浅析NHI/NFM膨润土气垫式泥水盾构机泥水系统

秦立学， 徐慧， 马士涛， 赵文娟， 王义

（1.北方重工集团有限公司，沈阳110141；2.全断面掘进机国家重点实验室，沈阳110141；3.辽宁省交通高等专科学校，沈阳110122）

1 引 言

泥水盾构机因其耐高水压、掌子面压力控制精度高，刀盘驱动扭矩小等优点，在我国许多重大隧道建设中得到了广泛应用，例如广深客运专线狮子洋隧道、北京地下直径线等项目都采用了泥水盾构机。泥水系统是泥水盾构机的核心技术，本文在介绍了NHI/NFM 泥水盾构机的基础原理上，重点阐述了NHI/NFM 泥水盾构机泥水系统的不同工作模式及其特点。

2 膨润土气垫式泥水盾构机工作原理

NHI/NFM 生产的膨润土气垫式泥水盾构机的结构简图见图1 所示。

工作原理：作用在掌子面的膨润土泥浆和被封闭在气垫仓里的空气靠开挖仓内潜水墙隔板隔开。膨润土泥浆从膨润土泥浆输送管出口向盾构底部的排渣管进行流动。

盾构机推进时，气垫的压缩空气压力用于控制掌子面压力，新泥浆不断通过泥浆输送管送入开挖仓，泥浆与渣土的混合液不断通过排渣管排出，循环往复进浆排浆，完成挖掘作业。

图1 膨润土气垫式盾构机的结构简图

3 泥水盾构机泥水循环系统组成

图2 泥水盾构机泥水循环系统

泥水盾构机泥水循环系统构成如图2 所示。由泥浆处理站、竖井泵组、进浆泵、排浆泵、管路及阀组等构成。泥浆处理站用于分离出泥浆中的渣土，并制备新的膨润土泥浆；进浆泵用于把新的膨润土泥浆打入到盾构机开挖仓内；竖井泵组用于将泥浆泵送到地面泥浆处理站；排浆泵用于将带有渣土的泥浆排出开挖仓；管路及阀组用于输送泥浆及对泥浆流动方向进行控制，实现不同的泥浆循环模式。

4 泥水循环模式

在盾构机工作过程中，为了在不同工况下实现不同的功能，NHI/NFM 泥水盾构机泥水系统设计有多种循环工作模式。

4.1 开挖模式

该模式在盾构机掘进时使用。进浆泵将新制备的泥浆通过盾体进浆管路打入开挖仓，排浆泵通过排浆管路将带有渣土的泥浆排出开挖仓。开挖模式泥水循环如图3 所示。

图3 泥水循环开挖模式

4.2 旁通模式

该模式一般在盾构机拼装管片时使用。泥浆通过盾体内旁通回路进行循环流动，防止泥浆在管路内沉淀，使下次开机困难。旁通模式泥水循环如图4 所示。

图4 泥水循环旁通模式

4.3 隔离模式

该模式一般在管路延伸时使用。泥浆只在竖井泵组处进行循环。隔离模式泥水循环如图5 所示。

图5 泥水循环隔离模式

4.4 反循环模式

这个模式在盾体内管路堵塞时使用。将新制备的泥浆通过排浆管路打入盾体，而带渣土的泥浆通过进浆管路排出盾体，这样可以疏通管路，使盾构机掘进正常进行。反循环模式泥水循环如图6 所示。

图6 泥水循环反循环模式

4.5 长时间停机模式

这个模式在盾构机进行维护时使用。通过自动控制泥浆高程与气垫压力使掌子面压力得到长时间保持。长时间停机模式泥水循环如图7 所示。

图7 泥水循环长时间停机模式

5 结 语

泥水系统是泥水盾构机的重要组成部分，设计泥水系统时应考虑多种工况下的不同循环模式，根据不同循环模式的特点进行具体的管路设计。通过本文介绍，可为泥水盾构机泥水系统的设计提供借鉴。

［1］ 张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.