穿黄工程
穿黄工程范文第1篇
南水北调中线工程属特大型跨流域调水工程，从长江支流汉江上的丹江口水库引水，跨江、淮、黄、海四大流域，主要向唐白河流域、淮河中上游和海河流域的湖北、河南、河北、北京及天津供水。主体工程由水源区工程和输水工程两大部分组成，输水工程包括总干渠、天津干渠工程以及穿黄河工程。
穿黄工程是南水北调中线总干渠与黄河的交叉建筑物，是总干渠上规模最大、技术最复杂并控制工期的关键性工程，一期设计输水流量265m3/s、加大设计流量320m3/s.为确保穿黄工程万无一失，水利部指派黄河水利委员会勘测规划设计研究院和长江水利委员会长江勘测规划设计研究院两 大全国最权威的水利部门分别独立设计渡槽、隧洞两个方案。
隧洞方案与渡槽方案相比，可免受温度、冰冻、大风、意外灾害等不利因素影响，耐久性好，检修维护相对简单；采用渡槽方案则增加了世界治水史上最为宏伟的人文景观，而且还可以成为具有较高开发价值的旅游资源。从技术上看，无论是渡槽还是隧洞方案都是可行的，并且工程造价相当。经过水利部及国家计委组织的专家多次审查，考虑到隧洞方案可避免与黄河河势、黄河规划的矛盾，且盾构法施工技术国内外都有成功经验，因此最终选择了隧洞方案。
2、工程概况
穿黄工程位于河南省郑州市上游约30km处，线路总长19.30km，南起荥阳市李村村西，北至河南焦作市温县陈沟村西。主体工程由南北岸渠道、南岸退水洞、进口建筑物、穿黄隧洞、出口建筑物、北岸防护堤、北岸新老蟒河交叉工程以及孤柏嘴控导工程等组成。
穿黄隧洞总长4250m，包括过河隧洞段和邙山隧洞段，双洞布置，隧洞轴线间距为28m，两洞各采用一台盾构自北向南推进。穿黄隧洞最大埋深35m，最小埋深23m；最高水压为0.45MPa；最小曲线半径为800m；过河隧洞段坡度为1‰和2‰，邙山隧洞段坡度为49.107‰；穿黄隧洞为圆断面，内径？7.0m，外径8.7m，隧洞外层为7等分装配式普通钢筋混凝土管片结构，管片内径为7.9m，外径为8.7m，管片宽度1.6m；内层为现浇预应力钢筋混凝土整体结构，厚45cm，标准分段长度为9.6m，隧洞内衬在与北岸和南岸施工竖井衔接的洞段以及地层变化洞段将局部加密；内外层衬砌由弹性防、排水垫层相隔。
3、工程地质
过河隧洞桩号5＋658.57～9+108.57，全长3450m.北岸始发竖井中心高程67m，桩号9＋108.57；南岸到达竖井中心高程72.45m，桩号5＋658.57.过河隧洞穿越的主要地层为Q2粉质壤土、Q41砂层和砂砾（泥砾）石层。根据隧洞围土的组成可划分为三种类型：
1）单一粘土结构隧洞围土为Q2粉质壤土层，分布在桩号5+658～6+033和7+109～7+919，总长1185m.
2）上砂下土结构隧洞围土上部为Q41砂层，下部为Q2粉质壤土层，分布在桩号6+033～7+109和7+919～8+233，总长1390m.
3）单一砂土结构隧洞围土主要为Q41中砂层，局部为粗砂层，砂层中零星分布砂砾石透镜体，该类结构分布在桩号8+233以北，长875m.
过河隧洞开挖范围内，砾卵石粒径2～10cm；Q2粉质壤土中夹有钙质结核层；Q41砂层中石英颗粒含量较高，达40％～70％，且分布有泥砾层和砂砾石透镜体，局部有淤泥质粉质壤土透镜体；在桩号8+670～8+940之间，隧洞底板分布有Q3粉质粘土，应考虑其变形特性。根据目前地质勘察资料，不排除在隧洞掘进过程中偶遇粒径大于15cm的块石、枯树及上第三系粘土岩、砂岩、粉砂岩和砂质粘土岩的可能性。上第三系的粘土岩、砂岩、粉砂岩和砂质粘土岩成岩作用差。粘土岩强度较Q2粘土略高，抗压强度为0.53 MPa；砂岩一般为泥质胶结，强度低，抗压强度为0.62MPa.局部分布有薄层钙质胶结的砂岩，呈坚硬状，强度较高，抗压强度为16.5MPa.
邙山隧洞段桩号5+658.57～4＋893.57，长800m.桩号4＋893.57～5＋090隧洞段为黄土状壤土；桩号5＋090～5＋359.08段为粉质壤土，中间夹3层古土壤层；桩号5＋359.08～5＋658.57段为粉质壤土，中间夹4层古土壤层，其下多富积钙质结核或钙质结核层。粉质壤土渗透系数k＝1×10－5cm/s，黄土渗透系数为1×10－5～1×10－4cm/s.黄土状粉质壤土渗透系数k＝3.7×10－5～1.0×10－4cm/s.过河隧洞段穿越的饱和含水砂层，其渗透系数k＝10-3～10-2cm/s.
4、盾构类型的选择
4.1盾构类型与地层的关系
盾构选型应从安全性、可靠性、经济性等方面综合考虑，所选择的机型要能尽量减少辅助施工法并确保施工安全可靠。不同类型的盾构适应的地质范围不同，盾构选型的主要依据是土质条件、岩性，要确保所选择的盾构能适应地质条件，保持开挖面稳定。
土压平衡盾构是依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面使其稳定，主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工。在粘性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出，在螺旋机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时螺旋机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。当含砂量超过某一限度时泥土的塑流性明显变差，土仓内的土体因固结作用而被压密，导致碴土难以排送，需向土仓内注水或泡沫、泥浆等，以改善土体的塑流性。
泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送入泥水平衡仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围较大，能适应穿黄工程的所有地质。
从地质条件来看，本工程可使用加泥式土压平衡盾构和泥水平衡盾构。但使用加泥式土压平衡盾构在砂层和砂砾（泥砾）石层施工时需要向开挖仓中注添加剂，以改善碴土的性能，使其成为具有良好塑流性、低的摩擦系数及止水性的碴土，且对于砂砾（泥砾）石层，开挖破碎后可能会有大颗粒碴土，需要考虑螺旋输送机通过粒径的能力。泥水盾构能适应粉质壤土、砂层和砂砾（泥砾）石层等各种地质，对于砂砾（泥砾）石层可在泥水平衡仓内设置破碎机。
4.2盾构类型与水压及渗透性的关系
地层渗透系数是盾构选型的重要因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的渗透系数小于10-7m/s时可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于10-4m/s时，如采用土压平衡盾构开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌，施工困难。本工程过河隧洞段穿越的饱和含水砂层，其渗透系数k＝10-3～10-2cm/s，远远超过土压平衡盾构允许的最大范围，因此宜采用泥水盾构。
当水压大于0.3MPa时螺旋输送机也难以形成有效的土塞效应，在输送机排土闸门处易发生水土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。本工程水压高达0.45MPa，采用泥水盾构最适应南水北调中线一期穿黄工程的地质情况和水文情况，可以确保穿黄隧洞工程施工安全可靠。
5、盾构驱动方式的选择
由于受始发竖井结构尺寸的限制，盾构设计时要求结构紧凑、效率高、起动扭矩大、设备的散热温度低，所以对盾构驱动方式的选择非常关键。驱动方式有三种，一是变频电机驱动，二是液压驱动，三是定速电机驱动，鉴于定速电机驱动时刀盘转速不能调节，一般不采用。现将变频驱动与液压驱动进行比较，见表1.经综合评价宜采用变频驱动。
6、泥水压力控制模式的选择
泥水盾构根据泥水平衡仓构造形式和对泥浆压力的控制方式不同分为直接控制型和间接控制型。
直接控制型泥水盾构采用泥水直接加压模式，其泥水输送系统的流程如下：送泥泵从地面调浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水仓，与开挖泥土进行混合形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。直接控制型泥水盾构的泥水压力通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行，送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。
间接控制型泥水盾构的泥水压力控制采用气压模式，由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板（沉浸墙），在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力，由于空气缓冲层的弹性作用，当液位波动时对支护泥浆压力变化无明显影响，泥水压力的波动小，控制精度高，对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利，因此选择间接控制型泥水盾构最佳。
7、本工程对泥水盾构的设计要求
7.1对砂土地层及砂卵石地层的适应性
过河隧洞段穿越的主要地层为Q2粉质壤土、Q41砂层和砂砾（泥砾）石层。其中上砂下土结构的地层总长1390m，隧洞上部为Q41砂层；单一砂土结构的地层总长为875m，隧洞主要为Q41中砂层，局部为粗砂层，砂层中零星分布砂砾石透镜体。
这种地层石英含量高，对刀盘、刀具、管路的磨损性强，砂土地层渗透性大，需要的泥水平衡压力更大，而需要的扭矩通常较小，在这种地层中施工通常要损失更多的泥浆。施工中应特别注意泥浆循环的速度不能低于防止泥浆沉淀所需的最小速度，因此盾构在砂土地段的施工时应重点考虑以下功能：①具备平衡掌子面水土压力的能力；②刀盘、刀具、泥浆管路的高耐磨性；④合理的刀盘及刀具设计，恰当的刀盘开口率，合理的开口位置；⑤盾构本体在压力状态下的防水密封性能；⑥防止流砂；⑦人仓设计；⑧管片壁后同步注浆系统；⑨能够对较大的卵石进行破碎，有效防止堵管情况的发生。
7.2适应卵石、孤石、古树等不良地质
砂卵石地层中土体属松散体，若采用适用于硬岩的滚刀进行破岩，则在滚刀的掘进挤压下土体会产生较大的变形，滚刀将不转动，大大降低了滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。穿越砂卵石地层宜采用碳化钨球齿滚刀（图2）或碳化钨撕裂刀（图3），但碳化钨球齿滚刀不能对古树等进行有效破碎，为了适应卵石、孤石、古树等不良地质，采用碳化钨撕裂刀较适应穿黄工程的不良复杂地质。
在泥水平衡仓的底部的排泥管前面安装一个颚板式碎石机，用来破碎漂石和钙质结核，使其破碎后能通过排浆管排出。破碎机配有栏石隔栅，用来限制进入排泥管路石块的尺寸。
7.3对软硬不均地层的适应性
过河隧洞段穿越的地层主要有全土层、全砂土层、复合层、钙质结核土层和砂砾石层（或泥砾层），邙山隧洞段穿越的地层主要有全土层和钙质结核土层。刀盘上布置双层碳化钨先行刀（撕裂刀）、双层碳化钨切刀和碳化钨刮刀。碳化钨刀具的高强度和高耐磨性完全适应穿黄工程的地质条件。对于地层较大的卵石，在泥水室中安装液压油缸驱动的破碎机（图4）进行破碎。刀盘上焊接的耐磨条及耐磨焊层也是刀盘在复合地层中掘进时的重要保证措施。
盾构在软硬不均地段掘进时，由于刀盘的受力不均而易发生姿态较难控制的现象，为此盾构的推进油缸在圆周方向进行分组，每组可以单独调整推进力和推进行程而改变盾构的掘进方向。盾构采用先进的激光导向系统，盾构的姿态可以随时反映在操作室内，从而可以对盾构的姿态随时进行灵活的调整，同时配合调整刀盘的推力和扭矩参数保证盾构在软硬不均地段保持正确的姿态。
7.4对粘土地层的适应性
总体而言，粘土地层的渗透性更小、自稳性更好，因此需要的泥水平衡的压力比在砂层中更小。但粘性地层掘进时刀盘需要更大的扭矩，盾构需配备较大的刀盘驱动功率；同时要防止刀盘中心粘结泥饼和防止排泥管路堵塞。
刀盘中心部位线速度较低，粘土、粉土、膨润土等粘稠土体在中心部位的流动性较差，粘性土容易在中心部位沉积，同时在泥水仓的后部也容易粘结泥饼。设计盾构时采用如下措施：
①采用膨润土泥浆冲洗系统，在刀盘的中心设计膨润土注入口，用于对刀盘中心部位进行冲洗和清理；
②加大中心部位开口率，使粘性土没有粘结的位置，直接从刀盘开口顺利进入到泥水室；
③刀盘开口部位采用特殊结构设计，开口设计成楔形梯形结构，使开口逐渐变大，利于碴土的流动。
在粘土地层中特别容易发生排泥管堵塞，为防止堵管、对泥浆系统需进行针对性设计，安装电磁控制球阀和相应管路，可以实现在进排浆管中进行反循环，反循环的目的是清理堵塞的排泥管。此外，在气仓的底部安装电磁球阀，在开挖模式下盾构司机可以在切削仓的上面实现反向循环，以便清理在破碎机和仓室底部的沉积物，在粘土地层中掘进时这种沉积物更是经常发生。反循环和底部注入可以在需要的基础上周期性使用，同时需采用重型的排泥泵，设计较大的排泥通道，能够泵送的最大粒径不小于180mm.泥浆泵的关键部件进行耐磨设计，以便适应泵送的磨损性介质。
7.5对高水压的适应性
过河隧洞穿越地层主要为富含地下水的砂土层，地下水压力高达0.45MPa，在高水压下施工，施工安全和工程防水是第一重点，隧洞防水是盾构法施工的关键。盾构在高水压地段推进，重点是保证主轴承密封、盾尾密封在高承压状态下的正常工作。
1）主轴承密封主轴承内外密封应具有自动润滑功能、自动密封功能、自动检测密封的工作状况功能和密封磨损后的继续使用功能，可采用唇形密封（图5）或指形密封（图6）。
2）盾尾密封盾尾密封（图7）是集弹簧钢、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构，在弹簧钢和钢丝刷上涂氟树脂进行防锈处理。盾尾密封可采用4道钢丝刷密封或3道钢丝刷密封加1道钢板束，在各盾尾密封之间注入油脂来提高止水性能。在盾尾设计1道膨胀应急密封，当钢丝刷密封正常时该密封弯曲在盾尾的沟槽里不起密封作用。当钢丝刷密封失效时通过注水或充气使该密封膨胀，将管片外侧与盾尾内侧之间的间隙完全密封以防止涌水从盾尾漏入隧洞内，并可在隧洞内安全更换前2～3道钢丝刷密封。
7.6对深竖井及长距离泥水输送的适应性
过河隧洞掘进时从北岸始发，北岸竖井深达50.5m，且隧洞线路长，长距离水平输送和高扬程的垂直输送要求送排泥泵具有大功率和大扬程。送排泥泵均采用变频驱动。送泥泵采用1台大功率、大扬程、大流量的重型泥浆泵；排泥泵采用3台大功率、大扬程、大流量的重型泥浆泵。具体是在盾构后配套拖车上安装1台主排泥泵，在竖井底部安装1台接力泵，当盾构掘进到过河隧洞的中间时在隧道内安装1台中继排泥泵。
邙山隧洞段施工时分离站从北岸搬至南岸，南岸竖井深达39.95m，受竖井周围场地（约2000m2）的限制，泥水分离站宜建在山上。盾构施工时仍使用1台送泥泵、3台排泥台，主排泥泵安装在盾构上，中继泵安装在南岸竖井底部，接力泵安装在竖井平台上。
7.7地表沉降控制要求
盾构需穿越不同埋深的地层，在不同位置水压力也不同，盾构应具有良好的泥水压力调整功能，满足地表沉降控制在规定范围，保证能够顺利安全穿越黄河。为了减小泥水压力的波动宜采用气压式间接控制型泥水盾构。
7.8精确的方向控制要求
要求盾构具有良好的方向控制能力，导向系统具有很高的精度，以保证线路方向误差控制在规定的范围内。盾构方向的控制包括两个方面：一是盾构本身能够进行纠偏、转向，二是采用先进的导向技术保证盾构掘进方向的正确。
7.9环境保护的要求
环境保护包括三个方面：一是盾构施工时对周围自然环境的保护，使用的辅助材料如油脂、泥浆添加剂等不对环境造成污染；二是盾构及后配套设备无大的噪声、震动等；三是盾构法施工的现场环境管理，隧洞内的施工污水通过低压排污泵抽到污水箱，再通过污水箱中的高压泵泵送到泥浆回路。
7.10长距离掘进不换刀技术
本工程在过河隧洞掘进时一次掘进距离长达3450m，为了安全可靠必须避免刀盘磨损和中途换刀。对刀盘和刀具必须进行耐磨性设计，刀盘的面板焊接格栅状的特殊耐磨材料，刀盘的外圈焊接高强度的耐磨板，在刀盘的开口部位进行表面硬化，充分保证刀盘在掘进时的耐磨性能。长距离掘进中途不换刀一般采用图8的两种方案。方案一：设计救援刀具，在初装刀具磨损到极限后将内藏的救援刀具伸出；方案二：
采用高耐磨切刀，切刀的刀刃采用双层碳化钨结构。由于内藏式救援刀结构较复杂、成本较高，穿黄隧洞宜采用双层高耐磨碳化钨切刀。
为确保刀具的高耐磨性所有刀具均采用碳化钨刀具，先行刀和切刀均采用双层碳化钨刀刃，并设计有耐磨齿。在不同区域的切刀上安装刀具磨损量检测装置，及时掌握刀具的磨损情况，保证刀具正常工作，除此之外还应采取以下措施。
1）刀具的排列行数在刀盘面板的同一轨迹上，通过增加刀具的排列行数来增加刀具数量，以减少每把刀具的磨损。
2）采用超硬重型刀具连同安装刀具用的刀座一起大型化，加大刀具的宽度，以达到增大刀刃的耐磨性
3）刀具背面进行耐磨防护在超硬刀具背面进行充分的硬化堆焊，设计双排碳钨合金柱齿，防止刀具的基材磨损。
4）带压换刀作为应急措施配备双气路的双室人仓，以便在压缩空气下带压进入开挖室和隧洞掌子面，确保万一需要换刀时的施工安全和快速作业。
7.11盾构的可靠性和安全性
盾构施工时应保证人员及设备的安全。盾构的可靠性是工程施工的重要保障，盾构的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠。盾构的可靠性表现在以下方面：对地质的适应性，整体设计的可靠性；设备本身性能、质量、使用寿命等的可靠性；在盾构设计的同时应该考虑到应用先进的技术来确保施工安全及人员和设备的安全。
为了保证刀具检修更换及处理障碍物作业的特殊空间需要，刀盘可采用可伸缩型并具有足够的伸缩行程，必要时在沉浸墙上设置隔板安全门，保证在常压下进入气压调节仓进行维修破碎机和进行吸泥管的排堵，确保作业的快速和安全。
8、泥水处理设备的选择
8.1泥水处理概述
泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，开挖土碴与泥浆混合由排浆泵输送到洞外的泥水分离站，经分离后进入泥浆调整池进行泥水性状调整后，由送泥泵将泥浆送往盾构的泥水平衡仓重复使用，将泥水中的水和土分离的过程称为泥水处理。
泥水处理分为三级。一级泥水处理的对象是粒径74μm以上的砂和砾石，工艺比较简单，用振动筛或有旋流器的离心机等设备对其进行筛分，分离出的土颗粒用车运走。二级泥水处理的对象主要是一级处理时不能分离的74μm以下的淤泥、粘土等的细小颗粒。三级处理是对需排放的剩余水作PH值调整，使泥水排放达到国家环保要求。
泥水处理系统设于地面，由泥水分离系统和泥浆制备系统两部分组成。泥水分离系统主要由振动筛、旋流器、储浆槽、调整槽、碴浆泵等组成；泥浆制备系统由沉淀池、调浆池、制浆设备等组成。
8.2泥水分离站选型
选择泥水分离设备时必须考虑两个方面：①有效地分离排泥浆中的泥土和水分；②具有与盾构最大推进速度相适应的分离能力。
8.3泥水处理工艺
地质不同，泥浆处理的工艺也不同。在一般情况下砂质土只需进行一级处理，粘性土需进行二级处理，对需排放的剩余水进行三级处理，作PH值调整。
1）一级除砂处理盾构在砂砾石层或细砂、中粗砂层掘进时只需进行一级除砂处理。其工艺流程如下：竖井内的排泥泵将携带土碴的污浆输送到分离站的预筛器，经振动筛选后，粒径在3mm以上的碴料分离出来，筛余的泥浆进入储浆槽，由碴浆泵从储浆槽内抽吸泥浆，在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从旋流除砂器进浆口切向射入，经过旋流除砂器分选，粒级74um以上的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入细筛；细筛脱水筛选后，干燥的细碴料分离出来；经过第二道筛选的泥浆循环返回储浆槽内，处理后的干净泥浆从旋流器溢流管进入中储箱，然后沿出浆软管输送到调浆池。
2）二级除砂处理盾构在粉土、粉砂层掘进时，一级除砂处理不足以将泥浆密度及含砂率降至合理范围内时需进行二级除砂处理。其流程如下：盾构排出的泥浆经排泥管输送至预振筛内，预振筛将泥浆中3mm以上的砂砾筛除，经旋流除砂分离及细筛脱水后清除74μm以上的砂质颗粒，经过第二道筛选的泥浆进入小直径旋流除砂器，将泥浆中剩余的74μm以上砂质清除，并同时清除掉45μm以上的泥质颗粒。二次除砂后的泥浆由出浆口输送至沉淀池。
3）一级除砂、二级除泥处理在粘土地层掘进时需进行二级除泥处理。其工艺流程与二级除砂处理相似，不同之处在于旋流除泥器组的应用。通过小直径的长锥除泥器和超细目振动筛网的组合，二级除泥处理后泥浆中30μm以上的泥质颗粒及时清除，粘度得以控制，见图9.
4）三级处理三级处理是将进入PH槽中的液体进行酸碱处理，以达到排放标准。采用的材料主要是稀硫酸或适量的二氧化碳气体。
8.4泥水性能管理
从泥水分离站排出的泥浆经沉砂池沉淀后进入调浆池，在调浆池内由制浆系统的高速制浆机对泥浆进行调配，确保输送到盾构的泥浆性能满足使用要求。
在泥水循环利用的过程中，泥水性能的管理主要是对泥浆质量的控制，即对泥浆最大颗粒粒径、粒径分布、泥浆密度、泥水粘度的管理。穿黄隧洞施工时泥水粘度一般控制在25～35s范围内。当泥水粘度过大时排泥管易堵塞。泥水密度是一个主要控制指标，过高将影响泥水的输送，过低将破坏开挖面的稳定，一般在能满足开挖面稳定的情况下泥水密度越小越好，这样能节省泥水制作成本，减少膨润土的消耗。掘进过程中对泥浆性状进行管理时根据地质而定，送泥密度一般控制在1.15～1.2g/cm3之间。当泥水密度偏低时通过快速制浆机加入膨润土进入调整；当密度偏高时加入清水进行稀释。
9、盾构关键参数的计算
盾构关键参数的计算是盾构选型的参考依据，盾构工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，由于受地质因素、土质改良方法和掘进参数等一系列因素的影响，在盾构参数计算的方法上存在很多的不确定因素。至今应用的盾构参数计算方法在很大程度上只是处于研究、探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法，盾构关键参数的计算主要包括以下内容。
1）推力计算盾构推进过程中的阻力主要包括盾壳和土层的摩擦力、土压的正面阻力、水压的正面阻力、盾尾密封与管片之间的摩擦力、拖拉后配套的力。盾构施工时为满足上坡、曲线施工和纠偏的需要，无法充分利用所有的推进油缸，推进系统装备的推进力必须留有足够的余量，总推力应大于总阻力的1.3～1.5倍。
2）刀盘扭矩的计算盾构在软土中推进时的扭矩包括切削扭矩（克服泥土切削阻力所需的扭矩）、刀盘自重形成的轴承扭矩、刀盘轴向荷载形成的轴承扭矩、主轴承密封装置摩擦力矩、刀盘前面摩擦扭矩、刀盘圆周面的摩擦反力矩、刀盘背面摩擦力矩和刀盘开口槽的剪切力矩等。
3）功率计算主要包括主驱动功率计算、推进系统功率计算。
4）同步注浆能力的计算首先计算同步注浆应具备的理论能力，再考虑1.5～1.8的注入率，同时还要考虑注浆泵的效率，一般按75%的效率计算。
5）泥水输送系统参数的计算主要包括送排泥流量的计算、送排泥流速的计算、送排泥扬程的计算。
10、结束语
盾构选型主要依据招标文件、工程勘察报告、隧洞设计和相关标准和规范，针对工程特点及难点、隧洞设计参数、盾构施工工艺和进度要求等因素进行分析，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参数和辅助设备的配置等进行研究，并邀请具有同类盾构制造经验国际著名的盾构制造商和国内外盾构设计、隧洞设计及盾构施工方面的专家共同参与。经过反复论证和研究，参照类似工程盾构的选型及施工情况，完成适应穿黄隧洞施工盾构的选型工作，确定盾构方案、主要功能、主要技术性能参数及辅助设备的配置。盾构选型是盾构法施工的关键环节，直接影响盾构隧洞的安全、质量、工艺及成本，为了保证南水北调穿黄隧洞工程的顺利完成，必须重视盾构的选型工作。穿黄隧洞施工用盾构应进行国际性招标，在建设管理单位指导下进行盾构的采购，邀请建设单位专家审核盾构国际招标文件。
1、前言
南水北调中线工程属特大型跨流域调水工程，从长江支流汉江上的丹江口水库引水，跨江、淮、黄、海四大流域，主要向唐白河流域、淮河中上游和海河流域的湖北、河南、河北、北京及天津供水。主体工程由水源区工程和输水工程两大部分组成，输水工程包括总干渠、天津干渠工程以及穿黄河工程。
穿黄工程是南水北调中线总干渠与黄河的交叉建筑物，是总干渠上规模最大、技术最复杂并控制工期的关键性工程，一期设计输水流量265m3/s、加大设计流量320m3/s.为确保穿黄工程万无一失，水利部指派黄河水利委员会勘测规划设计研究院和长江水利委员会长江勘测规划设计研究院两 大全国最权威的水利部门分别独立设计渡槽、隧洞两个方案。
隧洞方案与渡槽方案相比，可免受温度、冰冻、大风、意外灾害等不利因素影响，耐久性好，检修维护相对简单；采用渡槽方案则增加了世界治水史上最为宏伟的人文景观，而且还可以成为具有较高开发价值的旅游资源。从技术上看，无论是渡槽还是隧洞方案都是可行的，并且工程造价相当。经过水利部及国家计委组织的专家多次审查，考虑到隧洞方案可避免与黄河河势、黄河规划的矛盾，且盾构法施工技术国内外都有成功经验，因此最终选择了隧洞方案。
2、工程概况
穿黄工程位于河南省郑州市上游约30km处，线路总长19.30km，南起荥阳市李村村西，北至河南焦作市温县陈沟村西。主体工程由南北岸渠道、南岸退水洞、进口建筑物、穿黄隧洞、出口建筑物、北岸防护堤、北岸新老蟒河交叉工程以及孤柏嘴控导工程等组成。
穿黄隧洞总长4250m，包括过河隧洞段和邙山隧洞段，双洞布置，隧洞轴线间距为28m，两洞各采用一台盾构自北向南推进。穿黄隧洞最大埋深35m，最小埋深23m；最高水压为0.45MPa；最小曲线半径为800m；过河隧洞段坡度为1‰和2‰，邙山隧洞段坡度为49.107‰；穿黄隧洞为圆断面，内径？7.0m，外径8.7m，隧洞外层为7等分装配式普通钢筋混凝土管片结构，管片内径为7.9m，外径为8.7m，管片宽度1.6m；内层为现浇预应力钢筋混凝土整体结构，厚45cm，标准分段长度为9.6m，隧洞内衬在与北岸和南岸施工竖井衔接的洞段以及地层变化洞段将局部加密；内外层衬砌由弹性防、排水垫层相隔。
3、工程地质
过河隧洞桩号5＋658.57～9+108.57，全长3450m.北岸始发竖井中心高程67m，桩号9＋108.57；南岸到达竖井中心高程72.45m，桩号5＋658.57.过河隧洞穿越的主要地层为Q2粉质壤土、Q41砂层和砂砾（泥砾）石层。根据隧洞围土的组成可划分为三种类型：
1）单一粘土结构隧洞围土为Q2粉质壤土层，分布在桩号5+658～6+033和7+109～7+919，总长1185m.
2）上砂下土结构隧洞围土上部为Q41砂层，下部为Q2粉质壤土层，分布在桩号6+033～7+109和7+919～8+233，总长1390m.
3）单一砂土结构隧洞围土主要为Q41中砂层，局部为粗砂层，砂层中零星分布砂砾石透镜体，该类结构分布在桩号8+233以北，长875m.
过河隧洞开挖范围内，砾卵石粒径2～10cm；Q2粉质壤土中夹有钙质结核层；Q41砂层中石英颗粒含量较高，达40％～70％，且分布有泥砾层和砂砾石透镜体，局部有淤泥质粉质壤土透镜体；在桩号8+670～8+940之间，隧洞底板分布有Q3粉质粘土，应考虑其变形特性。根据目前地质勘察资料，不排除在隧洞掘进过程中偶遇粒径大于15cm的块石、枯树及上第三系粘土岩、砂岩、粉砂岩和砂质粘土岩的可能性。上第三系的粘土岩、砂岩、粉砂岩和砂质粘土岩成岩作用差。粘土岩强度较Q2粘土略高，抗压强度为0.53 MPa；砂岩一般为泥质胶结，强度低，抗压强度为0.62MPa.局部分布有薄层钙质胶结的砂岩，呈坚硬状，强度较高，抗压强度为16.5MPa.
邙山隧洞段桩号5+658.57～4＋893.57，长800m.桩号4＋893.57～5＋090隧洞段为黄土状壤土；桩号5＋090～5＋359.08段为粉质壤土，中间夹3层古土壤层；桩号5＋359.08～5＋658.57段为粉质壤土，中间夹4层古土壤层，其下多富积钙质结核或钙质结核层。粉质壤土渗透系数k＝1×10－5cm/s，黄土渗透系数为1×10－5～1×10－4cm/s.黄土状粉质壤土渗透系数k＝3.7×10－5～1.0×10－4cm/s.过河隧洞段穿越的饱和含水砂层，其渗透系数k＝10-3～10-2cm/s.
4、盾构类型的选择
4.1盾构类型与地层的关系
盾构选型应从安全性、可靠性、经济性等方面综合考虑，所选择的机型要能尽量减少辅助施工法并确保施工安全可靠。不同类型的盾构适应的地质范围不同，盾构选型的主要依据是土质条件、岩性，要确保所选择的盾构能适应地质条件，保持开挖面稳定。
土压平衡盾构是依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面使其稳定，主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工。在粘性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出，在螺旋机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时螺旋机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。当含砂量超过某一限度时泥土的塑流性明显变差，土仓内的土体因固结作用而被压密，导致碴土难以排送，需向土仓内注水或泡沫、泥浆等，以改善土体的塑流性。
泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送入泥水平衡仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围较大，能适应穿黄工程的所有地质。
从地质条件来看，本工程可使用加泥式土压平衡盾构和泥水平衡盾构。但使用加泥式土压平衡盾构在砂层和砂砾（泥砾）石层施工时需要向开挖仓中注添加剂，以改善碴土的性能，使其成为具有良好塑流性、低的摩擦系数及止水性的碴土，且对于砂砾（泥砾）石层，开挖破碎后可能会有大颗粒碴土，需要考虑螺旋输送机通过粒径的能力。泥水盾构能适应粉质壤土、砂层和砂砾（泥砾）石层等各种地质，对于砂砾（泥砾）石层可在泥水平衡仓内设置破碎机。
4.2盾构类型与水压及渗透性的关系
地层渗透系数是盾构选型的重要因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的渗透系数小于10-7m/s时可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于10-4m/s时，如采用土压平衡盾构开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌，施工困难。本工程过河隧洞段穿越的饱和含水砂层，其渗透系数k＝10-3～10-2cm/s，远远超过土压平衡盾构允许的最大范围，因此宜采用泥水盾构。
当水压大于0.3MPa时螺旋输送机也难以形成有效的土塞效应，在输送机排土闸门处易发生水土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。本工程水压高达0.45MPa，采用泥水盾构最适应南水北调中线一期穿黄工程的地质情况和水文情况，可以确保穿黄隧洞工程施工安全可靠。
5、盾构驱动方式的选择
由于受始发竖井结构尺寸的限制，盾构设计时要求结构紧凑、效率高、起动扭矩大、设备的散热温度低，所以对盾构驱动方式的选择非常关键。驱动方式有三种，一是变频电机驱动，二是液压驱动，三是定速电机驱动，鉴于定速电机驱动时刀盘转速不能调节，一般不采用。现将变频驱动与液压驱动进行比较，见表1.经综合评价宜采用变频驱动。
6、泥水压力控制模式的选择
泥水盾构根据泥水平衡仓构造形式和对泥浆压力的控制方式不同分为直接控制型和间接控制型。
直接控制型泥水盾构采用泥水直接加压模式，其泥水输送系统的流程如下：送泥泵从地面调浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水仓，与开挖泥土进行混合形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。直接控制型泥水盾构的泥水压力通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行，送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。
间接控制型泥水盾构的泥水压力控制采用气压模式，由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板（沉浸墙），在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力，由于空气缓冲层的弹性作用，当液位波动时对支护泥浆压力变化无明显影响，泥水压力的波动小，控制精度高，对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利，因此选择间接控制型泥水盾构最佳。
7、本工程对泥水盾构的设计要求
7.1对砂土地层及砂卵石地层的适应性
过河隧洞段穿越的主要地层为Q2粉质壤土、Q41砂层和砂砾（泥砾）石层。其中上砂下土结构的地层总长1390m，隧洞上部为Q41砂层；单一砂土结构的地层总长为875m，隧洞主要为Q41中砂层，局部为粗砂层，砂层中零星分布砂砾石透镜体。
这种地层石英含量高，对刀盘、刀具、管路的磨损性强，砂土地层渗透性大，需要的泥水平衡压力更大，而需要的扭矩通常较小，在这种地层中施工通常要损失更多的泥浆。施工中应特别注意泥浆循环的速度不能低于防止泥浆沉淀所需的最小速度，因此盾构在砂土地段的施工时应重点考虑以下功能：①具备平衡掌子面水土压力的能力；②刀盘、刀具、泥浆管路的高耐磨性；④合理的刀盘及刀具设计，恰当的刀盘开口率，合理的开口位置；⑤盾构本体在压力状态下的防水密封性能；⑥防止流砂；⑦人仓设计；⑧管片壁后同步注浆系统；⑨能够对较大的卵石进行破碎，有效防止堵管情况的发生。
7.2适应卵石、孤石、古树等不良地质
砂卵石地层中土体属松散体，若采用适用于硬岩的滚刀进行破岩，则在滚刀的掘进挤压下土体会产生较大的变形，滚刀将不转动，大大降低了滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。穿越砂卵石地层宜采用碳化钨球齿滚刀（图2）或碳化钨撕裂刀（图3），但碳化钨球齿滚刀不能对古树等进行有效破碎，为了适应卵石、孤石、古树等不良地质，采用碳化钨撕裂刀较适应穿黄工程的不良复杂地质。
在泥水平衡仓的底部的排泥管前面安装一个颚板式碎石机，用来破碎漂石和钙质结核，使其破碎后能通过排浆管排出。破碎机配有栏石隔栅，用来限制进入排泥管路石块的尺寸。
7.3对软硬不均地层的适应性
过河隧洞段穿越的地层主要有全土层、全砂土层、复合层、钙质结核土层和砂砾石层（或泥砾层），邙山隧洞段穿越的地层主要有全土层和钙质结核土层。刀盘上布置双层碳化钨先行刀（撕裂刀）、双层碳化钨切刀和碳化钨刮刀。碳化钨刀具的高强度和高耐磨性完全适应穿黄工程的地质条件。对于地层较大的卵石，在泥水室中安装液压油缸驱动的破碎机（图4）进行破碎。刀盘上焊接的耐磨条及耐磨焊层也是刀盘在复合地层中掘进时的重要保证措施。
盾构在软硬不均地段掘进时，由于刀盘的受力不均而易发生姿态较难控制的现象，为此盾构的推进油缸在圆周方向进行分组，每组可以单独调整推进力和推进行程而改变盾构的掘进方向。盾构采用先进的激光导向系统，盾构的姿态可以随时反映在操作室内，从而可以对盾构的姿态随时进行灵活的调整，同时配合调整刀盘的推力和扭矩参数保证盾构在软硬不均地段保持正确的姿态。
7.4对粘土地层的适应性
总体而言，粘土地层的渗透性更小、自稳性更好，因此需要的泥水平衡的压力比在砂层中更小。但粘性地层掘进时刀盘需要更大的扭矩，盾构需配备较大的刀盘驱动功率；同时要防止刀盘中心粘结泥饼和防止排泥管路堵塞。
刀盘中心部位线速度较低，粘土、粉土、膨润土等粘稠土体在中心部位的流动性较差，粘性土容易在中心部位沉积，同时在泥水仓的后部也容易粘结泥饼。设计盾构时采用如下措施：
①采用膨润土泥浆冲洗系统，在刀盘的中心设计膨润土注入口，用于对刀盘中心部位进行冲洗和清理；
②加大中心部位开口率，使粘性土没有粘结的位置，直接从刀盘开口顺利进入到泥水室；
③刀盘开口部位采用特殊结构设计，开口设计成楔形梯形结构，使开口逐渐变大，利于碴土的流动。
在粘土地层中特别容易发生排泥管堵塞，为防止堵管、对泥浆系统需进行针对性设计，安装电磁控制球阀和相应管路，可以实现在进排浆管中进行反循环，反循环的目的是清理堵塞的排泥管。此外，在气仓的底部安装电磁球阀，在开挖模式下盾构司机可以在切削仓的上面实现反向循环，以便清理在破碎机和仓室底部的沉积物，在粘土地层中掘进时这种沉积物更是经常发生。反循环和底部注入可以在需要的基础上周期性使用，同时需采用重型的排泥泵，设计较大的排泥通道，能够泵送的最大粒径不小于180mm.泥浆泵的关键部件进行耐磨设计，以便适应泵送的磨损性介质。
7.5对高水压的适应性
过河隧洞穿越地层主要为富含地下水的砂土层，地下水压力高达0.45MPa，在高水压下施工，施工安全和工程防水是第一重点，隧洞防水是盾构法施工的关键。盾构在高水压地段推进，重点是保证主轴承密封、盾尾密封在高承压状态下的正常工作。
1）主轴承密封主轴承内外密封应具有自动润滑功能、自动密封功能、自动检测密封的工作状况功能和密封磨损后的继续使用功能，可采用唇形密封（图5）或指形密封（图6）。
2）盾尾密封盾尾密封（图7）是集弹簧钢、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构，在弹簧钢和钢丝刷上涂氟树脂进行防锈处理。盾尾密封可采用4道钢丝刷密封或3道钢丝刷密封加1道钢板束，在各盾尾密封之间注入油脂来提高止水性能。在盾尾设计1道膨胀应急密封，当钢丝刷密封正常时该密封弯曲在盾尾的沟槽里不起密封作用。当钢丝刷密封失效时通过注水或充气使该密封膨胀，将管片外侧与盾尾内侧之间的间隙完全密封以防止涌水从盾尾漏入隧洞内，并可在隧洞内安全更换前2～3道钢丝刷密封。
7.6对深竖井及长距离泥水输送的适应性
过河隧洞掘进时从北岸始发，北岸竖井深达50.5m，且隧洞线路长，长距离水平输送和高扬程的垂直输送要求送排泥泵具有大功率和大扬程。送排泥泵均采用变频驱动。送泥泵采用1台大功率、大扬程、大流量的重型泥浆泵；排泥泵采用3台大功率、大扬程、大流量的重型泥浆泵。具体是在盾构后配套拖车上安装1台主排泥泵，在竖井底部安装1台接力泵，当盾构掘进到过河隧洞的中间时在隧道内安装1台中继排泥泵。
邙山隧洞段施工时分离站从北岸搬至南岸，南岸竖井深达39.95m，受竖井周围场地（约2000m2）的限制，泥水分离站宜建在山上。盾构施工时仍使用1台送泥泵、3台排泥台，主排泥泵安装在盾构上，中继泵安装在南岸竖井底部，接力泵安装在竖井平台上。
7.7地表沉降控制要求
盾构需穿越不同埋深的地层，在不同位置水压力也不同，盾构应具有良好的泥水压力调整功能，满足地表沉降控制在规定范围，保证能够顺利安全穿越黄河。为了减小泥水压力的波动宜采用气压式间接控制型泥水盾构。
7.8精确的方向控制要求
要求盾构具有良好的方向控制能力，导向系统具有很高的精度，以保证线路方向误差控制在规定的范围内。盾构方向的控制包括两个方面：一是盾构本身能够进行纠偏、转向，二是采用先进的导向技术保证盾构掘进方向的正确。
7.9环境保护的要求
环境保护包括三个方面：一是盾构施工时对周围自然环境的保护，使用的辅助材料如油脂、泥浆添加剂等不对环境造成污染；二是盾构及后配套设备无大的噪声、震动等；三是盾构法施工的现场环境管理，隧洞内的施工污水通过低压排污泵抽到污水箱，再通过污水箱中的高压泵泵送到泥浆回路。
7.10长距离掘进不换刀技术
本工程在过河隧洞掘进时一次掘进距离长达3450m，为了安全可靠必须避免刀盘磨损和中途换刀。对刀盘和刀具必须进行耐磨性设计，刀盘的面板焊接格栅状的特殊耐磨材料，刀盘的外圈焊接高强度的耐磨板，在刀盘的开口部位进行表面硬化，充分保证刀盘在掘进时的耐磨性能。长距离掘进中途不换刀一般采用图8的两种方案。方案一：设计救援刀具，在初装刀具磨损到极限后将内藏的救援刀具伸出；方案二：
采用高耐磨切刀，切刀的刀刃采用双层碳化钨结构。由于内藏式救援刀结构较复杂、成本较高，穿黄隧洞宜采用双层高耐磨碳化钨切刀。
为确保刀具的高耐磨性所有刀具均采用碳化钨刀具，先行刀和切刀均采用双层碳化钨刀刃，并设计有耐磨齿。在不同区域的切刀上安装刀具磨损量检测装置，及时掌握刀具的磨损情况，保证刀具正常工作，除此之外还应采取以下措施。
1）刀具的排列行数在刀盘面板的同一轨迹上，通过增加刀具的排列行数来增加刀具数量，以减少每把刀具的磨损。
2）采用超硬重型刀具连同安装刀具用的刀座一起大型化，加大刀具的宽度，以达到增大刀刃的耐磨性
3）刀具背面进行耐磨防护在超硬刀具背面进行充分的硬化堆焊，设计双排碳钨合金柱齿，防止刀具的基材磨损。
4）带压换刀作为应急措施配备双气路的双室人仓，以便在压缩空气下带压进入开挖室和隧洞掌子面，确保万一需要换刀时的施工安全和快速作业。
7.11盾构的可靠性和安全性
盾构施工时应保证人员及设备的安全。盾构的可靠性是工程施工的重要保障，盾构的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠。盾构的可靠性表现在以下方面：对地质的适应性，整体设计的可靠性；设备本身性能、质量、使用寿命等的可靠性；在盾构设计的同时应该考虑到应用先进的技术来确保施工安全及人员和设备的安全。
为了保证刀具检修更换及处理障碍物作业的特殊空间需要，刀盘可采用可伸缩型并具有足够的伸缩行程，必要时在沉浸墙上设置隔板安全门，保证在常压下进入气压调节仓进行维修破碎机和进行吸泥管的排堵，确保作业的快速和安全。
8、泥水处理设备的选择
8.1泥水处理概述
泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，开挖土碴与泥浆混合由排浆泵输送到洞外的泥水分离站，经分离后进入泥浆调整池进行泥水性状调整后，由送泥泵将泥浆送往盾构的泥水平衡仓重复使用，将泥水中的水和土分离的过程称为泥水处理。
泥水处理分为三级。一级泥水处理的对象是粒径74μm以上的砂和砾石，工艺比较简单，用振动筛或有旋流器的离心机等设备对其进行筛分，分离出的土颗粒用车运走。二级泥水处理的对象主要是一级处理时不能分离的74μm以下的淤泥、粘土等的细小颗粒。三级处理是对需排放的剩余水作PH值调整，使泥水排放达到国家环保要求。
泥水处理系统设于地面，由泥水分离系统和泥浆制备系统两部分组成。泥水分离系统主要由振动筛、旋流器、储浆槽、调整槽、碴浆泵等组成；泥浆制备系统由沉淀池、调浆池、制浆设备等组成。
8.2泥水分离站选型
选择泥水分离设备时必须考虑两个方面：①有效地分离排泥浆中的泥土和水分；②具有与盾构最大推进速度相适应的分离能力。
8.3泥水处理工艺
地质不同，泥浆处理的工艺也不同。在一般情况下砂质土只需进行一级处理，粘性土需进行二级处理，对需排放的剩余水进行三级处理，作PH值调整。
1）一级除砂处理盾构在砂砾石层或细砂、中粗砂层掘进时只需进行一级除砂处理。其工艺流程如下：竖井内的排泥泵将携带土碴的污浆输送到分离站的预筛器，经振动筛选后，粒径在3mm以上的碴料分离出来，筛余的泥浆进入储浆槽，由碴浆泵从储浆槽内抽吸泥浆，在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从旋流除砂器进浆口切向射入，经过旋流除砂器分选，粒级74um以上的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入细筛；细筛脱水筛选后，干燥的细碴料分离出来；经过第二道筛选的泥浆循环返回储浆槽内，处理后的干净泥浆从旋流器溢流管进入中储箱，然后沿出浆软管输送到调浆池。
2）二级除砂处理盾构在粉土、粉砂层掘进时，一级除砂处理不足以将泥浆密度及含砂率降至合理范围内时需进行二级除砂处理。其流程如下：盾构排出的泥浆经排泥管输送至预振筛内，预振筛将泥浆中3mm以上的砂砾筛除，经旋流除砂分离及细筛脱水后清除74μm以上的砂质颗粒，经过第二道筛选的泥浆进入小直径旋流除砂器，将泥浆中剩余的74μm以上砂质清除，并同时清除掉45μm以上的泥质颗粒。二次除砂后的泥浆由出浆口输送至沉淀池。
3）一级除砂、二级除泥处理在粘土地层掘进时需进行二级除泥处理。其工艺流程与二级除砂处理相似，不同之处在于旋流除泥器组的应用。通过小直径的长锥除泥器和超细目振动筛网的组合，二级除泥处理后泥浆中30μm以上的泥质颗粒及时清除，粘度得以控制，见图9.
4）三级处理三级处理是将进入PH槽中的液体进行酸碱处理，以达到排放标准。采用的材料主要是稀硫酸或适量的二氧化碳气体。
8.4泥水性能管理
从泥水分离站排出的泥浆经沉砂池沉淀后进入调浆池，在调浆池内由制浆系统的高速制浆机对泥浆进行调配，确保输送到盾构的泥浆性能满足使用要求。
在泥水循环利用的过程中，泥水性能的管理主要是对泥浆质量的控制，即对泥浆最大颗粒粒径、粒径分布、泥浆密度、泥水粘度的管理。穿黄隧洞施工时泥水粘度一般控制在25～35s范围内。当泥水粘度过大时排泥管易堵塞。泥水密度是一个主要控制指标，过高将影响泥水的输送，过低将破坏开挖面的稳定，一般在能满足开挖面稳定的情况下泥水密度越小越好，这样能节省泥水制作成本，减少膨润土的消耗。掘进过程中对泥浆性状进行管理时根据地质而定，送泥密度一般控制在1.15～1.2g/cm3之间。当泥水密度偏低时通过快速制浆机加入膨润土进入调整；当密度偏高时加入清水进行稀释。
9、盾构关键参数的计算
盾构关键参数的计算是盾构选型的参考依据，盾构工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，由于受地质因素、土质改良方法和掘进参数等一系列因素的影响，在盾构参数计算的方法上存在很多的不确定因素。至今应用的盾构参数计算方法在很大程度上只是处于研究、探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法，盾构关键参数的计算主要包括以下内容。
1）推力计算盾构推进过程中的阻力主要包括盾壳和土层的摩擦力、土压的正面阻力、水压的正面阻力、盾尾密封与管片之间的摩擦力、拖拉后配套的力。盾构施工时为满足上坡、曲线施工和纠偏的需要，无法充分利用所有的推进油缸，推进系统装备的推进力必须留有足够的余量，总推力应大于总阻力的1.3～1.5倍。
2）刀盘扭矩的计算盾构在软土中推进时的扭矩包括切削扭矩（克服泥土切削阻力所需的扭矩）、刀盘自重形成的轴承扭矩、刀盘轴向荷载形成的轴承扭矩、主轴承密封装置摩擦力矩、刀盘前面摩擦扭矩、刀盘圆周面的摩擦反力矩、刀盘背面摩擦力矩和刀盘开口槽的剪切力矩等。
3）功率计算主要包括主驱动功率计算、推进系统功率计算。
4）同步注浆能力的计算首先计算同步注浆应具备的理论能力，再考虑1.5～1.8的注入率，同时还要考虑注浆泵的效率，一般按75%的效率计算。
5）泥水输送系统参数的计算主要包括送排泥流量的计算、送排泥流速的计算、送排泥扬程的计算。
10、结束语
穿黄工程范文第2篇
关建词：穿黄隧洞孔道灌浆配合比优化
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约30km处，是南水北调中线的标志性、控制性工程，其任务是将中线调水从黄河南岸输送到黄河北岸之后向黄河以北地区供水。穿黄隧洞长4250m，采用双层衬砌，外衬为预制钢筋混凝土管片，内径7.9m，内衬为现浇后张法预应力钢筋混凝土，成洞内径为7.0m。隧洞内衬厚度为45cm，混凝土强度为C40W12F200，按照9.6m长度分段施工，每段布置21束预应力锚索，间距45cm，每束由12根预应力钢绞线集束而成。为了施工方便，内衬分二次浇筑成型，先浇筑底板混凝土，再浇筑边顶拱混凝土，由底板和边顶拱混凝土形成一个标准的预应力混凝土结构体，用后张法施加预应力后共同受力，达到有压承水的目的。
二、孔道灌浆的作用
穿黄隧洞锚索为后张法有粘结预应力锚索，锁定张拉力为2350KN。混凝土内衬施工时先预埋波纹管，待混凝土强度达到28天龄期后穿束张拉，张拉结束后对预留的锚具槽进行回填，最后再对波纹管进行孔道灌浆。
孔道灌浆的作用有两个：一是保护预应力筋免遭锈蚀。由于预应力筋在高应力状态下容易锈蚀，尤其是以钢丝组成的钢丝束、钢绞线等，如不及时采取防锈措施，就会因锈蚀而断裂；二是使预应力筋通过灰浆与周围混凝土结成整体，增加锚固的可靠性，提高构件的抗裂性和承载能力。灌入孔道的水泥浆或砂浆，既包覆预应力筋，又接触孔道壁，硬化后像胶粘剂一样，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同工作。
三、浆液配合比设计
根据设计要求，穿黄隧洞预应力孔道灌浆共有两个方案：方案A：浆液水灰比为0.5:1，流动度（坍落扩散500mm的时间）≤40S；方案B：浆液水灰比为0.45:1，流动度（坍落扩散500mm的时间）≤50S。两种方案均要求浆液搅拌3小时后，泌水率不宜大于2%，总泌水率不应大于3%，而且浆体应能在24小时内将泌水全部吸收。
为满足设计要求，施工单位通过多次试验，确定了浆液配合比,经室内试验泌水率控制在3%以内，强度及水泥浆性能满足设计要求，但从洞内试验段的实体检测和泌水性试验来看，顶拱上部的波纹管还是存在一定的空腔。
四、浆液配合比优化
南水北调是国家的重点工程，质量上精益求精。孔道灌浆试验过程中，国务院南水北调办公室专家委实地进行了考察指导，提出宝贵的意见。专家指出，为防止顶拱部位波纹管产生空腔，宜对孔道灌浆配合比进行优化，降低浆液泌水率。根据专家委意见，施工单位成立攻关小组，通过考察学习及反复试验，最终将浆液的泌水率控制在1%之内，极大了提高了穿黄隧洞预应力锚索孔道灌浆施工质量。
孔道灌浆浆液配合比的优化主要是通过对相同水泥和不同的外加剂进行强度及泌水率对比试验，来寻求满足设计及施工要求的最佳配比。
㈠原材料的选取
⑴水泥
水泥采用博爱金隅P.O42.5袋装水泥，经检测其物理力学性能试验结果满足GB175-2007标准要求。检测结果见表1：
P.O42.5水泥检验结果表1
⑵外加剂
外加剂分别采用山西黄腾高性能缓凝型减水剂和HT-MA真空辅助压浆专用助剂，检测结果满足《混凝土外加剂》GB8076-2008以及JTG/T《公路桥涵施工技术规范》要求，检测结果见下表2和表3：
山西黄腾高性能缓凝型减水剂性能检测结果 表2
山西黄腾HT-MA压浆剂检测结果 表3
⑶拌和用水
浆液拌和用水采用生产区饮用水。
㈡孔道灌浆室内试验
根据设计要求，孔道灌浆水灰比宜为0.45-0.50，28天强度不低于40MPa。根据其所送材料，使用博爱金隅P.O42.5水泥、山西黄腾高性能缓凝型减水剂和压浆剂进行配合比室内对比试验。
试验时采用相同的水灰比不同的外加剂进行对比，并对浆液进行强度及性能进行测定，试验结果如表4。
预应力锚索孔道灌浆成型试验结果 表4
从表4可以看出，SP-1试验配合比泌水率为1.2%，28d强度为51.0MPa，SP-2试验配合比泌水率为0.7%，28d强度为54.1MPa，均满足要求。
从试验数据来看掺有压浆剂的水泥浆后期强度要高于掺有减水剂的水泥浆，但扩散500mm的时间（s）及3h(%)的泌水率都小于使用减水剂的水泥浆，可见使用压浆剂后浆液的流动性更好，泌水率更低，更有利于现场施工。
㈢孔道灌浆生产性试验
根据前期地面试验成果，在隧洞内进行了生产性试验。通过现场试验验证，使用压浆剂的水泥浆均匀性和可灌性都比使用减水剂的水泥浆效果要好。通过对试验段的实体检测和现场水泥浆泌水率的检测，优化后使用压浆剂的配合比的水泥浆液基本无泌水现象，实体检测顶拱灌注饱满密实，从根本上减少或者杜绝顶拱空腔的形成，从而保证预应力钢绞线不受腐蚀。
㈣浆液配合比的确定
通过地面和隧洞生产性试验，掺有压浆剂的配合比对抑制孔道灌浆后空腔的减小方面更有成效。同时，根据设计要求及最大水灰比的规定，最终确定掺有压浆剂的配合比作为最终的配合比用于现场施工，如表5。
孔道灌浆施工配合比 表5
注：（1）水泥采用博爱金隅水泥有限公司金隅牌P.O42.5袋装水泥
（2）外加剂采用山西黄腾HT-MA真空辅助压浆专用助剂
穿黄工程范文第3篇
Abstract： There are less risk factors analysis on risk management of tunnel construction from the angle of the construction process. Based on the Yellow River Crossing Tunnel， this paper identifies the risk factors with the construction process. By using the FMEA method and considering the loss cost to analyze these risk factors， we can know how to deal with these risk factors.
关键词： 风险管理；FMEA；穿黄隧洞
Key words： risk management；Failure Modes and Effects Analysis；Yellow River Crossing Tunnel
中图分类号：TV67 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）02-0070-02
0 引言
穿黄隧洞采用水泥平衡盾构机施工，因工程地处7度地震区，是黄河游荡性河段，所以该段地表水与地下水连通使隧洞外部受动态水压力，内部受0.5MPa以上的水压力，施工过程中隧洞涌水风险大。加之隧洞的设计，施工方案的选择，都有别于常规，是隧洞施工上的一次突破。所以已有学者对穿黄隧洞的施工管理进行了研究，以期为日后类似工程施工的风险管理积累经验。韩黎明通过对盾构施工技术和穿黄隧洞施工方案的分析研究，分析了穿黄隧洞在施工过程中可能遇到的关键问题[1]；钮新强作为穿黄隧洞的设计参与者，从穿黄隧洞的线路、过河建筑物的型式、工程总体的布置等方面介绍了相关施工技术和管理要点[2]；杨恩文针对穿黄隧洞的地质条件分析了不同的施工技术、盾构机设备、辅助设施的设置，给出了适合于穿黄隧洞的整体施工方案[3]；张艳如通过施工监测的数据总结了施工通风及排水措施的实施[4]；符志远从隧洞运行的角度阐述了管理过程中的风险因子[5]；仲生星针对施工中出现的问题，提出了地层加固和气囊密封技术、短边控制长边测量技术[6]；华夏依据施工过程中收集的相关数据，通过控制图方法分析盾构机在不同地质情况和工况下的效率，为预测和控制类似工程积累了重要经验和基础资料[7]。
已有研究是从施工技术的角度分析总结施工过程中施工方案等的优化和改进方法，较少从管理的角度分析施工过程中可能存在的风险。而穿黄隧洞作为国内首个突破现有规范设计并施工的隧洞工程，不仅仅是其相关的施工技术值得研究学习，在施工过程中的管理经验同样值得研究和学习。因此，本文在以上研究的基础上，从施工方的角度，采用基于损失费用的FMEA（Failure Modes and Effects Analysis，故障模式影响分析）方法，按照施工工艺流程对施工过程中可能出现的风险进行分析评估，总结此类工程的风险管理经验。
1 FMEA方法
FMEA是工艺系统可靠性分析中最常用的一种定性分析方法，目的在于对每个工艺步骤中可能出现的故障模式按照风险优先数值的大小，制定相应的改进措施，直到风险优先数（RPN，Risk Priority Number）达到可以接受的水平。该方法综合风险发生的概率（O，occurrence）、风险的严酷度（S，severity）、和风险发生后被检测的难度（D，detectability）三个指标得到风险优先数。现在被广泛应用于各个领域，同时也有很多学者针对该方法存在的问题提出了相应的改进办法。本文采用的基于损失费用的FMEA分析方法，是将原有方法中的被检测难度（D）用施工过程中的相关定量数值代替，形成的一种定性与定量相结合的分析方法。
本文用风险因素所导致的工期延误天数占工期延误总天数的百分比（P，percent）乘以延误一天损失的费用（C，cost）代替被检测难度（D）这一指标。在定量分析之前，用严酷度等级给各个风险因素打分，按十分制算，严酷度等级在9级以上的（包括9级），直接列为风险管理的重点对象，制定相应的预防措施和应急管理办法。对于低于9级的，将运用发生概率和损失费用相结合的方法来计算RPN值，从而确定各个风险因素的优先顺序。
造成工期延误的原因有可能是多方面的，本文讨论施工管理中的经验总结，因此只讨论施工方管理不当造成的工期延误。工期延误所导致的损失费用包括误工一天的清单单价、维修费用等，这些可以从另一个方面反映造成这一工期延误的风险事件易于被检测的程度。
2 实例分析
2.1 风险因素识别
风险识别是风险管理的第一步，是对潜在风险的判别、分类和鉴定性质的过程。本文根据穿黄隧洞工程泥水平衡盾构施工工艺流程，参照《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》，系统的审视每一环节的细节与特点，总结如表1所示的施工风险因素集。
2.2 风险因素分析
对上述识别出来的风险因素进行分析，是根据这些风险因素的性质、可能造成的影响和影响的程度对其做出相应的排序，使得管理者可以根据排序决定各个风险因素的轻重缓急并制定相应的对策。
对于风险因素的发生概率和严酷度等级要依靠专家打分得到，在打分的过程中使用1-9的单数标度，具体的分值和其对应的语言描述如表2所示。
对于风险因素的可检测性，使用损失费用代替，数值客观，定量分析效果好。在测算工期延误一天所造成的费用损失时，为了方便计算，采用正在进行的分部分项工程工程量清单中给出的单价。施工方的原因造成工期延误时，施工方的人、材、机都有相应的误工费产生，如果发生机械故障，还有相应的维修费用产生。而工程量清单中给出的完成某一分部分项工程所做所有工作的综合单价，涵盖了这一分部分项工程所涉及的人、材、机费用和维修费的摊销。因此使用工程量清单单价方便计算而且合理有效。
2.2.1 定性分析
针对表中列出的风险因素，由专家打分给出严酷度等级，平均后的结果为该风险因素的最终严酷度得分。得分大于等于9的，列为必须加以控制的风险因素，针对这些风险因素应该制定应对措施，并在相应的施工环节重点防范。
2.2.2 定量分析
对于严酷度等级得分小于9的，由专家打分给出发生概率等级，并求平均值为最终发生概率得分。然后根据施工工艺流程找到该风险因素对应的分部分项工程，查询工程量清单单价得到该风险因素对应的损失费用，得到最终可控性得分。发生概率和可控性的相乘得到该风险因素的风险优先数RPN。由风险优先数RPN可以知道剩余风险因素的排序，由此排序可以针对各个风险因素的轻重缓急制定与之对应的风险应对措施。
2.2.3 实例计算
通过对工程实际情况的分析，筛选如下风险因素进行计算说明。根据风险优先数RPN= O*P*C计算的结果如表3所示。
从表3计算结果可以看出，在所列举的3个风险因素中，同步注浆质量不合格的风险优先数最大，是3者中影响最坏的，因此针对这一风险因素应该制定更为严格周密的风险因对措施。比如严格控制注浆材料的质量、合理选择注浆材料的参数、重点关注同步注浆的施工细节等。
2.3 风险应对措施
各个风险因素的风险优先数各不相同，不可能针对每一个风险优先数制定应对措施。因此为了操作简便，对于得到的可能出现的风险优先数分级考虑，不同级别的风险因素制定相应的措施。这样既可以对风险因素做出轻重缓急的量化排序，又易于操作。
3 结论
由施工工艺流程出发识别出的风险因素，具有穿黄隧洞泥水盾构施工的特点，得到的风险因素集合理全面。使用考虑了损失费用的FMEA方法，操作简单，对风险因素的分析结果有助于制定合理科学的风险应对措施。文中列举实例的分析结果说明了该方法的有效性，得到的风险应对措施为类似工程的施工风险管理累积了经验。
参考文献：
[1]韩黎明，李舜才.盾构技术与穿黄隧洞施工[J].南水北调与水利科技，2004，2（6）：41-43.
[2]钮新强，符志远，郑立平.南水北调中线穿越黄河输水隧洞技术研究[J].人民长江，2006，37（7）：1-4.
[3]杨恩文，汪雪英.盾构法施工在中线一期穿黄隧洞中的应用[J].隧道建设，2007：378-381.
[4]张艳如，于.南水北调东线穿黄隧洞施工技术研究[J].山西建筑，2008，34（32）：361-362.
[5]符志远，张传健.穿黄隧洞运行安全与检修条件评估[J].人民长江，2011，42（8）：111-118.
[6]仲生星，李荣智.穿黄隧洞工程泥水盾构掘进施工技术[J].人民长江，2011，42（8）：70-76.
[7]华夏，文军.南水北调中线一期穿黄工程盾构施工效率分析[J].人民长江，2011，42（16）：83-85.
穿黄工程范文第4篇
【关键词】黄夹克输油管道；腐蚀原因；防护措施
黄夹克输油管道在目前的输油管道中应用较为广泛，但是这种管道在实际的使用过程中，会因为各种因素的影响而出现严重的腐蚀问题，而这一问题的出现，会使得黄夹克输油管道的使用受到限制，因此，需要对黄夹克输油管道腐蚀的原因进行全面分析，积极采取有效的措施对这些问题进行解决，从而保障黄夹克输油管道的正常使用。
1.工程实例
某地区输油管道使用的原材料为直缝管，直缝管型号为Φ159×6，总长度为18.2km，其为了能够有效的抗腐蚀和保温，主要采用黄夹克泡沫塑料进行保护。夹克层主要采用的材料为高密度聚乙烯，而泡沫则采用的材料则为聚醚型，在输油管道正式投入使用时，并没有对其采取阴极保护措施，该输油管道在实际应用9个半月后，出现了严重的腐蚀现象，形成了腐蚀穿孔。但是这种问题没有得到及时的处理，久而久之，腐蚀穿孔的次数逐渐增加，在3年的使用时间中，该输油管道的腐蚀穿孔次数已经达到了30多次。在对相应的腐蚀穿孔位置进行合理的测量和分析之后得出，出现腐蚀穿孔的位置一般集中在三个区域，这三个区域分别是管道口、管线附近以及固定支墩的附近。
2.黄夹克输油管道腐蚀原因分析
2.1管道焊口附近的腐蚀.在该输油管道工程中，管道焊口经常出现腐蚀穿孔问题，而出现腐蚀穿孔的概率在35%以上，造成输油管道焊口腐蚀穿孔的主要原因为：首先，在管道的焊口，主要采用的补口材料为塑料以及聚乙烯，而聚乙烯为黑色，而塑料为泡沫型，在实际的应用中，主要是将泡沫塑料与预制瓦相连接，然后为了加强牢固性，需要利用胶带将两者充分的缠绕。在对管道焊口处的防水性能进行分析，在分析的过程中，发现管道焊口处的防水性能相对较低，无法满足管道实际防水性能的要求，而且其外部的胶带在缠绕的时候，缠绕的并不平整，这样就会使得胶带的表面出现褶皱问题，从而很容易出现扭曲错位问题。详见图1。在出现错位问题时，会使得管道的应力加大，在受到土壤压力的同时，就会使得管道焊口处的胶带出现变形，并且出现异动，这样就会使得管道中的夹层与胶带层之间出现缝隙，土壤中的腐蚀物质进入到缝隙中，从而对输油管道的表面形成腐蚀，造成穿孔的出现。
其次，该输油管道的焊口的焊缝很容易出现膨胀收缩的问题，在出现膨胀收缩问题时，会使得焊缝金属与热影响区之间的出现一些裂纹，同时也会使得两者之间的拉应力变大，在拉应力的影响下，裂缝就会逐渐变大，而裂缝的出现，将会直接影响到输油管道的强度和抗腐蚀能力，而腐蚀介质由裂缝进入，就会造成腐蚀穿孔的出现。
2.2管道在穿、跨越附近的腐蚀.从调查结果可知，发生穿孔的地方多位于跨河及穿越透气性差异较大的土壤附近，金属管道在运行过程中受输送介质温度的影响，其自身的温度也发生变化，这些变化导致管道产生巨大的热应力，热应力长期作用的结果使管道最薄弱部位首先受到腐蚀破坏，腐蚀穿孔发生。
2.3固定支墩的影响.在支墩处由于管蹬对管道涂层的破坏而导致水的渗入造成管道腐蚀穿孔。支墩处的穿孔比率占23%，主要是应力和氧浓差电池腐蚀联合作用的结果。
3.夹克层周向开裂的原因
温度的影响聚乙烯属线型高聚物，在挤出成型过程中要经历三种力学状态，即粘流态、高弹态和玻璃态。高聚物在粘流态流动的同时分子链有改变，即高弹形变。高弹形变需要一定的时间才能达到完全松弛。但是在实际制品生产过程中，总会有一部分未能松弛的链段被冻结在玻璃态。由于被冻结的链段有一种回弹松弛的趋势，这就产生了内应力，制品容易开裂。拉伸力的影响在生产中，聚乙烯通过喷头挤出后，在成型管的纵向受到一定拉伸力的作用，在作用过程中，由于聚乙烯层存在缺陷造成内应力的集中，此时聚乙烯层的缺陷部位再次被延伸，当延伸率超过该温度的许可值时，聚乙烯层发生垂直于应力方向的开裂。
4.防护措施
一般来说，输油管道在实际的应用中，其防水层会受到各种因素的影响，而出现磨损，在防水层被破坏的情况下，管道的保温效果就会受到保温层材料吸水能力的影响，如果保温层的吸水效果不理想，那么就会使得管道的导热能力并不强，而这样就会可很好的保障输油管道的抗腐蚀能力，而如果保温层的吸水效果好，则会使得管道的导热能力较强，这样就会严重降低输油管道的抗腐蚀能力。因此，在对输油管道进行施工的过程中，需要考虑到保温层的吸水效果，可以运用硬质聚氨酯泡沫塑料来进行保温层的设置，同时采用适宜的发泡技术，来保障输油管道的抗腐蚀性能。在现场施工的保护层材料，主要有沥青玻璃丝布、环氧树脂玻璃丝布及环氧煤沥青玻璃丝布三种。相比之下，环氧煤沥青玻璃丝布用作保护层时，涂料稀稠得当，漆膜覆盖性好，表面平整光滑，极少存在针孔，在现场施工极为方便。为了最大限度地降低腐蚀带来的危害，最好采用泡沫塑料防腐保温与阴极保护并用措施。即管道在防腐保温时抓好预制技术和补口技术，在原来的基础上不断采用新工艺，提高管道防腐保温质量。夹克层的质量取决于原材料的质量。为了防止聚乙烯包覆层在使用时由于环境应力作用会产生裂纹，可以适当改变夹克的配方，在高密度聚乙烯中添加炭黑和增加稳定剂，开发成黑夹克，通过试验和实际应用，证明其性能优于黄夹克。选用配套的补口技术，提高管道的补口质量，现场常用的补口方法有聚乙烯胶带补口和交联聚乙烯热收缩带补口等。
5.结语
综上所述，我国黄夹克输油管道主要出现腐蚀穿孔的区域为管道口、管线以及固定支墩附近，要想解决黄夹克输油管道腐蚀的问题，就需要从这三方面入手，积极采取有效的措施，来加强黄夹克输油管道的抗腐蚀能力以及保温效果，从而保障黄夹克输油管道能够正常的进行输油工作，从而提高黄夹克输油管道输油效率，以保障石油的利用率。
参考文献
[1]顾克江，朱网生.水网地区地下输油管线防腐与修复新技术应用[J].石油工业技术监督，2007（11）.
[2]吴迎霞，沈赤霞.管道防腐用改性EVA热熔胶的研制[J].化学与黏合，2006（03）.
穿黄工程范文第5篇
【关键词】水气混合射流辅助静压沉桩法，静压预应管桩，挤土效应，压桩力
1、前言
当前，福建地区常用的几种桩基施工方法为：静压预应力管桩、沉管灌注桩、冲(钻)孔灌注桩及人工挖孔灌注桩等。这几种方法各有优缺点，譬如，静压预应力管桩具有工期短、造价低、噪音小的优点。但是，属于挤土桩，其所产生的挤土效应容易对周边环境产生不利影响，且不宜穿越硬夹层，其沉桩可能性常受制于地层情况较大约束；沉管灌注桩具有施工快，工序简单，造价相对较低等优点，但是桩身质量难以控制各保证，且也属于挤土桩，也具有挤土效应所带来的不利影响；冲(钻)孔灌注桩具有单桩承载力高，穿透力高，无挤土效应等优点。但是其工期长，造价高，且桩底沉渣难以控制及产生泥浆排污等缺点；人工挖孔灌注桩具有单桩承载力高，施工方法简单，造价低等优点，但是具有桩长限制、施工安全问题等缺点。相对而言，近年来，由于工程建设对工期要求越来越高，所以静压预应管桩的应用也就随之越来越广泛。但由于该法受压桩力的限制，常常不能穿透较密实的砂卵石层，而使其应用范围受到了较大的约束。而水气混合射流辅助静压沉桩法很好地解决了静压沉桩无法穿透砂卵石层(或其它硬土层)达到理想持力层的技术难题。
2、方法简介及工艺特点
水气混合射流辅助静压沉桩法简单地说就是一种采用注入高压水气混合体冲散砂卵石(或其它硬土层)，籍以辅助静压管桩的沉桩方法。该方法主要分三步实施：
第一步：同常规压桩方法一样穿过上部较软的土层至密实砂卵石层的顶板。
第二步：当达到砂卵石层时，采取从桩顶向桩空心腔插入水气混合射流管，并向射流管输入高压水气混合射流，下放射流管使其伸出桩尖外，高压水气混合射流直接射到桩尖端的砂卵石层，射水冲散砂卵石与水混合成为砂石混合水，籍气举法将该混合水沿桩空心腔自下而上从桩顶排出。此时用较小的压桩力就能穿越较密实的砂卵石层。
第三步：穿过砂卵石层后，停止射水，采用纯静压沉桩法压至理想的持力层。
该施工方法的工艺特点是：
a 、仅在第二步对沉桩阻力大的砂卵石层适当射水，可以有效保证其它土层不被扰动，能很好发挥其对基桩的侧摩阻力。进一步保证了砂卵混合水不会沿桩外壁涌出水面的现象发生。
b、本法沉桩射水排出砂卵石属部分挤土桩，与挤土桩比较有独特优点，挤土桩由于岩土变异或沉桩操作原因，无法做到第要桩都达到同一持力层，特别对布桩密集的桩基，常出现后沉基桩比先沉基桩入土深度越来越浅。本法的优点是既能保证确保各基桩沉达同一持力层，而且能避免因挤土效应带来的其它不利影响。
3、工程概况
某项目位于由1#～10#住宅楼及其他商业楼组成。主楼为17～32层框剪结构，建筑高度56.9～98.9m，单位最大荷重65t/、1200t/柱，有一层地下室。本项目所在场地主要地层情况如下：
①素填土：褐灰、灰黄、褐黄、深灰等色，稍湿～湿，松散～稍密。层厚0.60～2.40m。②1淤泥：深灰、灰黑色，流塑，饱和，层厚3.10～19.60m。②2淤泥混砂：深灰、灰黑色，流塑，饱和，层厚2.10～18.40m。③1细砂：灰、灰白、灰黄等色，稍密～密实，以中密为主，饱和，层厚约2.00～11.70m。③2中砂：灰、灰白、灰黄等色，中密～密实，以中密为主，饱和，层厚约1.60～12.70m。③3粗砂：灰、灰白等色，中密～密实，以中密为主，饱和，层厚约2.50～11.10m。④1卵石：灰白、灰黄、褐黄、灰等色，饱和，中密～密实。层厚约1.30～27.90m。④2粗砂：灰黄、褐黄等色，中密～密实，以密实为主，饱和，层厚约1.00～15.40m。⑤残积砂质黏性土:灰黄、褐黄等色，饱和，可塑～硬塑，以硬塑为主，层厚1.30～10.30m。⑥全风化花岗岩：灰黄、褐黄、浅黄等色，层厚0.90～9.30m。⑦1散体状强风化花岗岩：灰黄、褐黄、浅黄等色，层厚约0.40～19.70m。⑦2碎裂状强风化花岗岩：灰黄、褐黄、浅黄等色，层厚约0.30～9.50m。⑧中风化花岗岩：褐黄、灰白、灰黄等色，揭示层厚1.50～8.10m。
本工程主楼荷重大，设计采用静压预应管桩，由于上部分布较厚的淤泥层，不能很好的发挥该类挤土桩桩侧摩阻力作用。中、粗砂层虽具有较高的侧摩阻力及桩端阻力，若选其作为桩端持力层，经设计计算总的极限承载力难以满足设计布桩要求，另外就是桩基稳定性较差。设计最终选用卵石层作为桩端持力层。这就要求基桩穿过厚约8～10m的中～密实的中、粗砂层。
4、桩基施工情况分析及检测结果
本工程桩基设计总根数为1032根。设计桩长计划穿过中砂层进入卵石层约3米左右。采用静压预应力管桩进行压桩。在场地35#、36#钻孔附近进行试桩，该地段钻孔由上而下基本地层： ①素填土及②1淤泥总体厚度约18m，③2中砂厚度约6m，④1卵石层10m，卵石层下部为基岩风化层。
试桩压桩记录如下：
由表数据可看出，采用ZYJ-900B型静压桩机压桩力达到6324kN的情况下，其压桩入土深度可达20.00～24.00米，桩端持力层未穿过粗砂层或在局部粗砂层较浅的位置置于卵石顶面，无法达到设计要求。根据设计及相关规范[1]要求，在进行少量压桩后选取3根(521#、564#、581#)即进行进行单桩竖向抗压静载检测。静载试验结果如下表：
试验桩静载试验结果表
桩号 最大试验荷 载(kN) 桩顶累计沉降量(mm) 残余变形(mm) 单桩竖向抗压极限承载力(kN) 极限承载力对应的桩顶沉降量(mm)
521 5200 44.36 10.08 4881 40.00
564 5200 32.53 15.34 5200 32.53
581 5200 49.62 16.11 4422 40.00
注：按GJF106-2003条款4.4.2，从Q-s曲线可判定，521#、581#试桩的桩顶累计沉降量分别为44.36mm、49.62mm，Q－s曲线均属于缓变型，单桩竖向抗压极限承载力均取其s=40mm对应的荷载值，564#试桩在最大荷载作用下未达到极限承载状态，单桩竖向抗压极限承载力取其最大试验荷载值5200kN。
检测结论为：521#、564#、581#桩的单桩竖向抗压极限承载力为4881kN、5200kN、4422kN，有2根达不到设计要求。
后经工程各参与方讨论得出，静压预应管桩在沉桩过程中，受挤密作用，中、粗砂层对桩端及桩侧的阻力较大，在设计最大压桩力作用下，单一的静压桩沉桩方法施工的基桩没有很好的穿越中～密实的中、粗砂层，达到设计要求的卵石层。若采用传统钻孔取芯引孔方案，既增加了造价，又延误了工期。最后，经各方商定一致同意改用水气混合射流辅助静压沉桩法施工。
改用水气混合射流辅助静压沉桩法施工。在42#、43#钻孔位置进行试桩。该地段钻孔由上而下基本地层： ①素填土及②1淤泥总体厚度约18m，③2中砂厚度约10m，④1卵石层9m，卵石层下部为残积土层及基岩风化层。试桩压桩记录如下：
由表数据可看出，采用ZYJ-680A型静压桩机压桩力为5600kN的情况下，在进入20米（约进入粗砂层2～3m）时开始高压冲水引孔辅助静压直至进入卵石层一定深度，最终压桩入土深度可达31.70～31.80米，基本达到设计进入卵石层3米的设计要求。
结合本工程地层分布特点分析，由于本工程中～密实的砂层上部为淤泥或淤泥混砂层，因此，沉桩过程中桩尖进入砂层前，压桩力随深度变化大致呈线性分布，变化平稳，当桩尖接近或进行中～密实的砂层时，压桩力会大幅增加，此时方可进行前面施工方法中的第二步。注射高压水气后，压桩力迅速减小，此时必须控制好水气压强及冲水时间，在压入深度不断增加的同时，使压桩处于平稳状态。当桩尖达到持力层后停止射水，并继续压桩，待压桩力达到设计要求的终压力值后停止压桩。本法的关键是在第二步，如何调整好水气压力和流量，使压桩尽量持续平稳，若各技术参数掌握不当，如水气压力过大，则可能造成过度冲刷土体而形成空洞，从而降低桩的承载力，也可能导致桩体倾斜。
桩基施工完成后，选取19根桩进行单桩竖向抗压静载检测，均符合设计要求。目前本工程已顺利完成竣工验收，各项监测结果均符合要求。
5、结束语
由于传统的单一静压沉桩施工方法无法保证本工程基桩完全穿越较厚且较密实的中粗砂层，本工程采用水气混合射流辅助静压沉桩法施工，沉桩过程中均顺利穿越中粗砂层，达到设计要求的卵石层。保证了工程质量和工期，且取得了良好的经济效益。可供类似工程提供经验，具有一定的参考意义。采用水气混合射流辅助静压沉桩法施工，提高了静压预应管桩的适用范围，也提高该桩型桩端极限承载力。
参考文献
