泥水盾构不同类型的泥浆管延伸装置浅析

毛晴松 张伟强

(中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016)

1 概述

近年来，泥水盾构凭借其掘进速度快、地表沉降控制精度高以及对开挖面周边土体干扰小等施工优点被越来越广泛地应用于高水压、浅覆土及不稳定地层隧道的开挖[1-3]。不同于土压盾构的皮带机出渣，泥水盾构采用的是管道输送式的出渣方式[4]，如图1所示。

泥水盾构的工作原理是在盾构机支撑环前面设置隔板，刀盘和隔板之间就会形成一个密封舱；盾构掘进施工时，进浆泵P1.1将进浆池中调好的浆液加压后输送到密封舱内，加压泥水在开挖面上形成一层泥膜，平衡开挖面的水土压力；与此同时，刀盘在泥水环境中切削土体表面泥膜，切削下的土体与密封舱内的泥水混合形成高浓度的泥浆，然后由排浆泵P2.1/P2.2抽出并经排浆管路输送到地面的泥水分离站。泥水分离站将排浆泵排出的高浓度泥浆添加添加剂、调浆后可作为新鲜的浆液再次由进浆泵输送到密封舱内，实现循环利用。

由此可见，泥水环流系统无疑是泥水盾构的核心系统[5]。盾构掘进时，设备不断向前推进，但刚性的泥浆硬管不可拉伸，为了保证泥浆管路的连续性，泥浆管延伸装置也就必不可少。

2 泥浆管延伸装置的类型及介绍

截至目前，泥水盾构中应用的泥浆管延伸装置主要有以下三种形式：活塞式泥浆管延伸装置、立式软管延伸式泥浆管延伸装置以及卧式软管延伸式泥浆管延伸装置。三种类型泥浆管延伸装置的工作原理介绍如下。

2.1 活塞式泥浆管延伸装置

活塞式泥浆管延伸装置最大的特点是一个二重直管，其工作过程如下：盾构掘进时，后配套拖车向前移动，二重直管伸出，移动架相对于拖车向后移动。当移动架移动到后节拖车的尾部并达到一个换管行程时，盾构停止掘进，关闭泥浆管路上的阀门，断开泥浆管延伸装置泥浆管与隧道内泥浆管的连接，移动架在驱动装置的作用下移动到初始状态，二重管缩回，然后在泥浆管延伸装置的泥浆管和隧道内的泥浆管间接入新的泥浆管，进而实现泥浆管路的延伸，见图2。

这种形式的泥浆管延伸装置的优点是装置采用二重直管来实现管路延伸，管路压力损失很小；缺点是整个装置的跨度较大，横跨了两节拖车，这在小转弯半径隧道中就会遇到问题，二重管在伸出时会产生较大挠度，导致内管回缩困难甚至卡套；另外二重管设计要满足耐压和密封要求，结构复杂，出现故障后不易进行维修。

2.2 立式软管延伸式泥浆管延伸装置

立式软管延伸式泥浆管延伸装置最大的特点是装置用一个半圆形的卷盘把泥浆软管立起来放置，其工作过程如下：盾构掘进时，拖车向前移动，泥浆软管拖拉行走小车相对拖车向后移动，当拖拉行走小车移动到拖车尾部并达到一个换管行程时，盾构停止掘进，关闭泥浆管路阀门，断开延伸装置泥浆软管与隧道内泥浆硬管的连接，拖拉行走小车在卷扬机的作用下移动到初始位置，然后在延伸装置软管和隧道硬管间接入新的泥浆管，从而实现泥浆管路的延伸，见图3。

这种形式的泥浆管延伸装置的优点是整个装置长度方向跨度较小，布置在单节拖车上，结构简单；缺点是随着泥浆软管管径的增大，其最小弯曲半径也随之增大，在空间布置上就会受到拖车高度的限制；另外，泥浆软管存在较大角度弯曲，导致泥浆管路压力损失大大增加。

2.3 卧式软管延伸式泥浆管延伸装置

卧式软管延伸式泥浆管延伸装置最大的特点是整个装置布置在拖车的顶部及侧面，其工作原理与立式软管延伸式类似，不同的是软管的布置方式及行走架的行走方式，见图4。

这种形式的泥浆管延伸装置的优点是整个装置结构紧凑，可布置在同一节拖车上，能适应大、小转弯半径隧道工程；延伸装置由链轮驱动行走架移动，动作方便可靠；结构简单，维修维护方便；缺点是泥浆管路存在较大角度弯曲，压力损失较大。

3 结语

通过三种形式泥浆管延伸装置工作原理及优缺点的分析，可初步得出以下结论：

1)活塞式泥浆管延伸装置由于长度方向跨度较大，仅适用于大转弯半径隧道和直线隧道。

2)立式软管延伸式泥浆管延伸装置适用于泥浆管管径较小、拖车高度满足泥浆软管直立布置的大、小转弯半径隧道。

3)卧式软管延伸式泥浆管延伸装置的适用范围不受泥浆管管径和隧道转弯半径的限制，适用范围最广。