低温天气对泥水平衡盾构施工的影响及措施

2015-08-02邝光霖玉KUANGGuanglinLANYu广东华隧建设股份有限公司广东广州510620

建筑机械化 2015年4期

关键词：液压系统

邝光霖，兰玉KUANG Guang-lin, LAN Yu（广东华隧建设股份有限公司，广东广州 510620）

低温天气对泥水平衡盾构施工的影响及措施

邝光霖，兰玉
KUANG Guang-lin, LAN Yu
（广东华隧建设股份有限公司，广东广州 510620）

[摘要]介绍了北方极寒天气对泥水平衡盾构在盾构组装、调试始发及正常掘进阶段影响以及采取的处理措施，以期为后续类似工程提供参考。

[关键词]泥水平衡盾构；低温天气；液压系统；水循环系统；泥浆处理

1 工程概况

北京地铁7号线8标百子湾-化工站区间西起广渠路南侧、化工二厂旧址北侧的百子湾站，线路出站后以350m半径曲线斜穿广华新城建设地块后转向南，沿规划化工二厂东侧路向南，止于广华新城东侧的化工站。右线区间设计起止里程：右K16+085.837～右K16+807.600，区间长度721.763m；左线区间起止里程：左K16+149.998～左K16+807.600，区间长度687.566m（长链29.964m）。区间覆土8.4～10.0m，区间为两端底中间高的“人”字坡，采用盾构法施工。

根据施工策划采用1台三菱泥水盾构从百子湾站右线始发往化工站方向掘进，到达化工站后盾构解体吊运回百子湾站，在左线进行二次始发往化工站方向掘进，工程概况如图1所示。

按照工期安排盾构进场时间在2012年11月份，盾构及施工配套设备组装及调试时间在2012年12月份，盾构始发时间在2013年1月份，刚好处于北京最为寒冷的冬季。北京地区属暖温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，年平均气温为12℃，最低月（1月份）平均气温为-4.6℃，极端最低气温为-18℃。

根据泥水盾构施工工艺，冬季低温对施工中的盾构及地面设备组装调试、盾构始发及洞门密封、泥浆循环及外运处理、材料采购及现场保管、沉降测量及监控等方面均存在一定的影响，若冬季施工中采取的措施不当将会严重影响盾构施工作业。

图1 工程概况图

2 低温对泥水盾构施工设备与材料的影响及措施

2.1 盾构液压系统

液压系统能否正常工作，取决于其工作的介质——液压油的各项性能指标是否正常。温度太低带来的主要问题是液压油粘度增大，影响液压系统的正常动作及工作效率，严重时出现的空蚀现象可造成液压系统故障或是液压元件（特别是液压泵）的损坏，因此需特别注意低温对液压系统的影响。

北京地铁7号线8标百-化区间所使用的盾构为三菱泥水平衡盾构（编号为1606#），该盾构之前一直在广东地区施工，盾构本身并无针对低温的专门设计，且短时间内无法调整所使用液压油的粘度指数，因此唯一解决的方法只能采取提高环境温度来确保液压系统的正常运行。1606#三菱泥水盾构采用道达尔46#液压油，该液压油适宜工作温度为10～60℃。

1）低温严重影响盾构组装过程中液压管路的连接效率。长期的低温天气造成液压油管橡胶硬化，柔软度不足，组装过程中管路的连接需要消耗较常温情况下的2.4倍左右，且连接质量不理想。处理措施：①想方设法提高环境温度。先后通过用帆布盖住始发井口及出土口、用棉被包裹盾构等方式阻挡穿堂寒风吹入盾构内；另外通过在接管位置周围增设30kW暖风机以提高局部温度。然而由于环境温度过低，只能将作业环境温度提高几度，整体温度还是在0℃以下，无法从根本上解决问题。②增加有经验、有责任心的管路连接作业人员。为了尽量降低恶劣的作业环境对管路连接工作的影响，安排有经验、有责任心的技术工人可提高接管效率,另外，在液压系统空载运行后多次对油管连接处进行复紧，确保接头位置的连接效果。

2）液压油注入油箱。低温情况下（0℃以下）液压油粘度过大，加入油箱过程的效率极低。根据以往的经验，常温情况下每桶209L的46#或68#液压油通过220V-0.88kW的电动抽油泵在15min内可全部抽完；而低温情况下220V的电动抽油泵效率极低，在更换为380V-2.2kW的输油泵后也需60min左右才能将一桶油全部抽完。粘度与温度关系参考图2所示。总之，要减弱低温对盾构液压系统运行不利影响的主要方法就是提高液压油本身的温度，增加空载运行时间将液压油进行充分的循环可逐步提高液压油温度。

图2 运动粘度与温度关系曲线

2.2 水循环及水冷却系统

盾构正常工作离不开水，如管路用水冲洗、设备用水冷却等，因此温度太低必定对盾构水循环系统存在一定影响，严重时造成盾构无法正常工作。

2012年12月底盾构通水调试后，由于地面高压电房故障断电，盾构调试非正常停止，进而造成盾构台车内水路系统所有管路内的水全部冰冻，如刀盘泵冷却水路冻结、主驱动行星轮齿轮箱冷却水路冻结、P2泵轴封水冻结等。处理措施：水管全部冰冻住后在低温情况下短时间内难以再次疏通，因此冰冻住后需根据盾构水循环及冷却系统的特点，立即采取逐段清理或局部加绕电热丝加温融化等相应的措施，否则将严重影响盾构施工及设备使用安全。如P2泵轴封水以前只有一个压力传感器用于监测管理内的压力，并作为P2泵启动的一个前提条件，然而在结冰状态下，管路内压力同样存在而压力传感器无法做出有效判别，故而在此种状态下长期运行往往可能由于缺少水的清洗、降温作用而造成P2泵机械密封的损坏；因此在管路上加装流量传感器用于监测管路内的水流流量可有效避免水在低温结冰状态下压力监测的误判，进一步保证设备的使用安全。

2.3 泥浆处理系统

泥水盾构施工工艺决定了在地面有一套用于泥水筛分的泥浆处理系统。一套泥浆处理系统包含4个沉淀池、2个调整池、1套预筛器、2个一级处理机、2个二级处理机，另外还包含P1泵、Pm泵及其相应的控制柜和地面铺设的管路等。由于整套泥浆处理系统露天安装，极寒天气对上述设备正常运行影响最大，在考虑合理的经济性原则下需采取足够的保温措施，否则严重影响泥水盾构施工工效。

1）沉淀池及调整池在施做完后，进行底板及墙面渗漏试验，由于正值寒冬腊月，灌水后水面逐层结冻达30cm厚，严重影响后续浆液调制及环流调试作业。处理措施：在通过重物凿碎沉淀池及调整池上面冰层后，逐一打捞清理，以防止冰块被吸入P1泵打坏叶轮或泵体；另外在几个沉淀池及调整池间加设2～3台泥浆泵，确保在环流停机时泥浆可在几个池之间实现局部小循环，形成“活水”。

2）泥浆处理系统上所配备的渣浆泵在极寒温度下轴承组件箱及填料密封箱轴套由于润滑黄油固结，以致抱死传动轴，造成渣浆泵无法正常运行作业。处理措施：对于渣浆泵传动轴因润滑脂固结抱死，可用两个2kW的小太阳灯分别对两处进行照射加热，逐步融化固结的润滑脂，待设备可以正常运转后，停机拆开轴承组件箱及填料箱将里面的润滑黄油脂全部更换为可耐低温的同品牌润滑油脂（适用温度范围：-50℃～150℃）；另外，用彩钢瓦瓦搭设一间长约13m、宽6m、高约7m的棚子将整套泥浆处理系统罩着，既可挡住寒风又起到一定的保温作用，可有效地改善泥浆处理系统的作业环境，有利于设备的正常运行。

另外，低温对地面泥浆处理系统的影响还有P1泵及地面至隧道口的送排泥管、水管等管路。通过搭设保温棚将P1泵环境温度提高，可有效地防止P1泵及其轴封水泵因停机或故障出现冻结的风险；地面的泥浆管路及水管对于有条件的要做埋设处理，且埋设深度尽量超过1m，对于没有条件埋设的管路则需缠绕由电热丝-保温海绵组成的保温层，通过控制箱调整电热丝发热量可确保管路周围温度不低于5℃。

2.4 其他设备

由于龙门式起重机、搅拌站、叉车、装载车等设备均在地面配合施工，因此低温对上述设备的影响也需十分注意。

龙门式起重机主电源电缆需反复缠绕在电缆卷盘上，而低温对电缆护套橡胶的影响十分巨大。电缆橡胶为高分子聚合物，在常温下橡胶具有良好的弹性，其硬度随着温度降低而增加，弹性和柔韧性逐渐减少，当温度降至脆化温度后，高聚物就不能发展强迫高强形变，而发生脆性断裂。选用抗拉型电缆及在龙门式起重机大车行走前进行其他动作让主电缆发热可有效减少电缆因低温造成的损耗。搅拌站通过搭设工作棚既可防尘降噪又可抵御寒风，起到很好的保温作用。叉车、装载车通过使用低温润滑油可有效减少低温启动问题，燃料则可根据气温变化将常用的0#柴油更换为-10#柴油，甚至-20#柴油。

2.5 施工中的各类材料

盾构施工所需的各类材料均需存放于地面，根据材料性质不同或存放于仓库，或堆放于露天地面，但无论如何温度过低对施工中所使用的各类材料均有一定影响。油脂类材料，如液压油、盾尾油脂、润滑油脂等均需储存在仓库且还要采取一定的保温措施，否则将影响相应的性能，并最终影响盾构施工；液压油在低温下运动粘度变低，影响液压系统运转；盾尾油脂若长期存放于低温环境中，其粘性严重降低，影响盾尾密封效果。其他材料，如露天堆放的管片，在下雪前需盖好吊装孔位置，防止雪水流入吊装孔内结冰，造成管片下井后无法拼装，影响隧道施工。