引言

近年來，隨著城市基礎設施的不斷開發及科學技術的進步，盾構隧道施工技術越來越廣泛地得到應用。泥水平衡盾構掘進中環流系統會產生大量的廢棄泥漿，傳統的泥水分離處理，采取單一的泥漿渣土分離技術，僅把泥漿與砂土進行分離，部分泥漿經調制后重新環流循環，其余泥漿作為棄漿外運處理。由于黏土或含泥量大的地層造漿能力強，盾構掘進產生的廢棄泥漿過多，造成棄漿外運量大、槽罐車外運因環保問題困難且成本高，若棄漿外運不及時，將導致盾構停機而延誤工期。同時廢棄泥漿的含水率高、保水性較好，導致其中水分自然晾曬很難脫除，不但需要棄渣場占用土地資源，而且對環境造成較大的壓力。我國幅員遼闊，地質條件相差較大，盾構區間線路上既存在巖層又存在土層或砂層的情況十分常見。泥水平衡盾構在砂層或含砂率高的地層中掘進時，經泥水處理設備分離出的渣土含有大量砂石。在國內砂石需求日益增長下，只采取簡單的外運處理，致使砂石資源浪費、利用不充分。基于此，一種符合綠色環保且可持續發展的適用于復雜地層泥水盾構泥漿及渣土綜合處理施工技術得到研究與實踐。白椏楠以廣深港客運專線泥水盾構施工德國沙堡泥水分離設備為例 , 對泥水的分離處理進行系統論述 , 介紹了泥水平衡盾構施工中泥水分離設備在復雜地層中常見問題及處理方法。余承曄等通過將盾構施工過程所產生的盾構渣土和廢水匯總后統一經過分篩系統、泥水分離系統這兩種組合工藝的處理，使盾構泥漿及廢水得到有效的處理，處理后各污染物濃度明顯降低。楊釗等以福州地鐵厚庭—桔園洲區間隧道泥水盾構下穿烏龍江施工為例，研究了利用泥水盾構廢棄泥漿配制壁后注漿材料的可行性，并探討了水膠比、粉灰比、砂膠比、泥漿比重 4 個因素對壁后注漿材料的影響規律。目前國內針對泥水盾構泥漿及渣土處理的研究，主要集中在單一地通過分離設備減少廢漿排放或篩分渣土上，而對“盾構棄漿代替膨潤土用于同步注漿+壓濾機泥漿處理+洗砂機篩分渣土”3種處理方式有機結合的研究相對較少。本文以新白廣 1 標白云機場隧道段工程為研究背景，介紹其工藝流程、材料設備投入及操作要點，對該施工技術處理效果進行分析并總結其在工程中的應用。

1 工程概況新白廣城際白云機場隧道段分為一站三區間，區間采用?9 130 雙模盾構泥水模式進行施工，襯砌管片內徑 8m，外徑 8.8m，寬度 1.6m，厚度 40cm，強度等級 C50，抗滲等級 P12，線路單延長約 8 650m。區間地質情況復雜，不良地質溶土洞發育強烈，綜合見洞率高達 28.18%（見洞鉆孔數量 / 總鉆孔數量）。穿越區域主要包括<3-2> 粉細砂層、<3-4> 粗砂層、<3-5> 礫砂層、<4-2C> 泥炭質土層、<4N-3> 粉質黏土層、<4-4> 含礫粉質黏土層、<7-3> 粉砂巖層，局部經過 <3-3> 中砂層、<5-2> 硬塑狀灰巖殘積土層、<6> 碎屑巖巖石全風化帶、<7> 碎屑巖巖石強風化帶、<8> 碎屑巖巖石中風化帶。其中據勘察統計三個區間地質情況砂層占比 31.79%，黏土層占比 44.70%、巖層占比 23.51%。

2 工藝流程泥水盾構掘進產生的攜渣環流循環泥漿經泥漿管路流向地面泥水分離設備（黑旋風）進行簡單的泥漿渣土分離，其中一部分泥漿經調制后重新進入土倉用于平衡掌子面水土壓力，而絕大部分泥漿作為棄漿一部分用于同步注漿原材料、一部分經壓濾機處理轉換成泥餅及清水。同時，渣土經二級分篩、砂石檢測后得到可用于建筑材料的砂子，而洗砂產生的廢水通過壓濾機進行環?；幚怼Ｄ酀{及渣土綜合處理工藝流程如圖 1 所示。

3 材料設備投入壓濾系統 2 套，每套包括 8 臺XMYG200/1250U液壓板框式壓濾機，每臺壓濾機濾板 72 張、過濾體積達到 200m3、過濾壓力不小于 1.0MPa、濾室容積 3.82m3、整機重量 10t。配套 1 個容量 300m3儲漿罐，存儲棄漿，并設置 3 臺壓濾機入料泵，每臺入 料泵功率 45kW，最大流 量 150 m3/h。統計工程實際工效，壓濾機工作單個過濾周期為 120min，盾構施工時間為 3 個臺班 24h 作業，考慮設備故障、工人休息等因素，折減系數取 0.8，壓濾機容積為 3.82m3，泥餅含水率取70%，泥漿含水率取 97%，每臺壓濾機每日可處理棄漿量為 366.7m3。按照單臺盾構每日掘進 4環指標，每掘進一環（1.6m）產生泥漿理論體積為 104.7m3，考慮黏土層中或含泥量大的地層由于造漿能力強，每日需處理廢棄泥漿最大值為206m3×2 臺 ×4 環 =1648m3，而2套壓濾系統每日總處理量達到 366.7m3×16 臺 =5867.2m3，壓濾處理遠遠滿足泥水平衡盾構在黏土地層掘進施工需求。壓濾機過程耗時：注漿 20min, 保壓46min, 泄壓 8min, 卸泥 36min, 回程 10min。洗砂設備包括 4 臺螺旋式洗砂機、2 臺輪式洗砂機、2 臺脫水振動篩、1 臺斗式給料機、2 臺皮帶輸送機、粗細篩板、若干鋼箱及渣漿泵等 ,具體參數如表 1 所示。

2 臺螺旋式洗砂機或輪式洗砂機各自組成一套設備，通過多級洗選、篩離細顆粒砂與石粉流失較少，產出的砂級配較好，細度模數容易控制，質量較為穩定。按照盾構日掘進 4 環指標，渣土松散系數取 1.14，渣土比重取 1.8，每日出土量理論重量為104.7m3×1.14×1.8t/m3×8=1718.8t。 而 3 套 洗 砂 每 日 總 處 理 量 達到：(80+155×2)×24=9360t， 完 全 滿 足 盾 構 施工渣土處理需求。1t 洗砂產出的砂石一般需要消耗 1.5t 的水，考慮蒸發、砂石攜帶水分等損失，每噸砂石能制造的廢水廢漿最大為1.2m3，2 套壓濾系統每日總處理量 5 867.2m3，廢棄泥漿及廢水廢漿每日需總處理量1718.2×1.2+1648=3710.6m3 ＜ 5867.2m3，壓濾處理洗砂制造的廢水廢漿，不影響泥水平衡盾構正常掘進。

原始盾構同步注漿砂漿主要材料包括水泥、粉煤灰、膨潤土。由于膨潤土漿液是有一定的黏度懸浮漿液，可以增加漿體穩定性，防止漿液的離析，增大漿體黏度，阻礙河沙顆粒下沉。為擴展廢棄泥漿環保經濟的回收再利用措施，采用多余泥漿代替膨潤土漿，經試驗人員對棄漿性能檢測，取比重 1.25、粘度 30s、含砂率 3% 的多余泥漿作為原材料后，用于同步注漿。由于多余泥漿主要由膨潤土、黏土顆粒、CMC 增稠劑等添加劑、少量的砂、水等組成的具有一定粘度的懸浮漿液，拌和后的砂漿各項指標（強度、稠度、流動性等）均能滿足同步注漿材料的要求，用于管片背后注漿的充填性得到保證砂漿前后配比如表 2 所示。

4 操作要點

4.1 壓濾機工作過程壓濾系統的工作是配合入料泵、加壓水泵進行的，壓濾機主要執行以下動作程序。

1）保壓階段壓濾機啟動，入料泵及水泵開始工作，此時液壓油缸保持不動。由于液壓缸受到較大壓力，板框間濾腔內部承受高壓，此時必須保持液壓缸不能泄露。即處于保壓過程。

2）脫水期間入料泵及水泵持續工作，沿著注漿孔將廢棄泥漿注入壓濾機兩板框形成的濾腔中。隨著注漿增多，泥漿受到擠壓力越來越大，水就透過濾布流進兩側導水槽，經3 個清水鋼箱逐級沉淀后，可用于場地清洗、調漿及砂漿拌和用水。而濾腔中剩下擠壓后的濾餅。該階段液壓缸處于持續保壓狀態。

3）泄壓及卸泥過程水泵停止后打開壓榨水回水管蝶閥，卸掉水壓；打開壓濾機回漿管閥門卸掉壓濾機里的漿壓；按壓濾機電柜松開按鈕，液壓缸腔內的高壓液壓油排入液壓油箱，液壓缸退回到限位開關位置停止；按下電柜拉板按鈕，拉板小車自行拉板卸泥；由于泥餅受擠壓自行脫落困難，需采用人工逐塊卸泥。在卸泥過程中如發現有泥餅沒脫落或濾布折角沒綁好可拉小車下的繩索臨時暫停，處理好再拉繩索拉板小車恢復工作；卸泥完成后，清洗濾布上的泥漬，拉板小車及液壓缸已歸位，為下一過濾周期做好準備。而泥餅經車輛外運回收至磚廠、陶瓷廠加工。

4.2 洗砂設備工作過程

1）篩離大直徑塊石、漂石由于盾構掘進地層復雜、炭質灰巖風化程度不一、普遍存在裂隙發育，導致刀具未能很好地起到磨巖的作用，并且剝離下來的較大直徑塊石經泥水分離后成為渣土的一部分，若進入洗砂機內容易磕傷設備。通過人工焊接角鋼與直徑 16mm 的鋼筋組成隔離篩板，鋼筋凈間距 10cm，有效地阻隔塊石。

2）上料、初篩安裝斗式給料機、鏈條傳動，將經過隔離篩板分離后的渣土由水池輸送至初篩網上，利用重力作用，以粒徑 20mm 為界分離砂與石，細顆粒砂分別流向輪式及螺旋式洗砂機內，而粗骨料石子則由皮帶傳輸到鋼箱內。

3）兩級篩分細骨料砂由于盾構掘進地層的復雜，不可避免地會帶有泥土和其他雜質，如不經過洗砂這步驟，砂子在存放時會凝結在一起，影響使用效果，而洗砂機對物料進行二級洗選篩離作業，清除包裹在砂子周圍的泥土等雜質，還可以破壞砂粒表面的水汽層，有利于脫水疏干達到篩分出潔凈度更高的砂子。洗砂用水，采用PVC 管路直接連接壓濾機導水槽，實現洗砂廢水到洗砂用水的無縫循環。4）細篩洗砂后的細砂和水漿液通過高效濃縮旋流器濃縮至 60% 以上濃度，均勻進入振動篩面，首先過濾出大量液體，經渣漿泵引入廢水廢漿鋼箱內，排往壓濾系統的儲漿罐。隨后受到振動的影響，強迫細砂向前運動分離液體控制形成粗砂濾層，進行二次內水分過濾，微細砂脫離水分張力與粗砂混合成團狀，然后團狀砂剝離粗砂濾層快速直線運動至排砂口干排然后由皮帶運輸機運送至一旁，經檢測合格后，可用于建筑材料。干排后的細砂含水率控制在 10% ～ 15%之內，從而達到輸送、干堆、運輸等目的。

4.3 砂漿拌和采用 4 寸鍍鋅鋼管將多余泥漿引流至鋼箱內儲存，砂漿拌和前進行泥漿的性能，由于泥水平衡盾構在下穿不同地層時泥漿比重和粘度會發生變化，當多余泥漿粘度大于 30s 時，需在砂漿拌和中增加適量的水，使砂漿有更好的工作性能。

5 處理效果分析根據盾構區間掘進各個地層中排出的泥漿處理情況進行了分類統計，共調查統計 80 環。通過統計計算，排出泥漿量以砂層為主的地層平均149.5m3/ 環、 棄 漿 44.8m3/ 環、 渣 土 115.2m3/環，以粉質黏土為主的地層平均 297.9m3/ 環、棄漿 193.2m3/ 環、 渣 土 125.6m3/ 環， 以 巖層為主的地層平均 130.0m3/ 環、棄漿 25.3m3/ 環、渣土119.4m3/ 環。應用綜合處理施工技術，經壓濾系統處理，實現棄漿零外運、而需要增加泥餅外運，其中泥餅外運量以砂層為主的地層平均 3.0m3/環、以粉質黏土為主的地層平均 9.32m3/ 環、以巖層為主的地層平均 1.7m3/ 環，具體如表 3 所示。同時對盾構渣土洗砂的應用情況進行了統計計算，在去除巖層尤其是灰巖等非代表性的地層的情況下。應用綜合處理施工技術，有效地利用渣土中存在的砂石資源、保護天然砂石資源及減少渣土的外運，其中以砂層為主的地層細骨料砂產量平均 82.9m3/ 環、棄渣 32.3m3/環，以粉質黏土層為主的地層細骨料砂產量平均 56.5m3/環、棄渣 69.1m3/ 環，具體如表 4 所示。

6 結語總結得出，通過將多余泥漿代替膨潤土漿、安裝壓濾設備及洗砂設備，實現廢棄泥漿全部轉化成泥餅及清水、渣土中的砂石得到洗選分離，大幅度減小泥漿及渣土的外運量，降低盾構同步注漿成本，并能利用壓濾后的清水循環回用在洗砂及盾構施工上，減少項目工程用水支出。同時該施工技術采用壓濾處理克服洗砂帶來的廢水廢漿排污難題，工藝技術成熟、操作簡便，保證泥水平衡盾構掘進的施工效率。

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