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

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