1 概述

泥浆输送施工是在取土区采用高压水枪将土打成泥浆，利用泥浆泵把泥浆输送到开放式集浆池，再利用加压泵通过排沙管道输送到指定地点。全部正常运作时，泥浆池入流量和出流量相同，可以保持泥浆进出平衡。然而在施工过程中却存在如下问题:

1) 当 1 ～2 台泥浆泵设备损坏需要检修，这时泥浆池入流量少，出流量多，平衡被破坏，会造成施工被迫停工。复工则需要清理管中的淤沙，导致作业效率降低，施工工期延长。

2) 施工开始时，管道内充满液体，骤然启动加压泵将导致管内流速突然加快，使内水压力急剧升高，发生严重的水击，导致压力管道薄弱处崩裂，影响施工的正常进行。

针对以上出现的问题，急需研究一种在技术、经济方面适合泵淤固堤施工的合理机具和施工工艺技术，以解决在泵淤施工中的机械检修停工、压力崩管、空吸、回流等造成的施工不便和损失。

2 泥浆输移流量突变电磁流量计选择

2. 1 吸浆管控制阀

生产实践中吸浆管直径为 300 mm，所以选择直径为 300 mm 的手动控制闸阀。因为液体为带有悬浮颗粒介质的液体(含沙量为 40% ～60%)，所以考虑选用刀型平板闸阀。因刀型闸阀具有结构简单紧凑、设计合理、轻型节材、密封可靠、操作轻便灵活、体积小、通道流畅、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点，且刀型闸阀其闸板具有剪切功能，可刮除密封面上的粘着物，自动清除杂物，不锈钢闸板可防止腐蚀引起的密封泄漏，结合泥浆特性(悬浮沙量为 40% ～ 60%的流体)及吸浆管管径(常用管径为 300 mm)，选择直径为 300 mm 的手动控制刀型平板闸阀 ［1］ 。闸阀工作压力为 1. 0 ～ 2. 5 MPa; 使用温度为－29℃ ～550℃情况下正常工作。

2. 2 回浆管控制阀

开始回浆管闸阀全开，不承担管道压力，后又慢慢关闭，其承担动压基本等于加压泵正常运行时的管道液体压力，而闸阀不同开度时，管径越小，水头损失系数增大; 闸阀直径大小不同时，随着闸阀开度增大，其局部水头损失越小，逐渐趋近一个定值，经计算分析，直径为 150 mm 的闸阀的局部水头损失系数**小(见表 1 所示) ［2］ 。所以选择使用直径为 150 mm的手动控制刀型平板闸阀(如图 1 所示)。

2. 3 泥浆输移设备

1) 排沙管道: 直径为 300 mm 的钢管，每根长为6 m，总长根据施工需要选择。

2) 加压泵1 台: 型号300BS; 流量为1 000 m 3 /h。配套电机功率为 110 kW、转速为 990 r/s、频率为50 Hz、电压为 380 V、电流为 205 A。

3) 泥浆泵 4 台: 型号 4PL; 流量为 250 m 3 /h。流量控制系统布置见图 2 所示。

3 应急保护可行性分析及泥浆输送系统改造

3. 1 控制阀调节流量分析

通过泥浆输送试验，得出闸阀开度与管道各点处流速关系(见表 2 及图 3 所示［1］ )。从表 2、图 3 可知，阀门开度越小，相应管道各处的流速也越小; 且闸阀开度一定的情况下，输浆管道越长，管内的恒定流速越小。

综上分析可见，在吸浆管上安装阀门能起到调节流量的作用。

3. 2 控制阀安装位置分析

加压泵的调节方法有阀门调节、改变转速调节、改变叶片安放角调节等。因为工程中加压泵的配套电机功率为 110 kW，是定值，不可能任意调节转速，也不可能随意改变叶片安放角，所以只能用阀门调节流量。

调节阀门安放在吸浆管道上。与常规安放在出浆管上相比优点是: 可以避免因阀门关闭内压过大，引起管道崩裂。缺点是: 在吸浆管上安装阀门，阀门关闭一定程度会引起扬程降低，如果压力泵安置较高，会使得泥浆不能上吸达到加压泵入口高程 ［3］ 。因此，吸浆管阀门开度不能太小，以避免泥浆不能上吸问题。

3. 3 加压泵突然启动管道水击问题分析

在加压泵停止运行时，管道泥浆中的泥沙会由悬浮状慢慢沉淀，尤其是在管道转弯上行处，会出现管道部分堵塞甚至是全部堵住的现象。等加压泵再次启动后会冲开堵住的部分，并把沉淀的泥沙慢慢随水流带走。但是在这个过程中管道转弯上行处就会发生严重的水击现象。

试验过程中，通过测水击水柱高度和回浆管的流速发现，回浆管流速越快，加压泵水击水柱的高度越高，即水击压力越大，二者成直线正比关系。同时，试验管道长度和流速的关系发现，管道越长出口处的流速就越小，相应的值即速度变化值就会越大，即水击增压值也就越大，所以，对于长管道水泵启动的水击现象就会更加严重。

以上试验分析均按纯水计算，如果为均质固液两相流，水击压力峰值将会更高(如图 4 所示)。综上所述，为保证管道不被水击现象所崩裂，须消减长管道的水击增压值。

3. 4 泥浆输送系统改造

针对上述出现的问题，通过分析研究，对泥浆输送系统进行针对性改造。

1) 加压泵的吸浆管安装直径为 300 mm 的控制闸阀，控制进入加压泵的流量。在 4 台 4PL 泥浆泵 1 ～2台损坏的情况下，调节控制闸阀开度至 1/2 ～ 3/4 之间，控制泥浆流量，使泥浆池进出流量达到新的平衡，保证施工不间断。检修好损坏的泥浆泵，再完全打开控制闸阀，加压泵正常运行。

2) 在加压泵第 1 节出浆管一侧，安装 150 mm 的回流管道及回流控制阀门。回流管道和集浆池相连，在启动加压泵时，将回流阀门全部打开，进行管道分流，降低管道内压，待加压泵启动后再慢慢关闭回流阀门。可避免管道水击崩裂现象的发生。泥浆输移流量突变电磁流量计示意如图 5 所示。

4 泥浆输移流量突变电磁流量计应用

4. 1 工程概况

黄河下游防洪工程包括河南段和山东段，治理河道为黄河干流河南省孟津县白鹤(西霞院水库下游)至山东省垦利县渔洼，河段长为 820 km。治理河段河道蜿蜒前行，河势游荡多变，为典型的平原游荡性河道。本期建设任务是在现有防洪工程的基础上，通过堤防加固、险工改建加固，以及河道整治等工程措施，提高黄河下游防洪能力，保障沿岸防洪安全。黄河下游防洪工程(河南段)第五标段工程的合同项目及工作内容: 堤防加固 17. 004 km，堤顶防汛路修 53. 111 km，新堤新建防汛路 1. 694 km，防浪林3. 630 km。堤防加固主要形式为泵淤。泥浆输送采用组合泵开采淤筑，每条排泥管线配备组合泵 1 套，每套设备起点处由 1 台 300BS 加压泵(1 000 m 3 /h，直径为 300 mm，见图 6 所示)配 4 台 22 kW、4PL 泥浆泵(250 m 3 /h)组成。大泥浆泵起点端设集浆池 1 处，集浆池容量按5 00 m 3 考虑。为保证输沙效率，各放淤段按照以下原则布置设备: 输沙距不超过2 km 时，泥浆通过排泥管直接输送至淤筑区; 超过2 km 时，中间每隔2 km 采用相同型号泥浆泵进行加压接力; 第 1 个加压泵前安装 1 套流量突变电磁流量计。约每 5 ～6 km 处设集浆池(500 m 3 )，集浆后再加压接力，加压接力设备选同种型号泥浆泵。

4. 2 应用效果

1) 施工中通过调节闸阀开度，保证了泥浆池的入、出平衡。施工中 4 台 22 kW4PL 高压水枪将土打成泥浆，由 300BS 加压泵从集桨池中输送出来，加压泵的吸浆管安装直径为 300 mm 的控制闸阀，在工作中有 1 ～ 2台高压水枪损坏，需要进行短时间维修，通过调节该闸阀开度至 1/2 ～3/4 之间，减小加压泵泥浆的吸入流量，从而保证了泥浆池的入、出平衡，使泥浆输移保持不中断。

2) 利用泥浆回流阀门进行管道分流，降低了管道内压。在 300BS 直径为 300 mm 加压泵的第 1 节出浆管一侧，安装 150 mm 的回流管道及回流控制阀门。回流管道和集浆池相连，在加压泵启动时，加压泵水击水柱的高度很高，即水击压力很大，先全部打开泥浆回流阀门，利用泥浆回流阀门进行管道分流，水击压力大大减小，待加压泵启动稳定后再慢慢关闭回流阀门。从而避免了排沙管道焊缝开裂和管道接头损坏。

3) 通过流量控制阀门的调节，减轻了加压泵经常处于满负荷工作状态。对于取土区土质不同时，泥浆的单位重量差异会很大，加压泵工作效率、电压、电流都会随之发生变化，单位重量大时(如粘土含量大)，易造成加压泵超负荷运转、发热等问题，此时通过调节流量控制阀门变小，减少泥沙流量，减少加压泵长时间处于满负荷工作状态，提前防范管道崩裂的风险。

5 结语

国内关于泵淤方法进行堤防加固技术的研究成果很多，很多工程中都有运用。经过大量细致的工作，研究比较实用的泥浆输移流量突变电磁流量计，为放淤固堤工程施工提供一套有效的施工设备和技术。进一步对装置进行优化完善，方便在生产实践中推广应用。