泥漿處理技術(shù)在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，介紹泥漿處理系統(tǒng)的工作原理及工藝流程，闡述其在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用及實(shí)施效果，供類似工程借鑒。

盾構(gòu)技術(shù)是非開(kāi)挖方式中的前沿技術(shù),其中泥水質(zhì)構(gòu)是盾構(gòu)家族家族中的一種密閉盾構(gòu)。作為泥水盾構(gòu)主要系統(tǒng)之一的泥漿處理系統(tǒng)直接影響施工進(jìn)度、質(zhì)量，這種技術(shù)的應(yīng)用，面臨的突出問(wèn)題之一就是泥漿的處理和合理應(yīng)用。

廣州市地鐵3號(hào)線［歷＿大］區(qū)間盾構(gòu)工程采用兩臺(tái)由日本三菱公司生產(chǎn)的泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)，排出的碴漿量達(dá)1000m3/h，而且地質(zhì)條件復(fù)雜，有穩(wěn)定性差的淤泥和淤泥質(zhì)沙層，有地下水豐富的中粗砂層，有整體性較好，強(qiáng)度較高的微風(fēng)化沉積巖，也有巖體堅(jiān)硬破碎、含高承壓水的斷層破碎帶。為此，要求泥水處理設(shè)備具有良好的地層適應(yīng)性。為解決這一難題，此工程采用了一套復(fù)合型的泥漿處理技術(shù)，用泥水處理設(shè)備及傳統(tǒng)的多級(jí)沉淀池將盾構(gòu)機(jī)挖掘輸送出來(lái)的泥漿充分凈化，有效地對(duì)土碴進(jìn)行分離，利于控制泥漿指標(biāo)，利于泥漿的重復(fù)使用，有利于提高工程質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約造漿材料，降低施工成本。此泥漿處理技術(shù)的閉路循環(huán)凈化方式及較低的碴料含水率有利于減少環(huán)境污染。

1總體思路

將盾構(gòu)機(jī)掘削下來(lái)的土砂形成的泥水輸出，經(jīng)泥水處理系統(tǒng)分離成土砂和可循環(huán)利用的泥漿，以土砂的形式用汽車運(yùn)走。

2技術(shù)方案

2.1盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)對(duì)泥漿處理系統(tǒng)的要求

2.1.1對(duì)泥漿處理系統(tǒng)能力的要求 構(gòu)機(jī)刀盤直徑：Φ6 280 mm；一環(huán)長(zhǎng)度：1 500 mm ;進(jìn)速度：25～60 mm/min,臺(tái)盾構(gòu)機(jī)對(duì)泥漿的需求量：6.5m3/min;臺(tái)盾構(gòu)機(jī)排漿量：8.0m3/min（以排漿量計(jì)算）每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)各一環(huán)的排漿量：8.0m3/min=480m3

2.1.2對(duì)泥漿指標(biāo)(處理結(jié)果)的要求 為了維護(hù)泥漿泵的性能，降低磨耗，減少配管的阻力，作為送漿用的泥漿，其基本特性如下：

液體比重：1.10～1.25 ,黏度:漏斗粘性16～30 .含砂率：7%以下

2.1.3對(duì)可靠度的要求　泥漿處理系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)的重要保障，處理系統(tǒng)須在盾構(gòu)機(jī)施工中萬(wàn)無(wú)一失，做到可靠。本處理系統(tǒng)的可靠性主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面，

（1）整體設(shè)計(jì)的可靠性，即對(duì)渣漿處理的及時(shí)性、漿液質(zhì)量的適應(yīng)性；

（2）處理能力的富裕配置，包括設(shè)備整機(jī)和零配件的備用及沉淀池的儲(chǔ)備功能；

（3）設(shè)備本身的性能、質(zhì)量、使用壽命等的可靠性；四通過(guò)管路系統(tǒng)及閥組對(duì)各組設(shè)備進(jìn)行切換，互為備用。

2.1.4控制系統(tǒng)的整合 泥水在盾構(gòu)機(jī)至泥水處理系統(tǒng)之間的循環(huán)是由泥水輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖下來(lái)的土砂進(jìn)入切削倉(cāng)，經(jīng)攪拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至泥水處理系統(tǒng)，在泥水處理場(chǎng)進(jìn)行處理，分離后的泥水經(jīng)調(diào)整密度，粘度等指標(biāo)后再泵回開(kāi)挖面，如此循環(huán)。

2.2泥漿處理系統(tǒng)的工作原理

每臺(tái)ZX-500由兩臺(tái)ZX-250組成，泥漿處理系統(tǒng)由...級(jí)除砂凈化系統(tǒng)，二級(jí)除砂凈化系統(tǒng)，排渣系統(tǒng)，回收泥漿槽和調(diào)配泥漿槽組成。

盾構(gòu)施工時(shí)可根據(jù)環(huán)境系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選配泵送系統(tǒng)，保證泥漿的合理流量及壓力輸送至...級(jí)除渣凈化系統(tǒng)的預(yù)篩器內(nèi)，預(yù)篩器將泥漿中3mm以上的砂礫篩除，并使泥漿均勻分配至2臺(tái)ZX-250泥漿凈化裝置中，經(jīng)漩流除砂分離及細(xì)篩脫水后清除大部分74μm粒徑以上的砂質(zhì)顆粒，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在砂礫石層或中砂層掘進(jìn)時(shí)，泥漿經(jīng)...級(jí)除砂凈化系統(tǒng)后已滿足要求。這時(shí)可轉(zhuǎn)換出漿口閥門，凈化后泥漿可直接進(jìn)入回收泥漿槽，由制漿系統(tǒng)的高速制漿機(jī)在調(diào)配泥漿槽內(nèi)適時(shí)調(diào)漿后泵送回盾構(gòu)機(jī)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在粉土、粉砂層掘進(jìn)時(shí)，...級(jí)除砂凈化系統(tǒng)不足以將泥漿比重及含砂量降至合理范圍內(nèi)時(shí)，可轉(zhuǎn)換出漿閥門使泥漿進(jìn)入二級(jí)除砂凈化系統(tǒng)。漩流除砂器可將泥漿中剩余的74μm粒徑以上的砂質(zhì)清除，并同時(shí)一次性清除掉大部分45μm粒徑以上的泥質(zhì)顆粒。二次除砂后的泥漿由出漿口自流進(jìn)入調(diào)整槽，經(jīng)調(diào)漿后泵送回井下。

2.3泥水處理系統(tǒng)

2.3.1系統(tǒng)的建立

為了達(dá)到兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)所需的穩(wěn)定泥漿指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)泥水分離的理想效果，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造及粒徑比例分布和單位時(shí)間內(nèi)的處理量，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用二臺(tái)ZX-500型泥漿凈化系統(tǒng)，四臺(tái)ZX-250型泥漿凈化系統(tǒng)，一臺(tái)ZX-500型泥漿凈化系統(tǒng)備用，一個(gè)迷宮式的沉淀槽（沉淀槽采用分級(jí)、分區(qū)的迷宮式布置）、調(diào)整槽和一個(gè)容積約為3000m3特大棄漿池等組成泥漿處理系統(tǒng)。

2.3.2泥漿處理工藝流程

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)后由排泥管排出的泥渣經(jīng)過(guò)...級(jí)處理設(shè)備進(jìn)行凈化處理，若處理后的泥水含砂率滿足要求，則可以直接排入一個(gè)迷宮式的沉淀槽進(jìn)行溢流沉淀，否則排到二級(jí)處理設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理，然后再排入沉淀槽進(jìn)行溢流沉淀。經(jīng)過(guò)...級(jí)處理和二級(jí)處理篩選出來(lái)的碴土運(yùn)送到指定的棄碴場(chǎng)堆放。泥漿溢流進(jìn)入調(diào)整槽后，若泥漿量過(guò)剩則可以將泥漿排進(jìn)棄漿池儲(chǔ)存起來(lái)，泥漿量超出棄漿池容量時(shí)泵送到附近的運(yùn)輸船上運(yùn)送到棄漿場(chǎng)；若泥漿量不能滿足需求量時(shí)，則可以用抽漿機(jī)進(jìn)行人工造漿進(jìn)行補(bǔ)漿。當(dāng)調(diào)整槽的泥漿濃度滿足要求時(shí)要以直接由送漿泵泵送到盾構(gòu)機(jī)；若泥漿濃度太濃就加清水進(jìn)行稀釋；若泥漿濃度太低，則制漿進(jìn)行調(diào)節(jié)加大泥漿濃度后泵送到盾構(gòu)機(jī)。

2.3.3處理設(shè)備的備用和安全性保障

（1）設(shè)備配置的備用性

根據(jù)排泥流量，先用排泥設(shè)備進(jìn)行處理，再排入沉淀槽進(jìn)行溢流的工藝流程。此時(shí)每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)排出泥漿所需的處理設(shè)備的能力為404m3/h。此工程選用3套500m3/h和4臺(tái)250m3/h泥漿處理設(shè)備，其中每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)配套1套500m3/h和2臺(tái)250m3/h泥漿處理設(shè)備可以滿足...級(jí)和二級(jí)處理要求，剩余一套500m3/h的泥漿處理設(shè)備備用，而且設(shè)備間可以通過(guò)管路切換互為備用，這樣設(shè)備儲(chǔ)備能力大大增強(qiáng)，儲(chǔ)備系數(shù)大于1.33。且由于每套ZX-500處理設(shè)備是由兩臺(tái)ZX-250處理設(shè)備組成，即同時(shí)運(yùn)行時(shí)有四臺(tái)ZX-250處理設(shè)備工作，由于四臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)生故障的機(jī)率非常小。況且棄漿池存有大量的滿足盾構(gòu)機(jī)要求的泥漿,在經(jīng)過(guò)沉淀槽溢流沉淀后也可以輸送出大量符合送漿要求的泥漿，即使在不利的情況下即四臺(tái)ZX-250處理設(shè)備都不能運(yùn)行時(shí)也可以保證盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)約2環(huán)，也可以給設(shè)備的搶修充裕的時(shí)間，同時(shí)制造廠家承諾兩小時(shí)內(nèi)完成維修。所以，此備案也能保證施工的正常進(jìn)行，不會(huì)延誤工期。

（2）系統(tǒng)的安全性整機(jī)處理碴漿

能力大，達(dá)到500m3/h；凈化除砂率高，可達(dá)95%以上（-0.074粒級(jí)）。操作簡(jiǎn)單的振動(dòng)篩故障率低、安裝、使用及維護(hù)方便。直線振動(dòng)方式使篩分出來(lái)的渣料具有很好的脫水效果?？烧{(diào)節(jié)的振動(dòng)激振力、篩面角度及篩孔尺寸使其在各種地層均能保持良好的篩分效果。振動(dòng)篩篩分效率高，可適應(yīng)于各種鉆機(jī)在不同地層的造孔進(jìn)尺。振動(dòng)電機(jī)功率因素高、能耗低、節(jié)能效果顯著。振動(dòng)篩運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低，有利于改善工作環(huán)境。耐磨蝕的離心式渣漿泵具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、通用化程度高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠及拆裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)；較厚的承磨件及配重型托架使其適于長(zhǎng)期輸送強(qiáng)磨蝕、高濃度的渣漿。結(jié)構(gòu)參數(shù)先進(jìn)的水力旋流器具有的泥砂分選指標(biāo)。材質(zhì)耐磨、耐腐蝕、重量輕，因此具有操作調(diào)整方便，耐用經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，適于在惡劣工作條件下長(zhǎng)期免維護(hù)使用。構(gòu)思新穎的液位自動(dòng)平衡裝置不但能保持儲(chǔ)漿槽液面穩(wěn)定，還能實(shí)現(xiàn)泥漿重復(fù)處理，進(jìn)一步提高凈化質(zhì)量。獨(dú)特的反沖裝置能有效防止儲(chǔ)漿槽淤砂漫漿，保證設(shè)備的長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電氣控制部分采用了繼電器邏輯控制系統(tǒng)，接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)、維修方便。

3實(shí)施效果

（1）廣州市地鐵三號(hào)線[瀝～大]區(qū)間盾構(gòu)工程，在采用該泥漿處理技術(shù)后，單線日掘進(jìn)達(dá)到15環(huán)，雙線可達(dá)30環(huán)，完全滿足盾構(gòu)機(jī)正常的掘進(jìn)能力，提高了生產(chǎn)效率。

（2）處理后的泥漿質(zhì)量高，含砂率＜7％，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（3）由于經(jīng)過(guò)處理后土砂的含水率低于30％，排放量大大減少，運(yùn)輸方便，避免因泥漿排放問(wèn)題造成環(huán)境污染，利于環(huán)保。