泥漿處理技術(shù)在地鐵盾構(gòu)施工中的應用

泥漿處理技術(shù)在地鐵盾構(gòu)施工中的應用

摘要：結(jié)合工程實例，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)施工中的應用及實施效果，供類似工程借鑒。

盾構(gòu)技術(shù)是非開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)直接影響施工進度、質(zhì)量，這種技術(shù)的應用，面臨的突出問題之一就是泥漿的處理和合理應用。

廣州市地鐵3號線［歷＿大］區(qū)間盾構(gòu)工程采用兩臺由日本三菱公司生產(chǎn)的泥水加壓式盾構(gòu)機，排出的碴漿量達1000m3/h，而且地質(zhì)條件復雜，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，強度較高的微風化沉積巖，也有巖體堅硬破碎、含高承壓水的斷層破碎帶。為此，要求泥水處理設備具有良好的地層適應性。為解決這一難題，此工程采用了一套復合型的泥漿處理技術(shù)，用泥水處理設備及傳統(tǒng)的多級沉淀池將盾構(gòu)機挖掘輸送出來的泥漿充分凈化，有效地對土碴進行分離，利于控制泥漿指標，利于泥漿的重復使用，有利于提高工程質(zhì)量，同時節(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)機掘削下來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走。

2技術(shù)方案

2.1盾構(gòu)機掘進對泥漿處理系統(tǒng)的要求

2.1.1對泥漿處理系統(tǒng)能力的要求 構(gòu)機刀盤直徑：Φ6 280 mm；一環(huán)長度：1 500 mm ;進速度：25～60 mm/min,臺盾構(gòu)機對泥漿的需求量：6.5m3/min;臺盾構(gòu)機排漿量：8.0m3/min（以排漿量計算）每臺盾構(gòu)機掘進各一環(huán)的排漿量：8.0m3/min=480m3

2.1.2對泥漿指標(處理結(jié)果)的要求 為了維護泥漿泵的性能，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對可靠度的要求　泥漿處理系統(tǒng)是盾構(gòu)機正常掘進的重要保障，處理系統(tǒng)須在盾構(gòu)機施工中萬無一失，做到可靠。本處理系統(tǒng)的可靠性主要表現(xiàn)在幾個方面，

（1）整體設計的可靠性，即對渣漿處理的及時性、漿液質(zhì)量的適應性；

（2）處理能力的富裕配置，包括設備整機和零配件的備用及沉淀池的儲備功能；

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

2.1.4控制系統(tǒng)的整合 泥水在盾構(gòu)機至泥水處理系統(tǒng)之間的循環(huán)是由泥水輸送系統(tǒng)實現(xiàn)的，盾構(gòu)機開挖下來的土砂進入切削倉，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)，在泥水處理場進行處理，分離后的泥水經(jīng)調(diào)整密度，粘度等指標后再泵回開挖面，如此循環(huán)。

2.2泥漿處理系統(tǒng)的工作原理

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

盾構(gòu)施工時可根據(jù)環(huán)境系統(tǒng)的設計選配泵送系統(tǒng)，保證泥漿的合理流量及壓力輸送至...級除渣凈化系統(tǒng)的預篩器內(nèi)，預篩器將泥漿中3mm以上的砂礫篩除，并使泥漿均勻分配至2臺ZX-250泥漿凈化裝置中，經(jīng)漩流除砂分離及細篩脫水后清除大部分74μm粒徑以上的砂質(zhì)顆粒，當盾構(gòu)機在砂礫石層或中砂層掘進時，泥漿經(jīng)...級除砂凈化系統(tǒng)后已滿足要求。這時可轉(zhuǎn)換出漿口閥門，凈化后泥漿可直接進入回收泥漿槽，由制漿系統(tǒng)的高速制漿機在調(diào)配泥漿槽內(nèi)適時調(diào)漿后泵送回盾構(gòu)機。當盾構(gòu)機在粉土、粉砂層掘進時，...級除砂凈化系統(tǒng)不足以將泥漿比重及含砂量降至合理范圍內(nèi)時，可轉(zhuǎn)換出漿閥門使泥漿進入二級除砂凈化系統(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

為了達到兩臺盾構(gòu)機所需的穩(wěn)定泥漿指標，實現(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間內(nèi)的處理量，設計本系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用二臺ZX-500型泥漿凈化系統(tǒng)，四臺ZX-250型泥漿凈化系統(tǒng)，一臺ZX-500型泥漿凈化系統(tǒng)備用，一個迷宮式的沉淀槽（沉淀槽采用分級、分區(qū)的迷宮式布置）、調(diào)整槽和一個容積約為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)機掘進后由排泥管排出的泥渣經(jīng)過...級處理設備進行凈化處理，若處理后的泥水含砂率滿足要求，則可以直接排入一個迷宮式的沉淀槽進行溢流沉淀，否則排到二級處理設備進行進一步處理，然后再排入沉淀槽進行溢流沉淀。經(jīng)過...級處理和二級處理篩選出來的碴土運送到指定的棄碴場堆放。泥漿溢流進入調(diào)整槽后，若泥漿量過剩則可以將泥漿排進棄漿池儲存起來，泥漿量超出棄漿池容量時泵送到附近的運輸船上運送到棄漿場；若泥漿量不能滿足需求量時，則可以用抽漿機進行人工造漿進行補漿。當調(diào)整槽的泥漿濃度滿足要求時要以直接由送漿泵泵送到盾構(gòu)機；若泥漿濃度太濃就加清水進行稀釋；若泥漿濃度太低，則制漿進行調(diào)節(jié)加大泥漿濃度后泵送到盾構(gòu)機。

2.3.3處理設備的備用和安全性保障

（1）設備配置的備用性

根據(jù)排泥流量，先用排泥設備進行處理，再排入沉淀槽進行溢流的工藝流程。此時每臺盾構(gòu)機排出泥漿所需的處理設備的能力為404m3/h。此工程選用3套500m3/h和4臺250m3/h泥漿處理設備，其中每臺盾構(gòu)機配套1套500m3/h和2臺250m3/h泥漿處理設備可以滿足...級和二級處理要求，剩余一套500m3/h的泥漿處理設備備用，而且設備間可以通過管路切換互為備用，這樣設備儲備能力大大增強，儲備系數(shù)大于1.33。且由于每套ZX-500處理設備是由兩臺ZX-250處理設備組成，即同時運行時有四臺ZX-250處理設備工作，由于四臺設備同時發(fā)生故障的機率非常小。況且棄漿池存有大量的滿足盾構(gòu)機要求的泥漿,在經(jīng)過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ZX-250處理設備都不能運行時也可以保證盾構(gòu)機正常掘進約2環(huán)，也可以給設備的搶修充裕的時間，同時制造廠家承諾兩小時內(nèi)完成維修。所以，此備案也能保證施工的正常進行，不會延誤工期。

（2）系統(tǒng)的安全性整機處理碴漿

能力大，達到500m3/h；凈化除砂率高，可達95%以上（-0.074粒級）。操作簡單的振動篩故障率低、安裝、使用及維護方便。直線振動方式使篩分出來的渣料具有很好的脫水效果。可調(diào)節(jié)的振動激振力、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。振動篩篩分效率高，可適應于各種鉆機在不同地層的造孔進尺。振動電機功率因素高、能耗低、節(jié)能效果顯著。振動篩運轉(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、通用化程度高、運轉(zhuǎn)可靠及拆裝維修方便等優(yōu)點；較厚的承磨件及配重型托架使其適于長期輸送強磨蝕、高濃度的渣漿。結(jié)構(gòu)參數(shù)先進的水力旋流器具有的泥砂分選指標。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)濟的特點，適于在惡劣工作條件下長期免維護使用。構(gòu)思新穎的液位自動平衡裝置不但能保持儲漿槽液面穩(wěn)定，還能實現(xiàn)泥漿重復處理，進一步提高凈化質(zhì)量。獨特的反沖裝置能有效防止儲漿槽淤砂漫漿，保證設備的長期正常運轉(zhuǎn)。電氣控制部分采用了繼電器邏輯控制系統(tǒng)，接線簡單，抗干擾能力強，維護、維修方便。

3實施效果

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

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

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