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1、n武汉长江隧道进排浆泵配置及进浆密度对最大掘进速度的影响分析。1.概述n 泥水盾构泥水循环系统进排浆泵的配置，应依据工程地质条件、隧道覆土厚度、隧道直径、施工长度、最大掘进速度及临界流速来确定所需泵的最大及最小扬程和流量，依据流量和扬程要求以及施工阅历确定泵的品牌和型号。对于具体工程项目，其工程地质条件、隧道覆土厚度、隧道直径、施工长度等基本是确定的，因此，影响泵配置的可变因素主要是最大掘进速度与临界流速。最大掘进速度由盾构机确定，武汉长江隧道设计最大掘进速度为4cm/min。n 目前临界流速的计算公式较多,武汉长江隧道采n用的是Durand(杜朗德)阅历公式。由公式可知，对于n特定地层，在进
2、排泥管直径确定后，掘进速度与泥浆n特性是影响临界流速最重要的可变参数。n 泥水循环系统设计至少应满足临界流速时所须要n的最小扬程及流量，为了保证确定的掘进速度，泥水n循环系统的扬程及流量一般大于临界流速时须要的扬n程及流量。n 最大掘进速度所须要的扬程及流量是泥水循环系统n的最大扬程及流量，假如泥水循环系统设计满足整条n隧道在最大掘进速度时须要的扬程及流量，这样泥水n循环系统配置太高，系统运行效率过低，所以泥水循n环系统的扬程及流量一般小于最大掘进速度时须要的n扬程及流量。实际施工过程中，受泥水分别效果的影响，进浆密度变更较大，同时由于进排浆流量、扬程及排浆密度受泥水循环系统的限制，盾构掘进速
3、度受到限制。因此施工过程中应考虑由于进浆密度的变更，泥水循环系统对掘进速度的制约作用。2.进、排浆泵扬程与流量计算n 进浆密度依据稳定开挖面所须要的泥浆特性确定。依据阅历输送泥浆密度超过1.40 g/cm3很困难，假如降低排浆密度必定增加进排浆流量，管阻增大，须要增加进排浆泵数量或功率。依据阅历，合理的排浆密度在1.251.30g/cm3之间，同时排浆密度在1.251.30 g/cm3之间时，相应的临界流速较小，不易出现碴土沉积堵塞排浆管的现象。2.1进浆泵扬程及流量计算 n （1）最大掘进速度时的最小流量：在进浆特性满足开挖面稳定须要、排浆特性满足排泥泵最大排泥密度等限制条件下计算所须要的最
4、小进浆流量。n （2）临界流速下的最小流量：针对特定地层，在进泥管直径确定的状况，主要由进浆特性确定。n 依据上述条件，进浆泵临界流速时的流量与扬程及最大掘进速度时的流量与扬程见图1。（a）不同掘进长度须要的进浆流量 （b）不同掘进长度须要的进浆扬程图1 临界流速与最大掘进速度须要的进浆流量与扬程n 依据阅历接受性能优良的澳大利亚沃曼公司生产的变频离心泵，型号：Warmen（12/10），其性能特性曲线见图2。但由于特性曲线表是清水时作出的，应考虑因泥水浓度产生的扬程削减率（计算时削减率取0.90）。图2 WARMAN（12/10）泵特性曲线（H扬程，Q流量）n 由图1及图2可知，接受一台Wa
5、rmen泵就可以满n足临界流速时的进浆的流量及扬程要求，并同时满足n0950m和23002550m最大掘进速度4cm/min时须要的n进浆流量及扬程。只在9502300m掘进时，不能满足n最大掘进速所须要的扬程及流量，但通过计算仍旧满n足掘进速度3cm/min时所须要的流量及扬程。依据施n工阅历，实际掘进速度大于3cm/min较少，因此选择n一台Warmen（12/10）进浆泵可以满足施工要求。2.2 排泥泵扬程及流量计算n （1）最大掘进速度时的最小流量：依据进浆流量、n最大掘进速度等计算。n （2）临界流速下的最小流量：针对特定地层，在排浆管直径确定的条件，主要由排浆特性确定。n 依据计算
6、，排浆临界流速时的流量与扬程及最大掘n进速度时的流量与扬程见图3。（a）不同掘进长度须要的排浆流量 （b）不同掘进长度须要的排浆扬程图3 临界流速与最大掘进速度须要的排浆流量与扬程 由图2及图3分析，接受一台Warmen（12/10）泵不能满足整条隧道在临界流速时的排浆流量及扬程须要。最大掘进速度时须要的最大扬程为147m，对应的流量为1370m3/h。依据Warmen（12/10）泵特性曲线，并考虑排浆密度引起的折减（0.9），以及泵串联引起的折减（0.95），接受两台Warmen（12/10）泵串联，在流量1370m3/h时的扬程134m基本满足最大掘进速度的要求，因此排浆泵接受两台。在隧
7、道掘进到450m左右时，接受最大速度掘进须要的流量为1370 m3/h，扬程64m，P2.1泵1370 m3/h时的扬程为76m，考虑排浆密度引起的扬程折减（0.9），实际能供应的扬程是68m，因此须要在掘进到450m左右时安装P2.2泵。3进浆密度对掘进速度、流量与扬程的影响n 实际施工过程中，受泥水分别效果的影响，进浆密度变更较大；同时进排浆流量、扬程及排浆密度受泥水循环系统的限制，盾构掘进速度也受到限制。3.1 进浆密度对进浆系统的影响n 对于排浆系统，比较志向的排浆密度在1.251.30 g/cm3之间。在排浆密度为1.3g/cm3时，随进浆密度变更，不同掘进速度所需进浆的扬程及流量见
8、图4(图中每个标记点间隔0.1cm/min，同时不考虑泥浆密度变更对临界流速及泵的特性曲线的影响）。n （a）进浆密度1.1g/cm3 （b）进浆密度1.15g/cm3（c)进浆密度1.2g/cm3图4 不同掘进速度须要的进浆流量与扬程n 由图4可知，当进浆密度为1.1 g/cm3时，进浆泵满足最大掘进速度4cm/min的要求，进浆密度1.15 g/cm3时，由于进浆泵流量与扬程的限制，里程K4+115之后，最大掘进速度只能达到3.7cm/min；当进浆密度达到1.2 g/cm3时，K5+054K4+821最大掘进速度为3.4 cm/min，K4+821K4+555最大掘进速度为3.0 cm/
9、min，K4+555之后最大掘进速度小于2.6 cm/min。3.2 进浆密度对排浆系统的影响 n 在排浆密度为1.3g/m3时，随进浆密度变更，不n同掘进速度与所需排浆的扬程与流量见图5(图中每n个标记点间0.1cm/min，同时不考虑泥浆密度变更对n临界流速、泵的特性曲线的影响及泵串联引起的扬n程折减）。（a）进浆密度1.1g/cm3 （b）进浆密度1.15g/cm3（c)进浆密度1.2g/cm3图5 不同掘进速度须要的排浆流量与扬程 由图5可知，当进浆密度为1.1 1.15 g/m3时，排浆系统满足最大掘进速度4cm/min的要求；当进浆密度达到1.2 g/m3时，K5+270K5+05
10、4，最大掘进速3.6cm/min，K5+054K4+821，最大掘进速度3.0 cm/min，K4+821K4+555最大掘进速度3.9 cm/min，K4+555之后最大掘进速度3.0 cm/min左右。4结论n（1）泥水循环系统泵的配置应满足临界流速所须要的最小流量及扬程。在泥水循环系统设计时，依据不同地层稳定开挖面须要来确定进浆特性；依据阅历确定一般合理最大排浆密度（1.3 g/cm3），接受合适的阅历公式计算进排泥浆的临界流速。确定临界流速后计算满足施工所须要的最小扬程与流量，在同样条件下计算最大掘进速度时须要的最小流量与扬程。依据计算结果进行泥浆泵配置。n（2）综合进排浆系统特性的限制分析，在泥浆泵的配置确定后，施工过程中为了保持适当的掘进速度，在泥浆特性满足开挖面稳定的前提下，应尽可能接受密度较低的泥浆。n完毕，感谢大家！