大直徑泥水盾構(gòu)泥漿綠色處理技術(shù)探討

1、大直徑泥水盾構(gòu)泥漿綠色處理技術(shù)探討摘 要：本文以杭州望江路過江隧道施工過程中對(duì)隧道泥漿處理綠色施工為背景，對(duì)目前國(guó)內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道泥水處理綠色施工進(jìn)行探討，結(jié)合杭州錢塘江兩岸地質(zhì)情況，盾構(gòu)施工中廢棄泥漿從泥漿固化、壓濾、離心等處理方法綜合分析，廢漿進(jìn)行零排放無公害處理，為后續(xù)陸續(xù)開始的穿江大直徑盾構(gòu)隧道泥水廢漿處理方案提供參考，提供思路，做到盾構(gòu)施工過程中“廢漿零排放”。關(guān)鍵詞：大盾構(gòu)；泥漿；處理DOI ： 10.16640/ki.37-1222/t.2018.08.115國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道（隧道直徑超過10m 以上） 在建或已通車項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到20 余座，包含上海長(zhǎng)江隧道、南京緯七

2、路長(zhǎng)江隧道、武漢三陽路過江隧道等一批超大直徑盾構(gòu)隧道，基本以復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工為主。目前杭州市已經(jīng)通車的有錢江通道過江隧道、慶春路過江隧道。望江路過江隧道、博奧過江隧道等大直徑過江隧道項(xiàng)目已經(jīng)陸續(xù)開工。隨著城市的建設(shè)發(fā)展，土地不斷開發(fā)利用，隧道施工所處施工場(chǎng)地將越來越趨向城市中心地帶，周邊環(huán)境要求也會(huì)越來越高，對(duì)泥水盾構(gòu)施工所產(chǎn)生的廢漿處理要求也會(huì)越來越嚴(yán)格，如何在有限的施工場(chǎng)地將施工產(chǎn)生的廢漿進(jìn)行無 公害化處理將會(huì)顯得越來越重要。杭州目前在建的大直徑過江隧道項(xiàng)目有杭州望江路過江隧道工程、博奧路過江隧道工程，后期陸續(xù)地鐵1、 3 號(hào)線將采用單洞雙線，使用大直徑泥水盾構(gòu)陸續(xù)過江，本文以杭州

3、望江路過江隧道施工過程中對(duì)隧道泥漿處理綠色施工為背景，對(duì)目前國(guó)內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道泥水處理綠色施工進(jìn)行探討。國(guó)內(nèi)目前泥水處理方式泥水盾構(gòu)是利用泥水的攜帶碴土能力將盾構(gòu)開挖下來的碴土通過管道泵送至地面泥漿處理系統(tǒng)進(jìn)行分離，分離出來的干渣通過汽車或其方式運(yùn)輸至指定場(chǎng)所進(jìn)行排放，剩余指標(biāo)合格的泥漿則繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)至盾構(gòu)機(jī)用于下一循環(huán)的掘進(jìn)施工。泥水處理循環(huán)系統(tǒng)流程見圖1。泥水處理設(shè)備如圖 2 所示。通過泥水分離設(shè)備篩分處理后，指標(biāo)合格的泥漿則繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)至盾構(gòu)機(jī)用于下一循環(huán)的掘進(jìn)施工。當(dāng)泥漿不達(dá)標(biāo)時(shí)，則需要進(jìn)行棄漿處理。棄漿集中至廢漿池，經(jīng)沉淀后撈渣外運(yùn)；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經(jīng)過特殊的處理，滿足環(huán)保

4、要求后方可外運(yùn)。目前國(guó)內(nèi)廢漿處理的方式主要有以下三種：壓濾處理、離心處理和固化處理。電滲、泥漿船運(yùn)等其他處理方式本文將不再贅述。壓濾處理泥漿處理過程分為以下幾個(gè)步驟：泥漿收集-泥漿改性 -壓濾（含送漿、建壓）-排水-隔膜壓榨-吹氣脫水-卸 料-管路沖洗。廢棄漿液泵送入待壓泥漿罐，用懸臂吊將生石灰提至待?耗嘟 ?罐上部，在攪拌桶中進(jìn)行水化處理后進(jìn)入待壓泥漿罐。泥漿泵將待壓泥漿罐中的泥漿泵送至壓濾機(jī)濾板間的密閉腔室，泥漿中的固相顆粒被濾布攔截并逐漸富集形成濾餅，濾液透過濾布流出進(jìn)入濾液收集池。離心處理離心機(jī)由粉末儲(chǔ)存和加料系統(tǒng)、干粉計(jì)量投加系統(tǒng)、溶解水系統(tǒng)、儲(chǔ)存攪拌系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)組成。操作人員

5、把藥劑加到離心機(jī)藥劑配制裝置的藥劑料箱中， 啟動(dòng)系統(tǒng)后，進(jìn)水閥門先打開，然后進(jìn)料器會(huì)自動(dòng)打開，藥劑與水預(yù)混合后首先進(jìn)入到第一組溶藥箱，并在這里通過攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬突旌希划?dāng)?shù)谝唤M溶藥箱充滿后便自行推流至第二組溶藥箱一一熟化箱，在這里進(jìn)一步混合溶解；經(jīng)過兩次攪拌混合后的藥液最后再到第三組溶藥箱成品溶藥箱，這時(shí)配置好的藥液便可通過加藥泵投入到加藥點(diǎn)上。固化處理 盾構(gòu)泥漿固化穩(wěn)定化處理技術(shù)首先對(duì)盾構(gòu)泥漿進(jìn)行分類，然后對(duì)盾構(gòu)的棄漿進(jìn)行固化穩(wěn)定化處理，將處理后的泥 漿排入養(yǎng)護(hù)區(qū)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)排水處理，從而使泥漿的含水率降 低，機(jī)械強(qiáng)度增加，對(duì)養(yǎng)護(hù)區(qū)的泥漿進(jìn)行跟蹤檢測(cè)分析，檢測(cè)達(dá)標(biāo)泥漿進(jìn)行外運(yùn)處理。廢棄泥漿泵

6、送至系統(tǒng)，經(jīng)閥門選擇切換進(jìn)入攪拌模塊，當(dāng)液位達(dá)到一定高度時(shí)，攪拌泥漿泵、循環(huán)閥門和攪拌器開啟，對(duì)模塊內(nèi)泥漿進(jìn)行循環(huán)攪拌；同時(shí)藥劑稱重輸送系統(tǒng)開始將固化劑粉末均勻投送至攪拌模塊的混合區(qū)，此時(shí)循環(huán)攪拌系統(tǒng)對(duì)泥漿與藥劑進(jìn)行充分混合。當(dāng)泥漿量達(dá)到液位上限，藥劑投送量達(dá)到設(shè)定值后，再對(duì)泥漿進(jìn)行設(shè)定時(shí)間的攪拌混合，使泥漿與藥劑均勻混合。達(dá)到設(shè)定攪拌時(shí)間后，開啟外排閥門同時(shí)關(guān)閉循環(huán)閥門，使泥漿外排至養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行固 化反應(yīng)，系統(tǒng)進(jìn)入下一流程。廢漿處理經(jīng)濟(jì)效益綜合對(duì)比三種廢棄泥漿處理均有各自的特點(diǎn)，從占地面積、設(shè)備 TOC o 1-5 h z 投入費(fèi)用以及處理效率綜合對(duì)比見表1。一套壓濾設(shè)備占地約100 平方（不

7、考慮廢漿池用地），實(shí)際處理量能達(dá)到 500700m3/d ,根據(jù)不同的泥漿含砂率或 者含泥量對(duì)廢漿添加外加劑能提高壓濾設(shè)備的處理效率，但會(huì)增加整個(gè)廢漿處理的成本。壓濾處理一般處理費(fèi)用在3050 元 /方，對(duì)于處理出來的泥餅含水率可以進(jìn)行調(diào)整，廢漿通過慮室分離出來的清水通過導(dǎo)槽收集后可繼續(xù)用于生產(chǎn)施工，以達(dá)到處理效率和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的平衡，在滿足渣土外運(yùn)的同時(shí)，達(dá)到綜合效果最優(yōu)化。廢漿離心處理設(shè)備占地面積基本和壓濾設(shè)備差不多，但單套處理能力優(yōu)于單套壓濾設(shè)備，能達(dá)到20003000m3/天,但離心分離設(shè)備費(fèi)用要遠(yuǎn)高于壓濾設(shè)備，主要使用國(guó)外設(shè)備，設(shè)備投入費(fèi)用高，后續(xù)的維護(hù)成本高，處理1m3 廢漿的成本綜合

8、核算在50元/m3以上，一般項(xiàng)目投入使用12臺(tái),設(shè)備一旦故障將對(duì)生產(chǎn)施工產(chǎn)生極大影響。在施工過程中要注意對(duì)噪音的控制，防止噪音污染。廢漿固化施工處理效率低，為滿足廢漿處理達(dá)到與盾構(gòu)施工速度匹配，所以場(chǎng)地要求高，場(chǎng)地的大小直接影響到廢漿的處理量，能否滿足廢漿的處理要求，達(dá)到與盾構(gòu)施工匹配。一般采用固化處理項(xiàng)目，處理場(chǎng)地按畝計(jì)算，在城市施工很難達(dá)到，基本在郊區(qū)或土地未開發(fā)區(qū)域建立處理池進(jìn)行施工，處理費(fèi)用相對(duì)比較低，不足30元/m3,場(chǎng)地越大，費(fèi)用越低。4 杭州錢塘江地層分析杭州錢塘江兩側(cè)沿線場(chǎng)地地貌主要為錢塘江河床及兩岸的錢塘江沖海積平原。盾構(gòu)隧道穿越地為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥

9、質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粉質(zhì)黏土、含砂粉質(zhì)黏土、粉砂、粉砂、圓礫層。以杭州望江路過江隧道為例區(qū)間穿越地層全線路包含黏土，由于黏土顆粒較小，50以m以下細(xì)顆粒所占比例高達(dá)50%以上，泥水分離設(shè)備無法完全篩分，隨著掘進(jìn)距離的增加，泥漿比重會(huì)持續(xù)增高，從而影響正常的泥漿循環(huán)攜渣能力，所以泥水盾構(gòu)施工過程中泥漿的廢棄處理是無法避免的問題。通過泥水分離設(shè)備篩分處理后，指標(biāo)合格的泥漿則繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)至盾構(gòu)機(jī)用于下一循環(huán)的掘進(jìn)施工。當(dāng)泥漿不達(dá)標(biāo)時(shí)，則需要進(jìn)行棄漿處理。棄漿集中至廢漿池，經(jīng)沉淀后撈渣外運(yùn)；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經(jīng)過特殊的處理，滿足環(huán)保要求后方可外運(yùn)。5 杭州望江路過江隧道泥漿處理工藝杭州市望江路過

10、江隧道項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)資料盾構(gòu)在兩端工作井處主要以粉砂夾粉土、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，進(jìn)入錢塘江下后以粉質(zhì)粘土為主，下側(cè)有少量粉砂，在ZK1+633 前后段有圓礫出現(xiàn)，江底段地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂。參考本文表一的顆粒分析結(jié)果，在結(jié)合考以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，目前采用二級(jí)旋流分離的泥漿處理系統(tǒng)，同時(shí)引進(jìn) 4 套壓濾系統(tǒng)，對(duì)循環(huán)中的多余泥漿進(jìn)行處理，直接將廢棄泥漿壓濾成干渣和清水，干渣直接通過運(yùn)輸車輛進(jìn)行外運(yùn)棄置，從而達(dá)到廢漿零排放的要求。泥水處理系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)理念該工程盾構(gòu)機(jī)參數(shù)開挖直徑：311.73m,橫斷面：108.43m2,最大掘進(jìn)速度：50mm/min , 3.00m/h ,日掘進(jìn)速度：10

11、環(huán)/天，日最大掘進(jìn)速度：12環(huán)/天，即24m/天；采用預(yù)篩分、一二級(jí)旋流分離，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)循環(huán)泥漿中砂、泥的良好分離。采用脫水篩高頻振動(dòng)脫水，實(shí)現(xiàn)對(duì)外棄渣含水率W25%，適合自卸汽車直接運(yùn)輸而不漏漿。采用制調(diào)漿系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)的流量平衡、物質(zhì)平衡及環(huán)流泥漿調(diào)節(jié)與快速補(bǔ)償。采用壓濾方式對(duì)施工中的廢漿、多余泥漿進(jìn)行處理， 實(shí)現(xiàn)工程施工外棄泥漿零排放。采用 PLC 集中控制室遠(yuǎn)程控制模式，實(shí)現(xiàn)地面泥水處理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制及實(shí)時(shí)監(jiān)控。5.2 廢棄泥漿處理方案項(xiàng)目結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地情況，綜合必選，選用四套壓濾設(shè)備對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行處理，達(dá)到泥漿全部處理，廢漿零排放的效果。壓濾機(jī)工作時(shí)，有以下參數(shù)對(duì)壓濾的效率有

12、直接影響：影響壓濾機(jī)工作循環(huán)周期的因素有：物料過濾狀態(tài)下的溫度和粘度、 壓濾參數(shù)、泥漿物理和化學(xué)特性、單位時(shí)間處理量，濾餅含水率，泥漿中的固體含量，濾餅的洗滌程度等。壓濾系統(tǒng)的能力計(jì)算是建立在壓濾機(jī)的能力得到充分發(fā)揮的前提下，結(jié)合施工過程中的物質(zhì)平衡計(jì)算，以單臺(tái)壓濾機(jī)出土能力進(jìn)行得出壓濾機(jī)數(shù)量。表 3 中是從 10 種土樣中預(yù)選5 種有代表性的土樣（4、2、1、2、？4）做由的計(jì)算。從第8項(xiàng)可以看由，選2臺(tái)壓濾機(jī)（單線）時(shí)，按每臺(tái)壓濾機(jī)每小時(shí)一個(gè)循環(huán)計(jì)，每臺(tái)壓濾機(jī)每天的工作時(shí)間分別為18.28、 23.32、 19.96、 24.8、5.54小時(shí)，即在2地層時(shí)是不夠用的，其余基本足？頡？以上的

13、物質(zhì)平衡計(jì)算忽略了預(yù)篩的影響，根據(jù)在類似地層的出渣情況，可以初步設(shè)定預(yù)篩能出渣30%左右，因此以上數(shù)據(jù)可以進(jìn)行0.7 的系數(shù)折算。同時(shí)計(jì)算中沒有考慮脫水篩的透篩底流，通過實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)算，大約需進(jìn)行1.3 的系數(shù)折算。綜合考慮，雙線泥水盾構(gòu)配置4 臺(tái)壓濾機(jī)，壓濾設(shè)備管路進(jìn)行并聯(lián)，單線高峰期壓濾互相調(diào)配，即使是在施工高峰期（ 12 環(huán) /天 /線），也能滿足工程要求。6 總結(jié)本文通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)大盾構(gòu)直徑隧道廢漿處理工藝進(jìn)行分析，依托杭州望江路過江隧道項(xiàng)目對(duì)杭州錢塘江地層進(jìn)行分析，并對(duì)該項(xiàng)目壓濾設(shè)備對(duì)盾構(gòu)施工廢漿進(jìn)行零排放無公害處理能力計(jì)算，為后續(xù)陸續(xù)開始的穿江大直徑盾構(gòu)隧道泥水廢漿處理方案提供參考，提供思路，盾構(gòu)施工過程中 “廢漿零排放”，避免對(duì)周邊施工環(huán)境污染，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)保意識(shí)、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益增高的主潮流。參考文獻(xiàn)：1 張廣偉，呂明紀(jì).非開挖穿越施工的泥漿污染處理J.建筑機(jī)械化，2006， 24（ 04） ： 49-50.2黨凱