地铁车站肥槽水与盾构用水的循环系统应用

宫胜会

摘  要：盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建支撑性管片，用盾构法的机械进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，盾构机工作过程中内部大量的元件发热，往往需要源源不断的往盾构机内注入循环水，用水冷装置进行降温，水冷装置采用循环水冷系统，盾构机内循环水系统通过进水管和回水管与所述循环水箱连接。

关键词：地铁；盾构；肥槽；循环水。

 

引言

近些年来我国城市轨道交通发展迅猛，不少城市修建地下隧道，加之盾构机国产化的提高，且盾构法有着安全，高效等诸多不可替代性优点，被广泛使用。

在盾构机开挖切削、排土及衬砌作业过程中，盾构机内部的液压系统、驱动系统等产生了大量热量，现阶段主要通过外循环水进行自然降温，以保证液压系统油温不超过65℃，润滑系统油温不超过60℃。在国内同行业学者研究中发现循环水仅可以带走盾构机产生的37.7%的热量。目前市场上的盾构机用循环水系统基本不能满足使用要求，循环水系统的冷却水塔需要电力驱动散热风机进行散热，需要不停提供电力不节能，且循环水在热量的蒸发下会有流失，循环水系统不具有补水装置传统盾构循环水首先采用自来水引入循环水池，再通过循环水输入管从盾构机带走的热量，经循环水输出管流入冷却塔来降低水温温度，盾构掘进过程中，每推进一环消耗水量约30m³。

1  工程概况

朝阳山CBD站位于规划海岸大道与东岳东路交叉路口，沿海岸大道南北向布置，车站的周边均为现状空地，车站为明挖地下三层（双柱）岛式站，车站规模：184m×23.1m，南侧基坑长71.7m，北侧基坑长92.9m，围护形式采用三级放坡+锚索形式，车站顶板覆土约3.5m～5.4m，车站与13号线辛屯（灵山湾）站十字换乘。

2  工艺原理

2.1解决用水来源

本车站基坑开挖过程中，基坑范围基岩裂隙水丰富，利用明挖车站放坡开挖优势，在主体结构施工完成后，基坑肥槽回填过程中，车站四个南、北两个区各留设4口φ400mm无砂滤管降水井，井深25m，将车站基坑肥槽中渗入的地下水通过4口污水处理设备过滤后，采用水泵抽入盾构循环水池，减少自来水消耗量，根据开挖过程中对水量的统计，井管出水量可达7m3/d，本工程区间掘进效率约为4环/d，盾构施工循环用水需求量约120m3/d，根据计算预留降水井可满足50%的用水需求。

2.2提高循环水效率

盾构正常掘进时，机内液压系统、主驱动部分及配电柜内电器部件等往往会产生大量的热量，使电机、泵等设备及隧道内的环境温度升高，一旦温度过高，将会影响盾构机的工作性能及效率，甚至会造成设备损坏和危及人员安全，尤其是在夏季等气温较高季节，必须对其及时冷却。水循环系统主要用于带走盾构机各个系统正常工作时产生的热量,保证各系统在正常的温度范围内工作，通过降水井管抽取的水源温度较低，夏季7-8月水稳仍在10℃以下，过滤后可直接输入至供水管，为盾构机降温，大大提高了循环水利用效率。

2.3延长结构养护时间

车站主体结构的开裂，往往因为五大原因，其中周边环境难以控制，特别是在青岛地区早晚温差大，空气比较干燥，沿海地区大风不断，这时候就会加快水混凝土表面的蒸发速度，在混凝土初期表面失水过快，后期就容易出现开裂，尤其在夏季或者冬季施工的时候，最容易出现干缩裂缝，进而影响混凝土碳化及结构强度。

车站采用放坡开挖，为减少混凝土结构的开裂，在混凝土到达设计强度，防水涂料完成后即进行肥槽回填施工，基坑深度25m，本地平均地下水水位约在地下5m处，地下水水压力较大，导致混凝土裂缝还未完全修复的时，侧墙位置受地下水压力产生渗漏水，通过增加降水井后，过程中对井内水位持续监测，始终将肥槽内水位保持在20m以下埋深，可利用土体对混凝土结构进行保暖养护的同时，消除了地下水对侧墙产生的危害，直接有效的延长主体结构养护时间。

3  工艺方法

工艺方法：无砂滤管埋设→清水泵安装→安装自来水管接入污水处理设备→安装增压泵→安装自来水管接入盾构循环水池

图1：循环水连接示意图

3.1 施工方法

（1）土方回填时，在肥槽分层回填时，随回填进度逐层安装Φ400mm无砂滤管，井管采用无砂混凝土滤水管，连接要采用有效措施，使其紧密牢固，防止井管错位，导致漏泥。井管安装完毕后，向孔内填1000mm厚米石滤料，上部井壁与土壁间用10～31.5mm石子填充。

（2）在无砂滤管内安装自动清水泵，再沿顶板及预留洞口拐角位置布设Φ75mmPPR自来水管，水管接入车站污水处理设备；

（3）将污水处理设备出水口位置增设增压泵后利用Φ75mmPPR自来水管接入底板盾构循环水池；

（4）利用车站端头井下沉段进行砌筑循环水池，将前期施工的肥槽水池内的水抽至地面蓄水池，经过初步沉淀后，再抽入盾构机内作为冷却水内，最后进入盾构循环水池。

3.2注意事项

（1）土方回填时需与井管埋设同步实施，施工过程中需应注意对无砂滤管的保护，摆放无砂管时要扶正，确保井管整体垂直度；

（2）无砂滤管埋设完成后及时对无砂滤管顶部进行封盖保护，制作独立井室，防止杂物掉入井管，导致水泵埋入；

（3）运行过程中要提前对污水设备进行调试，污水处理设备必须经常清洗检查，防止水源污染进入盾构机内部造成堵塞。

4实施效果分析

通过车站四个南、北两个区各留设4口φ400mm无砂滤管降水井，有效的缩短了长距离盾构区间冷却水供应距离，同时也大大提高了降温效率，保证盾构机在掘进工作过程中设备降温。肥槽与盾构循环水系统不仅解决了基坑肥槽水过多需要抽排的问题，还节约了盾构机循环水池用水，利用了肥槽水的温度较普通自来水更低，能够吸收更多的热量，其效率更高，另外减少主体侧墙外侧水压力，延长主体结构混凝土养护时间，借鉴明挖放坡开挖车站经验，可进一步研究桩锚体系下的肥槽水利用方案，为公司盾构施工提供便利。

参考文献

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