泥漿處理技術在地鐵盾構施工中的應用

摘要：結合工程實例，介紹泥漿處理系統的工作原理及工藝流程，闡述其在地鐵盾構施工中的應用及實施效果，供類似工程借鑒。

盾構技術是非開挖方式中的前沿技術,其中泥水質構是盾構家族家族中的一種密閉盾構。作為泥水盾構主要系統之一的泥漿處理系統直接影響施工進度、質量，這種技術的應用，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］區間盾構工程采用兩臺由日本三菱公司生產的泥水加壓式盾構機，排出的碴漿量達1000m3/h，而且地質條件復雜，有穩定性差的淤泥和淤泥質沙層，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，用泥水處理設備及傳統的多級沉淀池將盾構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，有利于提高工程質量，同時節約造漿材料，降低施工成本。此泥漿處理技術的閉路循環凈化方式及較低的碴料含水率有利于減少環境污染。

1總體思路

將盾構機掘削下來的土砂形成的泥水輸出，經泥水處理系統分離成土砂和可循環利用的泥漿，以土砂的形式用汽車運走。

2技術方案

2.1盾構機掘進對泥漿處理系統的要求

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

2.1.2對泥漿指標(處理結果)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　泥漿處理系統是盾構機正常掘進的重要保障，處理系統須在盾構機施工中萬無一失，做到可靠。本處理系統的可靠性主要表現在幾個方面，

（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、質量、使用壽命等的可靠性；四通過管路系統及閥組對各組設備進行切換，互為備用。

2.1.4控制系統的整合 泥水在盾構機至泥水處理系統之間的循環是由泥水輸送系統實現的，盾構機開挖下來的土砂進入切削倉，經攪拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至泥水處理系統，在泥水處理場進行處理，分離后的泥水經調整密度，粘度等指標后再泵回開挖面，如此循環。

2.2泥漿處理系統的工作原理

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

盾構施工時可根據環境系統的設計選配泵送系統，保證泥漿的合理流量及壓力輸送至...級除渣凈化系統的預篩器內，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粒徑以上的砂質顆粒，當盾構機在砂礫石層或中砂層掘進時，泥漿經...級除砂凈化系統后已滿足要求。這時可轉換出漿口閥門，凈化后泥漿可直接進入回收泥漿槽，由制漿系統的高速制漿機在調配泥漿槽內適時調漿后泵送回盾構機。當盾構機在粉土、粉砂層掘進時，...級除砂凈化系統不足以將泥漿比重及含砂量降至合理范圍內時，可轉換出漿閥門使泥漿進入二級除砂凈化系統。漩流除砂器可將泥漿中剩余的74μm粒徑以上的砂質清除，并同時一次性清除掉大部分45μm粒徑以上的泥質顆粒。二次除砂后的泥漿由出漿口自流進入調整槽，經調漿后泵送回井下。

2.3泥水處理系統

2.3.1系統的建立

為了達到兩臺盾構機所需的穩定泥漿指標，實現泥水分離的理想效果，根據地質構造及粒徑比例分布和單位時間內的處理量，設計本系統。

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

2.3.2泥漿處理工藝流程

盾構機掘進后由排泥管排出的泥渣經過...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，則制漿進行調節加大泥漿濃度后泵送到盾構機。

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生故障的機率非常小。況且棄漿池存有大量的滿足盾構機要求的泥漿,在經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機正常掘進約2環，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。可調節的振動激振力、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、節能效果顯著。振動篩運轉噪音低，有利于改善工作環境。耐磨蝕的離心式渣漿泵具有結構先進、通用化程度高、運轉可靠及拆裝維修方便等優點；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。結構參數先進的水力旋流器具有的泥砂分選指標。材質耐磨、耐腐蝕、重量輕，因此具有操作調整方便，耐用經濟的特點，適于在惡劣工作條件下長期免維護使用。構思新穎的液位自動平衡裝置不但能保持儲漿槽液面穩定，還能實現泥漿重復處理，進一步提高凈化質量。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。電氣控制部分采用了繼電器邏輯控制系統，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]區間盾構工程，在采用該泥漿處理技術后，單線日掘進達到15環，雙線可達30環，完全滿足盾構機正常的掘進能力，提高了生產效率。

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

（3）由于經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境污染，利于環保。