[发明专利]一种用于砂卵石-卵砾石地层的泥水盾构耐磨泥浆管

说明书

本发明公开了一种用于砂卵石‑卵砾石地层的泥水盾构耐磨泥浆管，包括偏心管体和连接法兰，所述偏心管体的底部外壁沿轴线方向通长加厚，形成底座，底座与管线支架相连；所述连接法兰设于偏心管体两端部，通过连接螺栓与邻近管体的连接法兰相连；所述偏心管体的内壁设有耐磨微凸体；所述偏心管体的内壁均匀涂有耐磨涂层；所述耐磨涂层为镍铬合金耐磨涂层；所述耐磨微凸体采用高硬度的碳化钨耐磨合金制作，以梅花桩排列形式均匀分布在偏心管体的内壁面。本发明的有益效果为：本发明通过设计偏心管体结构，并在内壁涂耐磨涂层、焊接耐磨微凸体，有效延长了管体的设计寿命和使用寿命。

技术领域

本发明涉及泥水盾构隧道施工技术，具体涉及一种用于砂卵石-卵砾石地层的泥水盾构耐磨泥浆管。

背景技术

随着国民经济水平的不断提高和城市交通网络的蓬勃发展，众多大型水下隧道工程应运而生。特别是进入新世纪以来，南京长江隧道、上海长江隧道、扬州瘦西湖隧道、厦门地铁二号线海底隧道、武汉地铁八号线越江隧道、苏通GIL综合管廊工程等一系列越江跨海隧道的相继建成和投运标志着我国泥水盾构隧道安全高效施工技术取得显著提升和快速发展。然而，随着越江跨海隧道逐渐向高水压、长距离、大直径等方向发展，泥水盾构施工环境和地质条件日趋复杂。以高磨蚀性砂卵石-卵砾石等地层为例，隧道施工期间所产生的泥浆管线磨损问题愈发突出，因泥浆管线过度磨损而诱发的管壁破裂、浆液喷漏、盾构停机等技术问题已经成为制约施工效率，延误隧道工期，增加项目成本的重要因素。

泥水盾构隧道施工期间所产生的管线磨损是指因泥浆管线与含渣浆液之间直接接触而导致管线内壁在渣料颗粒的摩擦、冲击、碰撞等作用下产生质量流失、厚度变薄等不良现象。当磨损量达到管壁厚度时，泥浆管线就会因被渣料颗粒磨穿漏浆而难以继续使用。较之于常规软粘土地层，盾构隧道掘进机在长距离穿越高磨蚀性砂卵石-卵砾石地层时，泥浆管线磨损问题尤为突出。尤其是对于直管底部、弯管外侧、减振喉、软连接点等关键部位，大量砂卵石和卵砾石颗粒在输送过程中对管线内壁造成剧烈冲击，诱发强烈振动，加剧管壁磨损，显著降低泥浆管线的使用寿命。这一结论已经被大量的科学研究和工程案例所证实，例如：黄波, 李晓龙, 陈长江. 大直径泥水盾构复杂地层长距离掘进过程中的泥浆管路磨损研究[J]. 隧道建设, 2016, 36(04): 490-496.和王飞. 兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究[J]. 铁道标准设计, 2017, 61(04): 93-99. 文中指出：泥浆管线磨损是含渣泥浆与金属管壁之间相互作用的综合结果，管线工作寿命与管道截面积、固体颗粒浓度、碰撞接触时间、颗粒入射角、管壁材质、管壁厚度、泥浆流速等因素密切相关。考虑到施工现场诸多条件制约，管道截面积、固体颗粒浓度、碰撞接触时间、泥浆入射角等参数往往难以调控。因此，基于改良管壁材质、优化管壁结构、降低泥浆流速的泥浆管线耐磨方案研究已经成为砂卵石-卵砾石地层耐磨泥浆管线优化设计领域普遍关注且亟待解决的关键技术难题。

目前关于盾构隧道泥浆管线磨损监测和耐磨设计的研发成果相对较少，且现有技术方案都存在较为明显的缺陷，例如：中国发明专利CN 110388962 A提出了一种用于泥水平衡盾构的泥浆管磨损智能监控系统，通过布设pH监测—调和装置、壁厚监测装置、流量监测装置、流速控制装置，可以实现对盾构施工过程中泥浆管线状态的自动监测和对泥浆循环系统内泥浆流速和pH值的智能调整，从而减缓管壁磨损，延长管壁寿命，并通过预警减少因补焊和更换管线诱发的盾构非故障停机。但是，整体降低泥浆流速势必会影响管线排渣速度，制约盾构掘进效率；此外，通过在局部设计注射点，向泥浆管中施加pH中和液的方式，往往存在pH中和液难以与泥浆悬浊液均匀混合等固有缺陷。再如：中国实用新型专利（公开号 CN 209484135 U）提出了一种泥水盾构泥浆管路耐磨弯头，通过在进浆段与出浆段连接内弯处的内表面焊接耐磨焊条和增设活塞杆体，有助于延长弯头工作寿命和缓解泥沙淤堵管线。但是，该方法还存在耐磨处理技术手段单一，仅仅针对局部弯头，缺乏普遍适用性等明显不足之处。

鉴于现存的泥浆管线耐磨设计方案存在诸多缺陷，难以满足未来超大直径泥水盾构长距离安全高效掘进的需求。因此，研发出适用于高磨蚀性砂卵石-卵砾石地层的泥水盾构耐磨泥浆管线显得尤为必要。