泥浆处理技术在地铁盾构施工中的应用

泥浆处理技术在地铁盾构施工中的应用

摘要：结合工程实例，介绍泥浆处理系统的工作原理及工艺流程，阐述其在地铁盾构施工中的应用及实施效果，供类似工程借鉴。

盾构技术是非开挖方式中的前沿技术,其中泥水质构是盾构家族家族中的一种密闭盾构。作为泥水盾构主要系统之一的泥浆处理系统直接影响施工进度、质量，这种技术的应用，面临的突出问题之一就是泥浆的处理和合理应用。

广州市地铁3号线［历＿大］区间盾构工程采用两台由日本三菱公司生产的泥水加压式盾构机，排出的碴浆量达1000m³/h，而且地质条件复杂，有稳定性差的淤泥和淤泥质沙层，有地下水丰富的中粗砂层，有整体性较好，强度较高的微风化沉积岩，也有岩体坚硬破碎、含高承压水的断层破碎带。为此，要求泥水处理设备具有良好的地层适应性。为解决这一难题，此工程采用了一套复合型的泥浆处理技术，用泥水处理设备及传统的多级沉淀池将盾构机挖掘输送出来的泥浆充分净化，有效地对土碴进行分离，利于控制泥浆指标，利于泥浆的重复使用，有利于提高工程质量，同时节约造浆材料，降低施工成本。此泥浆处理技术的闭路循环净化方式及较低的碴料含水率有利于减少环境污染。

1总体思路

将盾构机掘削下来的土砂形成的泥水输出，经泥水处理系统分离成土砂和可循环利用的泥浆，以土砂的形式用汽车运走。

2技术方案

2.1盾构机掘进对泥浆处理系统的要求

2.1.1对泥浆处理系统能力的要求 构机刀盘直径：Φ6 280 mm；一环长度：1 500 mm ;进速度：25～60 mm/min,台盾构机对泥浆的需求量：6.5m³/min;台盾构机排浆量：8.0m³/min（以排浆量计算）每台盾构机掘进各一环的排浆量：8.0m³/min=480m³

2.1.2对泥浆指标(处理结果)的要求 为了维护泥浆泵的性能，降低磨耗，减少配管的阻力，作为送浆用的泥浆，其基本特性如下：

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

2.1.3对可靠度的要求　泥浆处理系统是盾构机正常掘进的重要保障，处理系统须在盾构机施工中万无一失，做到可靠。本处理系统的可靠性主要表现在几个方面，

（1）整体设计的可靠性，即对渣浆处理的及时性、浆液质量的适应性；

（2）处理能力的富裕配置，包括设备整机和零配件的备用及沉淀池的储备功能；

（3）设备本身的性能、质量、使用寿命等的可靠性；四通过管路系统及阀组对各组设备进行切换，互为备用。

2.1.4控制系统的整合 泥水在盾构机至泥水处理系统之间的循环是由泥水输送系统实现的，盾构机开挖下来的土砂进入切削仓，经搅拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至泥水处理系统，在泥水处理场进行处理，分离后的泥水经调整密度，粘度等指标后再泵回开挖面，如此循环。

2.2泥浆处理系统的工作原理

每台ZX-500由两台ZX-250组成，泥浆处理系统由...级除砂净化系统，二级除砂净化系统，排渣系统，回收泥浆槽和调配泥浆槽组成。

盾构施工时可根据环境系统的设计选配泵送系统，保证泥浆的合理流量及压力输送至...级除渣净化系统的预筛器内，预筛器将泥浆中3mm以上的砂砾筛除，并使泥浆均匀分配至2台ZX-250泥浆净化装置中，经漩流除砂分离及细筛脱水后清除大部分74μm粒径以上的砂质颗粒，当盾构机在砂砾石层或中砂层掘进时，泥浆经...级除砂净化系统后已满足要求。这时可转换出浆口阀门，净化后泥浆可直接进入回收泥浆槽，由制浆系统的高速制浆机在调配泥浆槽内适时调浆后泵送回盾构机。当盾构机在粉土、粉砂层掘进时，...级除砂净化系统不足以将泥浆比重及含砂量降至合理范围内时，可转换出浆阀门使泥浆进入二级除砂净化系统。漩流除砂器可将泥浆中剩余的74μm粒径以上的砂质清除，并同时一次性清除掉大部分45μm粒径以上的泥质颗粒。二次除砂后的泥浆由出浆口自流进入调整槽，经调浆后泵送回井下。

2.3泥水处理系统

2.3.1系统的建立

为了达到两台盾构机所需的稳定泥浆指标，实现泥水分离的理想效果，根据地质构造及粒径比例分布和单位时间内的处理量，设计本系统。

本系统采用二台ZX-500型泥浆净化系统，四台ZX-250型泥浆净化系统，一台ZX-500型泥浆净化系统备用，一个迷宫式的沉淀槽（沉淀槽采用分级、分区的迷宫式布置）、调整槽和一个容积约为3000m³特大弃浆池等组成泥浆处理系统。

2.3.2泥浆处理工艺流程

盾构机掘进后由排泥管排出的泥渣经过...级处理设备进行净化处理，若处理后的泥水含砂率满足要求，则可以直接排入一个迷宫式的沉淀槽进行溢流沉淀，否则排到二级处理设备进行进一步处理，然后再排入沉淀槽进行溢流沉淀。经过...级处理和二级处理筛选出来的碴土运送到指定的弃碴场堆放。泥浆溢流进入调整槽后，若泥浆量过剩则可以将泥浆排进弃浆池储存起来，泥浆量超出弃浆池容量时泵送到附近的运输船上运送到弃浆场；若泥浆量不能满足需求量时，则可以用抽浆机进行人工造浆进行补浆。当调整槽的泥浆浓度满足要求时要以直接由送浆泵泵送到盾构机；若泥浆浓度太浓就加清水进行稀释；若泥浆浓度太低，则制浆进行调节加大泥浆浓度后泵送到盾构机。

2.3.3处理设备的备用和安全性保障

（1）设备配置的备用性

根据排泥流量，先用排泥设备进行处理，再排入沉淀槽进行溢流的工艺流程。此时每台盾构机排出泥浆所需的处理设备的能力为404m³/h。此工程选用3套500m³/h和4台250m³/h泥浆处理设备，其中每台盾构机配套1套500m³/h和2台250m³/h泥浆处理设备可以满足...级和二级处理要求，剩余一套500m³/h的泥浆处理设备备用，而且设备间可以通过管路切换互为备用，这样设备储备能力大大增强，储备系数大于1.33。且由于每套ZX-500处理设备是由两台ZX-250处理设备组成，即同时运行时有四台ZX-250处理设备工作，由于四台设备同时发生故障的机率非常小。况且弃浆池存有大量的满足盾构机要求的泥浆,在经过沉淀槽溢流沉淀后也可以输送出大量符合送浆要求的泥浆，即使在不利的情况下即四台ZX-250处理设备都不能运行时也可以保证盾构机正常掘进约2环，也可以给设备的抢修充裕的时间，同时制造厂家承诺两小时内完成维修。所以，此备案也能保证施工的正常进行，不会延误工期。

（2）系统的安全性整机处理碴浆

能力大，达到500m³/h；净化除砂率高，可达95%以上（-0.074粒级）。操作简单的振动筛故障率低、安装、使用及维护方便。直线振动方式使筛分出来的渣料具有很好的脱水效果。可调节的振动激振力、筛面角度及筛孔尺寸使其在各种地层均能保持良好的筛分效果。振动筛筛分效率高，可适应于各种钻机在不同地层的造孔进尺。振动电机功率因素高、能耗低、节能效果显著。振动筛运转噪音低，有利于改善工作环境。耐磨蚀的离心式渣浆泵具有结构先进、通用化程度高、运转可靠及拆装维修方便等优点；较厚的承磨件及配重型托架使其适于长期输送强磨蚀、高浓度的渣浆。结构参数先进的水力旋流器具有的泥砂分选指标。材质耐磨、耐腐蚀、重量轻，因此具有操作调整方便，耐用经济的特点，适于在恶劣工作条件下长期免维护使用。构思新颖的液位自动平衡装置不但能保持储浆槽液面稳定，还能实现泥浆重复处理，进一步提高净化质量。独特的反冲装置能有效防止储浆槽淤砂漫浆，保证设备的长期正常运转。电气控制部分采用了继电器逻辑控制系统，接线简单，抗干扰能力强，维护、维修方便。

3实施效果

（1）广州市地铁三号线[沥～大]区间盾构工程，在采用该泥浆处理技术后，单线日掘进达到15环，双线可达30环，完全满足盾构机正常的掘进能力，提高了生产效率。

（2）处理后的泥浆质量高，含砂率＜7％，延长了设备的使用寿命，提高了经济效益。

（3）由于经过处理后土砂的含水率低于30％，排放量大大减少，运输方便，避免因泥浆排放问题造成环境污染，利于环保。