建设工程—盾构泥浆绿色施工工法工艺.docx

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1、盾构泥浆绿色循环处理施工工法1.前言在盾构施工过程中，由于盾构施工工艺的需要及地质特性，导致盾构渣土中含有大量的水分，盾构渣土成稀泥样或泥浆样，不易运输转移。并且隧道盾构施工过程中，由于泡沫剂、重金属、高分子聚合物等有机化合物的使用，使盾构渣土中残留泡沫剂、重金属、高分子聚合物等有机化合物，并随盾构渣土转移至外部生态环境，对生态造成危害。目前国内对于生态环保越发重视，盾构施工后产生的渣土倘若得不到妥善处理，任由其堆放，势必会造成很大的环境负担，因此现急需一套灵活性和可调节性的渣土快速成套技术及装备解决以上问题。为解决以上问题，我司在轨道交通18号线项目、19号线项目当中采用了泥水分离系统和离心

2、机压滤机的配套技术，同时进行泥水分离和废浆处理，形成针对不同泥浆性能指标与地层颗粒级配下筛分、旋流、离心、压滤各系统固液分离协同控制技术。分离后的固相集中处理，液相作为拌制新浆和稀释调整工作泥浆的水源继续循环利用，实现废浆“零排放；制浆材料采用新型可降解盾构专用制浆剂+膨润土的配合比取代传统的膨润土+纯碱+CMC的泥浆配合比，不仅节约了大量膨润土，也减少环境污染；泥水处理通过集成化、工厂化进行全封闭，减少噪声和粉尘污染，节能环保。本工法关键技术经四川省科学技术信息研究所查新后，显示国内无相同文献报道，填补了国内部分技术空白。2 .工法特点2.0.1系统性、集成化、机械化泥浆处理。基于分离点的细

3、颗粒地层大直径泥水盾构掘进过程泥浆处理“筛分-旋流-离心以及压滤并行”的多级泥浆综合分离技术，改进了泥水处理配套技术，采用目前最先进的立体式、模块化设计的泥水分离系统、配备足够数量的离心机和压滤机同时进行泥水分离和废浆处理，形成了针对不同泥浆性能指标与地层颗粒级配下筛分、旋流、离心、压滤各系统固液分离协同控制技术。2.0.2施工效率高，而可实现盾构机连续掘进，有效节约工期。发明了适用于“筛分-旋流-离心以及压滤并行”多级泥浆处理的“A+B”主副双回路泥浆池构建与泥浆循环技术。自主研发了“一用一备”主副双回路泥浆池系统，每台盾构机配备两套泥浆池系统，随时监控泥浆比重、粘度等参数。当泥浆参数不满足

4、盾构掘进要求时，立即切换到另一套泥浆池系统，以保证盾构机能持续高效掘进，解决了细颗粒地层盾构掘进与泥浆处理之间的矛盾，每月平均进度达到了30Om以上（最高实现477m月），实现了复杂环境下细颗粒地层中双线泥水盾构高效掘进，极大提高盾构掘进效率。2.0.3极大节约水资源，经济环保性强。依托泥水多级处理技术创新，通过采用离心机和压滤机进行固液分离，分离后的固相集中处理，液相作为拌制新浆和稀释调整工作泥浆的水源继续循环利用，实现废浆“零排放；制浆材料采用新型可降解盾构专用制浆剂+膨润土的配合比取代传统的膨润土+纯碱+CMC的泥浆配合比，不仅节约了大量膨润土，也减少环境污染；泥水处理工厂通过集成化、工

5、厂化进行全封闭，杜绝噪声和粉尘污染，节能环保。3 .适用范围本工法适用于黏土、粉质黏土、粉土等细颗粒地层为主的泥水平衡盾构施工。4 .工艺原理针对泥水盾构施工的地质特点，选配合理的泥水分离系统，并根据地层中74Um以下的细颗粒所占的比重，计算盾构每掘进一个循环泥水分离系统无法分离的20Um以下细微颗粒进入泥浆后造成泥浆比重和粘度上升的速度，根据施工进度指标要求，配置足够数量的离心机和压滤机。对泥浆池布置进行创新每套泥水分离系统对应“一用一备”两套泥浆池环流系统，使两套泥浆池可以任意切换，当其中一套泥浆池的泥浆指标不满足施工要求时，可以立即切换到另一套备用的泥浆池，使盾构机能够连续高效掘进。然后

6、采用离心机和压滤机对不满足要求的泥浆进行固液分离，分离后的清水存贮在水池中,作为拌制新浆和稀释调整工作泥浆的水源继续循环利用，并将这一套泥浆池系统中剩余的泥浆比重、粘度等指标进行调整，满足要求后备用。国心清液池*cm4水区Jf条筑ii图4.1布置图5 .工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工准备图5.1-1施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 施工准备施工场地征拆，场地平整修建，泥水处理场地可根据不同项目情况自行设定。现将本工法应用项目中泥水处理场进行说明以提供参考。泥水处理场总体呈矩形，主要包括:泥浆池、制浆仓库、泥水处理设备操作平台、渣土场、废浆储浆罐等。5.2.2 泥浆池修建与传统的

7、每台盾构机只配置一套泥浆池的思路不同，本工法采用了“A+B”两套泥浆池配置。每套泥浆池由3个沉淀池、1个调整池和1个回浆池所组成，当A套泥浆池正常为盾构掘进提供满足要求的泥浆时，B套泥浆池装满合格泥浆备用。当A套泥浆池的泥浆比重超过1.2t?或粘度超过24s时，立即将泥水分离系统的出浆口切换至备用的B套泥浆池的沉淀池，并将进浆泵站的进浆口也切换至备用的回浆池，继续保持盾构的不中断快速掘进。此时A套池内不满足要求的泥浆由离心机和压滤机进行处理，随后A套池中重新拌高品质泥浆，当B套泥浆池不满足要求时重新切换至A套泥浆池中以满足掘进需求。泥浆池的设置是根据泥水盾构每掘进一个循环的泥浆循环量配置相应容

8、积。泥浆池容积设计容积=排浆泵排浆流量*(1+富余能力系数)，富余能力系数依据经验设定，但不得小于0.12。由于本项目盾构机排浆泵排浆流量为1830m2h,为了保证盾构正常施工的泥浆供应，根据以往施工经验，考虑0.12的富余能力系数，泥浆池总容积为1830x(1+0.12)=2050m同时拌浆池、清水池和清液池为左、右线两台盾构机共用。沉淀池和调整池隔墙顶部设置溢流口，呈迷宫型设置，以增加泥浆流动路径。泥浆池布设应当考虑进、排浆泵流量。盾构机排浆泵排浆流量为1830m2h=30.5m2h,考虑排浆泵工作效率，每个沉淀池的容积为405m2,调整池的容积为625?,回浆池容积为ZlOn?。一套泥浆

9、池体积为4053+625+210=2050m2,每台盾构机配置“一用一备”两套泥浆池，则总体积为2050x4=8200m2,为了节约施工用地，C在满足掘进要求基础上，拌浆池容积为56Om2、清水池容积为205511A清液池容积为2075n和综合设备坑容积为IlIom2为左右线两台盾构机共用，经计算，泥浆池总容积为：8200+560+2055+2075+1110=14000m2,泥浆池各池用途及分类见表5.2.2o表5.2.2泥浆池分类泥浆池容积（m3）用途左线沉淀池2430储浆分离后的浆液沉淀分离区调整池1250进浆调制区回浆池420进入进浆泵右线沉淀池2430储浆分离后的浆液沉淀分离区调整池

10、1250进浆调制区回浆池420进入进浆泵共用新浆池560拌制高品质泥浆清水池2055储存清水和压滤机分离后的清水离心清液池2075储存离心机分离后水和细颗粒，中和之后重新拌制高品质泥浆综合设备坑（泵坑）IllO安置进浆泵、清水泵、轴封泵、冲洗泵、调整泵及相关配泥浆处理设备其他设备泥水处理设备操作平台泥浆池深为3m（深度可根据泥浆池占地大小自行设定），各池子间隔墙厚为0.3m,经计算可知泥浆池占地面积为4667m2（长100m宽46.67m,深3m）,为了保证结构稳定安全，防止泥浆渗漏，杜绝环境污染，泥浆池采用抗渗的钢筋混凝土结构，每套泥浆池的3个沉淀池和调整池顶部设置有长4.5m,高0.5米的

11、溢流口，成迷宫型设置，以增加泥浆绕流路径，调整池和回浆池在底部设有连通口。两套沉淀池之间用三通管将泥水处理系统的出浆口进行连接。沉淀池中安装有可移动式渣浆泵，可以将泥浆抽进离心机和压滤机的储浆罐中。每个调整池安装有一台可任意移动的搅拌臂，离心机分离出来的清液用管路连接至清液池及各个调整池，压滤机分离出的清水用管路连接至清液池及各个调整池。综合设备坑内安装有一台进浆泵，用三通管和两个回浆池进行连接，可以任意切换。新浆池用管路和各个调整池进行连接，可以随时将拌制的新浆泵送至任意一个调整池。泥浆池平面布置示意图见图5.2.2-1。图5.2.2-1泥浆池布置示意图5.2.3 设备安装调试泥水分离系统设

12、备配置模式与盾构机的大小、盾构掘进速度、地质水文条件等紧密相关。不同的地质工况、不同直径的盾构机、不同的掘进速度决定不同泥水处理系统模式。选择泥水处理系统时必须考虑以下因素：（1）必须能有效地分离泥浆中的泥土和水分；（2）必须具有与盾构最大掘进速度相适应的泥水处理能力。泥水处理系统主要由三部分组成：泥水分离系统、高比重泥浆处理系统、泥浆循环系统。泥水分离系统组成部分：预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成、脱水筛单元。泥水分理设备采用模块化集成设计，盾构掘进使用的泥浆利用排浆泵通过排浆管路输送至泥水分离设备，经过分配器分流至各预筛分处理单元。图5.2.3-1泥水分离系统示意图高比重泥浆处理系统

13、：由离心机系统、压滤机系统。离心机系统：当沉淀池的泥浆比重超过L2tm3或粘度超过24s时，将沉淀池中不满足要求的废浆通过渣浆泵输送至离心机房的进料罐中，然后向进料罐中加入35%o比例的絮凝剂（聚丙烯酰胺（PAM）进行充分搅拌，然后分别将泥浆和絮凝剂药液泵入离心机中进行进一步的固液分离处理。上部比重较小的泥浆通过30Kw渣浆泵泵入处理能力120m3h的CS30-4T型离心机中进行进一步的固液分离处理，离心机及其工作原理图见图5.2.32。当推料器转动时，离心机就将进料泥浆从进料口分散到转鼓中。泥浆中重的、粗糙的颗粒沉降在转鼓内表面上，推料器叶片不断运转，将泥饼推向固料出口。转鼓产生高离心力，在

14、转鼓内形成一个清液池。游离液体和较细固体流向离心机较大的一端，液相物料通过溢流堰排出。泥浆中5m以上的颗粒被分离后落入平台地下的渣场内，固体颗粒物含水率40%,可直接装车出渣，分离中的清水中还有难以被离心机处理的5m以下粘粒重新拌制高品质泥浆。分离出的清水通过管路进入离心清液池回收备用。图5.2.3-2离心机及其工作原理图压滤机系统：当离心机的处理能力不满足施工需要时，可将沉淀池底部的比重较大的浓泥浆经由加压泵泵送到APN18SL80M框板式压滤机的进料罐内。进料罐经过搅拌改良后，泥浆经由加压泵进入压滤机滤室，经过滤布和颗粒的共同作用拦截固体，排出液体，然后再进行隔膜压榨降低含水率，经过压滤机

15、压滤出的泥饼含水量25%,可直接装车出渣。处理后的清水收集到清水池中备用。压滤机及其工作原理图见图5.2.33。图5.2.3-3压滤机及其工作原理图泥浆循环系统组成部分：调制浆系统、输送系统、泥浆指标调整系统。泥水处理设备基础修建：泥水分离设备平台采用1.5mX1.5m独立基础钢筋混凝土框架结构。设备平台施工时首先测量放线开挖独立基础基坑，铺设IoCm厚C15素混凝土垫层；然后安装独立基础钢筋(预留立柱竖向插筋)，浇筑独立基础至扩大基础顶面；随后开挖独立基础间联系梁基础，安装基础地梁钢筋并浇筑独立基础联系梁混凝土；最后依次进行柱、梁、板施工，泥水处理设备基础平面示意图见图5.2.34。图5.2.3-4泥水处理设备基础平面示意图设备安装、调试包括预分筛、一级旋流器、二级旋流器、脱水筛、离心机、压滤机、进浆泵、排浆泵等主要大型设备，设备安装严格控制偏差，安装完成后进行试运行，确保设备可正常运行。5.2.4 .环保型高品质泥浆拌制为了减少泥浆对环境的污染，采用了环保型泥浆材料。采用新型可降解盾构专用制浆剂+膨润土的配合比取代传统的膨润土+纯碱+CMC的泥浆配合比，不仅节约了大量膨润土，也减少环境污染，环保型泥浆配合比见表5.2.4。表5.2.4环保型泥浆配合比表序号膨润土制浆剂1型制浆剂2型制浆剂3型水比重粘度(s)1