海瑞克和三菱泥水盾构环流系统之比较

朱相乾，钟志全

ZHU Xiang-qian,ZHONG Zhi-quan

（广东华隧建设股份有限公司，广东 广州 510620）

泥水平衡盾构工作原理是通过向在盾体前隔板与刀盘开挖面的土体形成密封腔注入压力的泥浆来支承正面土体，保持开挖面稳定不坍塌，同时刀盘切削下来的土体与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排泥泵及管道输送至地面处理。

泥水平衡盾构按泥水压力控制方式不同可分为两种基本类型，即直接控制型（日系）和间接控制型(德系)，二者在环流控制、设备配置和环流系统设计理念方面各有特点，以日本三菱∅6250型盾构和德国海瑞克∅6250型盾构为例对二者环流系统进行对比和分析。

1 环流系统工作原理比较

1.1 隔板前方腔体结构比较

三菱机隔板与开挖面只有1 个单空腔（如图1 所示），称为泥水舱。而德国海瑞克盾构隔板与开挖面之间有2 个腔体，靠开挖面一侧的称为泥水舱，另一个称为气舱，两个舱体底部是连通的（如图2所示）。

图1 三菱机隔板前方空腔结构示意图

1.2 切口水压控制原理比较

三菱机泥水舱内充满泥浆，通过调节进泥和排泥流量来控制泥水舱内泥浆压力，即主要靠变频电机调整进浆泵和排浆泵的转速控制泥浆流量来实现控制舱内泥浆压力。这种方式也称也直接控制方式，压力调节比较直接、迅速，对人员操作水平和熟练程度要求较高。切口水压波动会较大，一般要求控制在±10kPa。

海瑞克机密封隔前有2 个舱体，其中泥水舱内充满泥浆，而气舱内上部是压缩空气，下部是泥浆且与泥水舱泥浆连通。气舱内压缩空气的压力通过气舱底部泥浆传递到泥水舱，通过调节气舱内压力来控制泥水舱的泥浆压力，这种方式也称也间接控制方式。由于空气具有可压缩性，压力的变化具有相对滞后性，因此切口水压波动会较小，一般要求控制在±5kPa。

图2 海瑞克机隔板前方空腔结构示意图

1.3 压缩空气的作用比较

两种盾构一般均会配置压缩空气装置，但日系泥水盾构压缩空气仅是在气压法进舱作业时使用，仅为舱内提供压力空气。而德系泥水盾构压缩空气不仅可用于气压法进舱作业，而且其主要功能是控制切口水压，它可根据切口压力目标值设定空气压力，当切口水压波动时，可自动进行压力调整，保持压力稳定。

2 环流系统操作流程比较

2.1 静止状态操作比较

三菱盾构在非掘进状态时，为补偿由于泥浆渗入地层而引起的压力损失，送浆系统必须提供能维持仓内恒定压力的一定数量的泥浆。该状态下排浆管阀门关闭，在送泥管道上自动控制阀可根据仓内实际压力与设定切口压力的偏差信号自动调整阀门开度，使开挖面泥浆压力始终维持稳定状态。

海瑞克盾构在非掘进状态时，关闭排浆管和进浆管，当切口水压力减小时，空气压缩机会自动启动进行空气补尝加压，使开挖面泥浆压力始终维持稳定状态。

2.2 旁通状态操作比较

旁通状态是指环流经旁通管循环而不经过泥水舱的状态，是由静止转掘进和掘进转静止的过渡状态。主要在以下情况下使用：①决定开机前或环流系统起动之前，均要求由旁通状态开始运行，确保管路畅通；②当一环掘进完成后须退出掘进状态时，要先让系统处于旁通状态，以防止排泥管内泥砂沉淀。

由于三菱机没有碎石装置，利用采石装置来捞取大块石，以防止大块石堵管，而采石装置较容易堵塞，因此在采石装置两边各设置了1 根旁通管用于掘进前疏通管路，采石装置设在两旁通管之间（图3）。掘进前须先打通外旁通管，保证进浆和排浆管路均畅通，再打通内旁通管，保证采石装置不堵塞。

而海瑞克机则是在气舱底排浆管入口前设置格栅和破碎机，利用格栅+破碎机组合来解决大块石堵管问题。由于不存在采石装置，因此只设置了1 根旁通管，旁通操作相对简单（图4）。

图3 三菱机旁通状态下流体输送系统的工艺流程图

图4 海瑞克机旁通状态下流体输送系统的工艺流程图

3.3 掘进状态操作比较

三菱机进浆管和排浆管均只有1 根与泥水舱相接，靠近盾构机头位置有两管交叉互换装置，可以使进浆口和排浆口互换，从而可实现环流系统正循环和逆循环两种操作。当机内旁通与机外旁通之间的管路出现堵塞或排泥口出现堵塞的情况时，可利用逆循环进行逆洗，在防止环流堵塞上较为有利。而海瑞克机有多个进浆管与泥水舱或气舱相接，排浆管也只有1 根，没有进浆与排浆两管交叉互换装置，只能进行环流系统正循环操作，不能实现逆循环。

3 其它功能比较

3.1 防泥饼功能比较

三菱机与泥水舱相接的进浆管只有1 根，其能冲刷的面积有限，不利于防泥饼；另外进浆管管径较大，泥浆流速较小，而且逆循环在管口设置的防堵管措施也防碍了泥浆对刀盘直接冲刷，也对泥饼的防治不利。

而海瑞克机进浆管多而小，并分散接入到与泥水舱接和气舱，可对刀盘大部分面积区进行冲刷，另外进浆管较小并可控制各入口开和关来加强某根管的流速，增加对某区域的冲刷力度，在防泥饼功能上具有明显优势。

图5 三菱机正循环掘进状态下流体输送系统的工艺流程图

图6 三菱机逆循环掘进状态下流体输送系统的工艺流程图

图7 海瑞克机掘进状态下流体输送系统的工艺流程图

3.2 防堵管功能比较

三菱机防堵管有以下特点：①用采石箱把泥浆中大石块捞取，可有效地减少堵塞管路机率，但破碎带地层或卵石地层中，采石箱容易被塞满，清理工作繁重且费时；②设置了2 根旁通管，操作中更容易断定堵管位置，可更迅速、更有针对性地进行处理；③具有“逆洗”功能，当管路出现堵塞或排泥口出现堵塞的情况时，可利用“逆洗”来解决。

而海瑞克机在防堵管方面有以下特点：①在排浆管口设置格栅和碎石机来防止大块物进入管路中，但在粘土地层中格栅前容易堆积粘土团块导格栅堵塞；②环流系统只有1 根旁通管，并且不具备“逆洗”功能，对于堵管位置判断和处理不利。

总体而言，三菱机防堵管方面较海瑞克机更有优势。

4 总 结

日系和德系泥水盾构在原理上有较大不同，在操作、防泥饼和防管堵方面各有特点。根据多年的施工经验总结，认为两种盾构并没有绝对优劣之分，施工中应根据具体地层条件和地面环境要求来选择盾构机。

[1]王小军，孙建敏.泥水盾构施工的环流管理[J].施工技术，2005，(03)：45-46.

[2]王瑞斌.泥水平衡盾构进、排浆系统技术[J].隧道建设，2004，(12)：27-29.