1前言

盾構(gòu)施工作為目前世界上既安全又先進(jìn)的隧道施工技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用到油氣管道建設(shè)的江河穿越施工中。西氣東輸二線有6條過(guò)江管道采用泥水盾構(gòu)工法，現(xiàn)均已貫通。泥水盾構(gòu)在含泥量較高地層中掘進(jìn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的高濃度泥漿不僅會(huì)降低掘進(jìn)工效且后期不易處理。]闡述了泥水處理系統(tǒng)的原理及工藝流程，介紹了壓濾機(jī)在污泥處理中的應(yīng)用，介紹了壓濾機(jī)在越海隧道中的應(yīng)用，但缺少在含泥量較高地層中應(yīng)用。下面以西氣東輸二線北江盾構(gòu)工程為例，介紹壓濾機(jī)的引進(jìn)并與泥水分離、壓濾機(jī)的系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合有效的提高了盾構(gòu)掘進(jìn)工效和泥漿后期處理問(wèn)題。2概述北江盾構(gòu)穿越工程是國(guó)家重點(diǎn)工程西氣東輸二線廣州～南寧支干線的“卡脖子”工程，隧道全長(zhǎng)2 233.8m，成型隧道內(nèi)徑3.08m，其中在泥質(zhì)砂巖穿越1350m、砂層穿越500m、卵石層穿越250m，黏土層穿越130m，工程采用德國(guó)海瑞克公司(Herrenknecht)制造的AVND3080AH泥水氣壓平衡盾構(gòu)機(jī)。為了更好的在泥質(zhì)砂巖和黏土層中掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)在投入該工程前針對(duì)高含泥量地層進(jìn)行了適應(yīng)性改造：

1） 刀盤(pán)艙配備高壓沖洗裝置；

2）增加刀盤(pán)艙內(nèi)泥漿噴嘴；

3）增加1#拖車供漿泵增大循環(huán)量，提高攜渣能力；

4）合理的刀具配置，優(yōu)化刀；

3原泥水處理系統(tǒng)泥水平衡盾構(gòu)是非開(kāi)挖中的前沿技術(shù)，泥水處理系統(tǒng)作為盾構(gòu)機(jī)的主要系統(tǒng)之一，在泥質(zhì)砂巖和黏土地層施工時(shí)，對(duì)泥水處理系統(tǒng)的處理能力、效率和效果的要求更高。泥水分離系統(tǒng)為一、二級(jí)泥水處理，采用一臺(tái)宜昌黑旋風(fēng)工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZX-500泥漿處理系統(tǒng)對(duì)泥水進(jìn)行分離，其最大處理能力500m3/h，分離粒徑45mm。為了保證最大泥漿通過(guò)及處理能力，增加了一套二級(jí)處理裝置，保證其最大泥漿處理能力達(dá)到750m3/h。

3. 1離心機(jī)設(shè)備離心機(jī)為三級(jí)處理設(shè)備，1套采用成都西部石油裝備有限公司和2套采用天津海威水務(wù)工程有限公司的出來(lái)設(shè)備，設(shè)備性能見(jiàn)表1。

3. 2添加化學(xué)藥劑增加泥漿沉淀速度在泥質(zhì)砂巖和黏土地層時(shí)，經(jīng)過(guò)泥水分離處理后的泥漿需要添加絮凝劑，可以加速泥漿沉淀速度、降低泥漿黏度和含水量。通過(guò)對(duì)使用的絮凝劑進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，針對(duì)北江泥質(zhì)砂巖和黏土地層，最終選擇了經(jīng)濟(jì)、適用的陰離子聚丙烯酰胺和聚季胺TDC-15絮凝劑產(chǎn)品，分子量為1000～1500萬(wàn)。北江工程泥質(zhì)砂巖和黏土地層的地層總計(jì)長(zhǎng)達(dá)1500m，掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)切削下的原土有80％以上的顆粒溶解到泥漿中，造成泥漿的黏度和容重的不斷增加，而現(xiàn)泥水處理系統(tǒng)只能分離20μm左右的固相顆粒，導(dǎo)致泥漿循環(huán)系統(tǒng)攜帶渣土能力降低，需要補(bǔ)充和更換循環(huán)泥漿來(lái)降低密度和黏度，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)大型泥漿沉淀池，直接影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，并產(chǎn)生大量廢棄泥漿。

4壓濾機(jī)的引入泥水分離和由離心機(jī)組成的三級(jí)分離系統(tǒng)在本工程中砂層和卵石層中也確可以將泥漿中的細(xì)小顆粒進(jìn)行分離，但在高含泥地質(zhì)條件的盾構(gòu)掘進(jìn)中因設(shè)備處理能力及性能所限很難將粒徑≤20μm的顆粒進(jìn)行分離，如果采用沉淀池沉淀或外運(yùn)處理將會(huì)影響盾構(gòu)施工工效并增大成本投入，故將在本工程中將壓濾機(jī)引入與泥水分離和離心機(jī)配套使用。

4. 1壓濾機(jī)的選型及基本原理北江盾構(gòu)新投入使用的泥漿壓濾系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)，主要包括攪拌捅、儲(chǔ)氣罐、空壓機(jī)、壓濾機(jī)及其配套專用隔膜泵，攪拌葉輪偏心配置的礦漿攪拌器，全自動(dòng)型EPS助濾劑添加裝置，濾餅專用破碎機(jī)組成，其中壓濾機(jī)為核心設(shè)備，其余為配套設(shè)備。壓濾機(jī)主要包括頭板、尾板、孔板、盲板橡膠密封、主液壓缸、主油缸、輔助液壓缸、限位裝置、進(jìn)漿管系統(tǒng)、濾液收集系統(tǒng)、風(fēng)路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制箱、旋轉(zhuǎn)板、連桿組組成。經(jīng)過(guò)泥水系統(tǒng)分離后的廢棄泥漿，流入攪拌箱添加藥劑（生石灰）攪拌，壓濾機(jī)主油缸帶動(dòng)移動(dòng)板關(guān)閉各濾室，用液壓傳動(dòng)的隔膜泵，把泥漿均勻注入相鄰濾板形成的濾室中，在注滿濾室后繼續(xù)入料，給濾室內(nèi)的泥漿施壓，使得大部分濾液通過(guò)濾布，從濾板上的溝槽流出.通過(guò)隔膜壓榨來(lái)縮小濾室容積進(jìn)行二次脫水，用高壓空氣均勻通過(guò)整個(gè)濾餅的斷面進(jìn)行氣水置換，帶走濾餅內(nèi)的殘留水分。最后主液壓缸開(kāi)始工作，連桿帶動(dòng)移動(dòng)板，打開(kāi)壓濾機(jī)放下濾餅，完成一次壓濾過(guò)程。處理能力見(jiàn)表2。

4. 2壓濾機(jī)改造泥漿壓濾處理設(shè)備是盾構(gòu)機(jī)在黏土質(zhì)地層施工中，泥水處理系統(tǒng)重要組成部分分。在黏土地施工時(shí)，由于黏土顆粒粒徑小、吸水性強(qiáng)、黏度大，造成泥漿壓濾時(shí)間變長(zhǎng)，壓濾出的泥餅黏在濾板上不易脫落，需人工處理。因此對(duì)泥漿壓濾處理設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了升級(jí)改造，將濾板數(shù)量由18片增加到30片，經(jīng)過(guò)溢流沉淀后的泥漿先泵送到攪拌箱（2個(gè)35m3），通過(guò)添加助凝劑（生石灰）5～10kg/m3，再泵送到離心機(jī)和泥漿處理設(shè)備。添加助凝劑后有效的降低了泥漿黏度，大大提高了設(shè)備凈化能力和減少了泥漿壓濾運(yùn)行時(shí)間。

5實(shí)施效果通過(guò)統(tǒng)計(jì)及計(jì)算，在泥質(zhì)砂巖及黏土地層中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)量為7環(huán)/d，刀盤(pán) 切削渣土量出約為13 . 6m3/環(huán)×7環(huán)=95.2m3/d，廢棄泥漿72.6 m3/環(huán)×7環(huán)=508.2m3/d。根據(jù)當(dāng)前地質(zhì)條件進(jìn)漿采用清水作為的循環(huán)泥漿，由于粉質(zhì)黏土顆粒小、黏性大,顆粒<74μm占絕大多數(shù)，泥水分離系統(tǒng)分離困難，泥漿壓濾系統(tǒng)承擔(dān)了80％廢棄泥漿處理量。泥水分離設(shè)備出渣量約是3.4m3/環(huán)，壓濾系統(tǒng)出渣量約為11m3/環(huán)。壓濾系統(tǒng)日最大處理量，每小時(shí)能夠完成4次壓濾循環(huán)，廢棄漿液處理量為22.5m3/h，出渣量約為5m3/h，每天盾構(gòu)施工20h計(jì)算，廢棄泥漿22.5m3/h×20h=450m3，每天產(chǎn)生渣餅100m3，泥漿壓濾系統(tǒng)滿足盾構(gòu)機(jī)在泥質(zhì)砂巖 及 黏 土 層 施 工日掘進(jìn)10環(huán)的要求。將泥水處理系統(tǒng)分成泥漿分離處理和泥漿壓濾處理兩部分進(jìn)行管理，提高了泥水處理系統(tǒng)在復(fù)合地層的適應(yīng)性，特別是在黏土地層解決了泥漿黏度高、密度大的處理問(wèn)題，降低了設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)設(shè)備噪聲、解決了環(huán)境污染問(wèn)題、減少泥水處理占地面積、降低了項(xiàng)目成本、保證了施工進(jìn)度等關(guān)鍵問(wèn)題。泥漿經(jīng)過(guò)分離壓濾后的土砂含水率＜30％,壓濾出的液體呈pH≈13的堿性無(wú)色透明液體,達(dá)到泥漿零排放要求，分離壓濾處理后的泥漿量和各項(xiàng)指標(biāo)滿足了盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)的要求。壓濾機(jī)實(shí)際使用效果見(jiàn)圖3。

6結(jié)語(yǔ)北江盾構(gòu)工程在原泥水分離系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了一套泥漿壓濾系統(tǒng)，形成了一套復(fù)合型的泥漿分離壓濾系統(tǒng)，用這套系統(tǒng)將盾構(gòu)機(jī)挖掘輸送出來(lái)的泥漿分離壓濾，徹底將泥漿分離成清水和固態(tài)泥餅，達(dá)到泥漿零排放要求，有著良好的工程作用和經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)已在西氣東輸二線東段北江盾構(gòu)和綏江盾構(gòu)工程中成功應(yīng)用，為其他盾構(gòu)施工的泥水處理起到了一定的借鑒作用。

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