TBM供水設計方案

武占江

【摘要】TBM施工中一般采用開式與閉式相結(jié)合的方式來保證施工供水，根據(jù)TBM功率及施工用水情況，用水量不同。針對不同項目在不同施工地點，當?shù)厮辞闆r不同。依據(jù)不同項目實際情況力求有針對性得到最佳效果的設計，本方案考慮因素在市政供水中也可應用。

【關(guān)鍵詞】TBM；供水；設計方案

1、變頻恒壓供水工作原理：

變頻恒壓供水設備是一種新型的節(jié)能供水設備。變頻恒壓供水設備是將變頻調(diào)速器與水泵電機組合而成的機電一體化高科技節(jié)能供水裝置。以水泵出水端水壓（或用戶用水流量）為設定參數(shù)，通過微機自動控制變頻器的輸出頻率從而調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)供水管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率提高，水泵轉(zhuǎn)速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢。這樣就保證了整個供水管網(wǎng)隨時都有充足的水壓（與用戶設定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化）。

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)組成：

變頻恒壓供水設備主要由水泵機組、壓力傳感器、變頻控制柜，供水管路，儲水箱上浮球開關(guān)，旁通閥，止回閥等組成，能始終維持壓力表壓力（即供水管網(wǎng)水壓）等于在變頻調(diào)節(jié)設定值。在供水壓力可滿足需要時，自動停運水泵。否則，恒壓供水設備起動，增大壓力滿足用水要求。為完全消除小流量或零流量供水電耗，可增加輔助小泵或輔助氣壓罐，當供水壓力低時，自動停運主泵，使小泵或氣壓罐運行。保證生產(chǎn)需求。

3、變頻恒壓實現(xiàn)：

設備實時通過傳感器檢測出口壓力，將檢測值和設定值進行比較運算，確定電機及水泵投入臺套數(shù)和變頻器輸出頻率（反應到電機及水泵為轉(zhuǎn)速）以追貼用水曲線實現(xiàn)恒壓。

具體設計及選型中需考慮因素：

3.1 設備參數(shù)選擇

（1）蓄水池容量應大于每小時最大供水量2倍。深井泵在井中應直立吊起來使用，傾斜或臥倒使用會頻繁壞電機，一般深井泵揚程越高，葉輪越多，泵體高度越高，為減少集水井開挖量提高利用容積，在集水井底面以下開挖一直徑約1米，深度超過深井泵高度50厘米的集水坑，以便放泵，此部分容量為死容量。

（2）水泵揚程應大于實際供水壓力。隨著TBM掘進的里程增加，需對變頻器供水壓力進行調(diào)節(jié)，以保證高峰用水量所需壓力。

（3）水泵流量總和應大于實際最大供水量。

（4）變頻控制柜選型：根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號及臺數(shù)，然后對控制柜進行選型適應功率及功能要求。變頻柜系統(tǒng)能實現(xiàn)全自動控制，具有手動/自動切換、主副泵定時輪換、壓力調(diào)整、恒壓、高低電壓保護、欠相保護、漏電保護、過載保護、過熱保護、缺水保護、漏水檢測補償、不用水停車、瞬間跳閘保護等功能。另可根據(jù)需求配置人機界面，可視化遠程調(diào)整、監(jiān)測和維護。

4、集水井加蓋保溫及防塵，上部建保溫棚，防高溫及低溫損壞變頻器或遠傳壓力表。寒冷季節(jié)要考慮水管保溫。

5、TBM供水水泵及配套變頻器應一主一備，兩臺套變頻供水系統(tǒng)形成一個出水口以便檢修及損壞時應急使用。沿程鋪設水管路密封良好，由TBM配套水箱內(nèi)進水浮球開關(guān)控制浮球開閉調(diào)解進水量。也應根據(jù)掘進狀態(tài)用水量大小安排專人控制進水閥門的開啟大小達到控制流量目的，避免供水量過多造成隧洞內(nèi)積水，再行排水費時費時費力。而閥門邊上有壓力表及旁通閥，需檢修人員經(jīng)常檢查壓力差情況。

6、水管直徑要經(jīng)計算供水量及TBM應急排水時是否要啟用來綜合考慮，畢竟隧洞內(nèi)空間限制，長距離安裝拆卸都不方便，要考慮周全。供水距離越來越長，水充滿管路時間變長，在隨后的主供水管路延伸上采用在主管道上快速接管或按閘閥，避免充水時間過長影響掘進。也可在不需保溫處加止回閥。

7、集水井布置有三種：一種是根據(jù)當?shù)厮畬由疃龋瑵B流量情況，需水量情況，在洞外打井或分布式井群，計算需用幾口井及配幾臺泵；當滲流量較小時，應考慮擴大井的直徑或深度，或增加水井數(shù)量保證水量供應充足，按設計需求2倍設計集水井容量。而無論采用何種泵供水應保證集水井充滿時停止供水；二是水源充足，來源可為地下水或地表水，建立集水井，不論TBM是否施工，保證充足的備用水量，在施工時加大即時供水量，相應的地表水要經(jīng)過濾及沉淀，除去雜質(zhì)，保證能達到TBM使用要求；三是TBM應用兩段法施工時，當轉(zhuǎn)到二段施工時，隧洞內(nèi)設集水井或水箱，將一段隧洞內(nèi)滲水量收集起來，綜合利用減少供水及排水量，此方案需考慮除二段可能產(chǎn)生的廢水處理及排水。

本例中TBM一段施工時，隧洞外設深水井約60m，直徑為235mm，深井泵揚程55m一臺，流量15m3/h。從地下抽水集中到集水井，此泵有一臺備用泵。接電接點壓力表與啟動控制柜，當集水井中水位達到上限時，系統(tǒng)自動斷電，水位小于下限位時，自動啟動供水。集水井中深井泵流量40m3/h，揚程100m，電機15KW，配套變頻器18.5KW。一主一備，也可并機保壓增流量。根據(jù)實際要求，先設定給水壓力值，然后通電運行，壓力傳感器監(jiān)測管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)為電信號送至可編程控制器或微機控制器，經(jīng)分析處理，將信號傳至變頻器來控制水泵運行，當用水量增加時，其輸出的電壓及頻率升高，水泵轉(zhuǎn)數(shù)升高，出水量增加，當水量減小時，水泵轉(zhuǎn)數(shù)降低，減少出水量，使管網(wǎng)壓力維持設定壓力值，由變頻轉(zhuǎn)工頻至壓力流量滿足為止，當無用水量小流量運行時，可通過變頻水泵來維持工作，變頻給水泵可以停機保壓。保證洞內(nèi)水量及水壓變化工況。

二段施工時情況較復雜，受當?shù)厮募暗刭|(zhì)情況影響，在山腳下打井2座，200m深，用深井泵供水，流量不大，約每小時5m3/h每臺泵井，電機為7.5kw，接軟啟動。深井距洞口集水井距離約400m，高差約35m，深井泵下入井中約160m位置。兩泵并入4寸鋼管供水至集水井。集水井容積為110立，集水井中安一臺4寸清水泵，揚程20m，流量25m3/h注入支洞供水管，而水管沿支洞洞壁布置，總長1340m，坡度為7%，接主洞供水管，如此形成約100m壓力，對主供水管線密封要求嚴格。而水量不足以保證前方生產(chǎn)用水，在隧洞內(nèi)設一40m3大水箱，經(jīng)一段施工時的供水管路將一段滲流水集中到水箱中，以此保證主管道用水，在一段水量能滿足施工用水時，不用隧洞口集水井中的水。主管道延伸接水管時可考慮在管道上接閥門控制水流，接管后再開通水流，不停水，避免長距離送水管路充水時間過長。水箱進水閥門開閉控制進水量，保證用水動態(tài)平衡，避免更多的水流入隧洞內(nèi)，排水困難。