔａ　ｉｎ　Ｓｈｉｅｌｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＬＵ　Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ　，Ｚｅｎｇ　Ｃｈｕｉ－ｇａｎｇ２　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１００９，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉａｎ；２．Ｗｕｈａｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ尺　ｒ　Ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｕＴｎｎｅｌ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｈｉａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｊｏｉｔｎ　Ｓｔｏｃｋ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３ｏｏ６２，Ｃｈｉａｎ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｌｕｒｒｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍｅａｌｌｓ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ　ｓｈｉｅｌｄ　ｍｓ・　ｃｈｉｎｅ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｖｅｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｉｄｄｉｎｇ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｒｏｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｈｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ｔｈｒｏｕｇｈ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｎ・　ｃｕｒｒｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ．Ｏｎ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄａｔａ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈ・　ｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄ　ｍｒｍｅｌ；ｓｌｕｒｒｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　泥水处理是泥水盾构施工中非常关键的工序。不　度０．５ｍ，管片环宽２．０ｍ。　仅是由于泥水系统的运行效果直接控制着盾构的掘进　盾构隧道穿越地层的颗粒级配见表１。　速度，而且施工中的泥浆处理工作量巨大，膨润土、水　２　过程数据的分析和计算方法　消耗量和处理设备耗电量，以及碴土、废弃泥浆的运　泥浆处理系统的过程数据需要根据盾构隧道　输、租用场地等都会产生大量的费用。因此如何在施　直径、掘进循环长度、掘进循环时间、地层情况，并　工前期，甚至在投标阶段，利用地质参数确定泥浆处理　结合盾构设备性能参数，进行分析、计算。详细步　系统的过程数据，进而测算施工中所发生的费用十分　骤如下。　关键。本文结合武汉长江隧道的地质情况，对泥浆处　２．１　每循环开挖碴土量　理的过程数据进行测算，从而说明泥浆处理过程数据　Ｖ＝３．１４×Ｄ　×Ｌ／４＝２０３．４　ｍ。　的计算方法。　其中：　为每环出碴量，ｍ。；Ｄ为盾构切削直径，为　１　工程背景　１１．３８ｍ；Ｌ为管片宽度，为２ｍ。　武汉长江隧道是武汉市重要的过江通道，位于武　２．２　每循环开挖需要的泥浆量　汉长江一、二桥之间。工程的主要结构物——穿越长　ｖｊ＝Ｖ×（１＋，ｎ）＝１　５０５．２　ｍ３　江的盾构隧道，设置为双洞四车道，东西线隧道长度分　ｍ＝（ｙｌ—ｙ２）／（ｙ２一ｙ３）＝６．４　别为２　５５０ｍ和２　５４９　ｍ。隧道采用泥水平衡盾构施　其中：　为每循环开挖需要的泥浆量，ｍ。；ｍ为携带单　工，开挖直径１１．３８　ｍ，管片衬砌内径１０．０　ｍ，管片厚　位体积的碴土需要的泥浆倍数；　为原状土比重，取　收稿日期：２ｏｏ６—０１—１３　作者简介：卢智强（１９６８一），高级工程师，１９９０年毕业于石家庄铁道学院隧道与地下工程专业。曾任秦岭隧道、广州地铁二号线越一三区间盾构隧　道、武汉长江隧道等项目总工，现任中隧一处置《处长兼总工。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２　ｌＩｔ建证　２０Ｏ６年８月第２６卷　注：武汉长江隧道除穿越上述地层外。还穿越代号分别为⑦１、⑦２、⑦３的泥质粉砂岩夹砂岩贞岩地层夏　ｌ１两可壅　稚ｌ＝日　均值１．９４ｔ／，ｍ３；ｙ：为排出浆比重，由沿线的排浆泵的　３．１计算条件　压力决定，本工程为１．３　ｔｉｍ　；ｙ，为进浆比重，由处理　长江隧道选用的泥水处理设备的分离粒径为　系统能力确定，一般为１．２ｔｉｍ　。　４５ｐａｎ，粒级０．０７４　ｎｌｌ＇ｎ以上颗粒的净化除砂效率在　２．３　每循环的泥浆分离出的碴土量　９５％以上。计算时，按照粒径０。０７４　ｒｎｉｎ以上的颗粒　＝Ｖ×　９５％分离，而粒径０．０７４～０．０５　ｎｌｌ＇ｎ间颗粒分离２０％　其中：　为每循环的泥浆经处理后分离出的碴土量，　的效率考虑。　ｍ　；　为设备分离效率，根据泥水处理设备的分离粒　３．２　不同地层分离效率和全隧道综合分离效率确定　径以及土层的颗粒分布情况确定。　不同地层颗粒的分离效率及分离比例见表２及图１。　２．４　每循环的泥浆分离后。由沉碴产生的弃浆量　为方便对整个隧道的分离效率进行评估，根据不　＝Ｖ×（１一　）×，ｌ　同地段的分离效率和其在全隧道的长度权重，可测算　，ｌ＝（ｙｌ—ｙ４）／（ｙ５一ｙ４）＝３．１８５　出全隧道的分离效率。经测算，针对目前设备整个隧　其中：　为每循环泥浆分离后产生的弃浆量，ｍ　；ｎ　道的综合分离效率　为６０．７％。　为分离残留在泥浆中单位体积的碴土产生的弃浆　表２　武汉长江隧道泥水处理分离效率表　系数；　．为新浆比重，由膨润土的性能确定，一般为　Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｎｈｓｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　１．０８　ｔ／ｍ　；ｙ　为弃浆比重，与排浆比重有关，本工程取　ｃｒｏｓｓｉｎｇｔｕｎｎｅｌ　１．３５ｔ／ｍ　。　２．５　开挖每循环消耗的膨润土量　Ｇ。＝Ｖ×（１一　）×（，ｌ—１）×Ｙ４×Ｐ　其中：Ｇ。为开挖每循环消耗的膨润土质量，即弃浆中　膨润土的质量，ｋｇ；Ｐ为新浆中膨润土含量，一般为　５％。其余符号同前。　２．６　确定开挖每循环消耗的水量　Ｇ，＝Ｖ×（１一　）×（，ｌ—１）×ｙ‘×（１一Ｐ）　其中：Ｇ．为开挖每循环碴土消耗的水质量，即弃浆中　水的质量，ｋｇ，其余符号同前。　３　泥水处理系统处理效率　的确定　设备分离效率　，是根据泥水处理设备的分离粒　径以及土层的颗粒分布情况确定的，不同的地层分离　效率不同。实际计算过程中，可根据不同地层长度所　占隧道长度的比例，综合测算。　（下转３６页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｉ｜迁建谩　２００６年８月ｊ第２６卷　‘＼　：Ｈ豫　∞　加　∞　∞　¨　∞　∞　ｍ　０　观测时间／（月一日）　否考古士击查圭圭圭　；　昌　２　昌　２　昌　２　昌　昌　昌　昌　昌　昌　昌　２　昌　是　Ｉ古士ｇ　Ｉ士士士苫Ｉ古古考古士士毒古士ｇＩ　２Ｉ圭圭＝Ｉ　世蜉　鼍　０．００　５　—　０　－．　５１　　、　、０屯　　　Ｉ　ｌ　∞　∞　∞　∞　、．　－　－　、　、Ｉ　Ｉ　－’　●　－　－　Ｉ　■　Ｉ　Ｉ　’、　Ｉ　－　ｋ　－　ｌ　、　ｔ　◆　ｌ’　■　■　图９　２００４年８月至２００５年ｌ１月观测点累计沉降曲线　Ｆｉｇ．９　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｆｒｏｍ　Ａｕｇｕｓｔ，２００４　ｔｏ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ。２００５　３　结束语　板受施工期间荷载工况控制，跨中和两端受力较大，配　①施工前期，断面拱部初支和二衬通过边桩将上　筋较一般顺做结构多。底板由于受力大，结构厚，与侧　部荷载传至深层土体，相当于先有了“基础”；同时，边　墙刚度相差也较大，角部配筋较多。　桩相当于在开挖面和桥桩之间设了一道隔离屏障，将　③分离式设计两主洞间联络通道较多，结构侧向　破裂面大大上移；边桩与主拱形成整个支撑体系后，加　开洞引起的群洞效应和洞口加强需要特别重视。　上导洞背后纵向连续的回填体，约束了拱脚的侧向位　移，这些都对减小沉降起了重要作用，并已在实践中得　参考文献：　到验证。　②边桩与永久结构作为重合墙共同受力，可减薄　［１］徐治中，王恒，殷文华，等．邻近建筑物暗挖地铁车站采　暗挖直墙高断面的边墙厚度。由于采用逆做形式，中　用洞桩法的技术探讨［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｔｅｃ．ｎｅｔ．　（上接２页）　表３主要数据表　ｌ００　Ｔａｂｌｅ　３　Ｍａｊｏｒ　ｄａｔａ　９０　。　、　一　＼　、　｜　｜　＼　＼　０１。２∞四　。５　四２回ｌ　四６　４【璺］５　Ｉ　地层代号　圈１　地层分离比例折线图　Ｆｉｇ．１　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒａｔｕｍｓ　４　全隧道主要数据计算　注：１）分离出的碴土，一般含有水．根据处理设备情况，本工程碴土中　整个隧道共２　５００环，为简化计算，按照综合分离　含水率为３０％，因此实际消耗水量比计算值要大，但水可以循环利用；　２）土壤中的粘粒具有造浆作用，因此膨润土的实际消耗量比计算值　效率　＝６０．７％计算，结果如表３。　小；３）实际施工中，可利用多级沉淀池对废弃泥浆进行沉淀，以减　５结束语　少弃浆量。　泥浆处理的过程数据是动态和变化的，通过以上　理设备的选型依据，也可对泥浆处理费用进行估算，同　计算可从宏观上掌握处理的效果和费用。　时通过计算明确了泥浆处理的工作量，对施工组织安　通过对泥浆处理过程数据的测算，可作为泥浆处　排也十分有利。