泥水盾构泥浆处理及循环系统的设计与应用

泥水盾构泥浆处理及循环系统的设计与应用

摘要：泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水仓，里面充满了泥浆，开挖土渣与泥浆混合由排浆泵输送至地面的泥水分离站，经分离后进入泥浆调整池进行泥水形状调整后，由送泥泵将泥水送往盾构的泥水仓重复使用。本文将根据广佛线施工四标区间盾构开挖的工程实践，阐述泥浆处理系统的设计与应用。

关键词：泥水盾构循环系统设计应用

工程概述

广佛线施工4标地铁土建工程为珠江三角洲城际快速轨道交通线的组成部分，该项目共三个区间，全长2489延长米（双线），施工采用2台海瑞克泥水平衡式盾构机掘进。

根据现场施工工况特有条件及提供的施工现场地质资料: 粉细砂占整个地层约为40.6％，主要分布在③1层。中粗砂，主要分布在③2层。占整个地层约为22.5％，砾砂占整个地层约为13.0％，主要分布在③3层。粉土占整个地层约为6.5％，主要分布在④1层。强风化泥质粉砂岩约为7.0％，主要分布在⑦层。余下为少量的淤泥质土、粉质奶头、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩，分别占地层的4.3％、0.5％、4.3％和1.3％，分别分布在④2、⑤2、⑥和⑧层。盾构穿越地层主要粉细砂层、中粗砂层和砾砂层，并有少量的淤泥质土、粉质粘土、全风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩等。

Φ6250泥水平衡盾构掘进机主要技术参数

盾构机外径：Φ6.25m

掘进最大速度v: 5 cm/min

每天最高掘进环数：12环

进浆流量：800 m3/h

出浆流量：1000 m3/h

进浆比重：1.1～1.2

出浆比重：1.3 ～1.45

送排浆管通经：30cm

分离粒径：30μm

泥水分离系统的技术设计

经过多方比较与考察，项目部确定采用台湾伯元公司的泥水分离设备。

规划参考

根据现场的实际情况以及海瑞克盾构设备的技术参数，确定泥水分离系统的规划参数即机械设备的机型参考如下：

泥浆最大处理量为: 1000m3/h

泥浆分离前比重:平均1.3最大1.4

泥浆分离后比重:平均1.1最大1.2

出碴能力150 m3/h

流程规划

第一阶段: 先以层式震动筛选机，将浆液中大于4mm的颗粒筛选出,并以输送机堆置。

第二阶段: 经震动筛筛选后剩余的浆液以高低落差方式,自然送入砂泥分离机,将浆液中4mm~0.074mm颗粒粹取出,并以上倾式震动脱水筛,将颗粒脱水至含水率18~20%左右,再以输送机堆置。

第三阶段: 经砂泥分离机粹取后之浆液,再以高低落差方式送入超细颗粒回收机,将泥浆中之0.074mm~0.020mm颗粒粹取出,并以超高频震动脱水筛加以脱水至含水率为22~25%左右,以输送机堆置。

第四阶段: 经超细颗粒回收机粹取后之浆液,全数排入沉淀槽中沉降后, 再将最后一池上层浆池回收使用。

设备规格设计

单层式震动筛选机(粗筛)

. 型号: VS-1833

. 有效筛选面机: 3.3(l)x1.8(w)=5.94m2

. 使用电力: 5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW6P/

. 筛网采用4mm网孔,内衬5mm厚钢板支撑。

高速泥砂分离机(一次旋流分离)

. 型号: SFR-1000X160

. 渣浆泵: 10/8EM型(石家庄泵业集团)

. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm

. 旋流器型号: HC-900

. 震动脱水筛型号: VDS-1833

. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2

. 震动脱水筛最大脱水能力:160mt/h

. 使用电力: 主马达112.5KW6P/,振动马达5.6KW/6P/ea x 2=11.2KW/6P

. 震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。

超细颗粒回收机

. 型号: SC-1000/22

. 渣浆泵: 10/8EM型

. 泥浆泵最大流量: 1000mt/h/700rpm

. 旋流器型号: B6-3035

. 震动脱水筛型号: HVDS-1833

. 震动脱水筛有效脱水面积: 3.3(l)x1.8(w)m=5.94m2

. 震动脱水筛最大脱水能力:40mt/h

震动脱水筛筛网采30x30cm小面积式,PU内衬钢板制,网孔尺寸为0.2、0.3及0.5mm,分别分布于不同需求点。筛内部两侧及出口处均附有耐磨塑料板,以防止颗粒直接接触两侧钢板造成磨损。

弹性回收系统:

本机设备有弹性回收系统,取决于用户对于回收粒径的需求,可弹性选择开启或关闭第二次旋流分离。

PLC操作系统:

本机采用PLC程控方式,控制机械的开启或关闭,当主槽内之水位探针感应到水位变化,亦既入水时,机械则会顺序启动.当探针感应到水位下降时,亦会自动控制机械自行运作一段时间,以便清除水槽中可能之沉泥后,自动顺序停止设备。

调制浆系统

调制浆系统在泥水平衡盾构施工中是一个重要的组成部分，盾构排泥水带有原状土的成分，经泥水处理设备的处理后，如未达到送泥水的指标或送泥水的量不够，须由调制浆系统补充调制浆，以达到送泥水的指标和所需用量。

设计依据

遵照广州（广佛线）4标地铁隧道盾构配套施工设备调制浆及其控制系统招标文件提供的盾构掘进参数要求及细则，以盾构通过地层的地质条件为依据，盾构日掘进最高环数12环，折算成2小时一环，其中掘进时间30分钟。

调制浆拌制系统

当盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液量经处理后，送泥水的量不足或泥水性质不能满足要求时，需要及时补充新鲜浆液，对送泥水的指标进行调整，保证盾构顺利掘进施工。

调制送泥水用的调制浆主要材料为膨润土、CMS等。

泥水的调制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成，CMS储备槽贮存化学浆糊、新浆贮备槽贮存拌制后的调制浆，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽与膨润土进行混合搅拌成调制浆液。见图2

调制浆液能力的确定

根据计算，盾构在主要地层（主要以砂性土为主）掘进过程中，每环需要调制浆的补充量为25～30 m3。采用2只20m3新浆槽拌制调制浆液，