泥水分离设备在粘土层如何提高效率以及废浆处

摘　要：泥水处理系统主要是在淤泥质粘土层不能很好的发挥其作用，分离效率差，弃浆量大，针对这一问题武汉地铁隧道引进了压滤设备进行补充，从使用效率来看压滤机配合泥水盾构施工将是未来泥水平衡盾构施工的一个趋势。

关键词：粘土层分离；废浆处理；压滤机

0引言
　　随着社会快速发展，交通堵塞问题日趋严重，国家加大力度进行地下公路，地铁等施工。城市最为显著的就是地铁施工，一般较为复杂的地层，基本上都采用的是泥水平衡式盾构机，泥水平衡式盾构机配套的泥水系统（泥水分离设备、调制浆系统、废浆处理）如何在场地狭小，环境保护要求高的城市中使用，是所有施工单位必须面临的问题。
一、泥水分离设备
　　目前，国内施工单位采用的泥水分离设备主要集中在：德国沙堡、宜昌黑旋风工程机械有限公司以及北京铂元环保工程有限公司的所生产制造的设备，所有制造厂商的原理基本相同，只是结构上和设备硬件有些不同。
1、分离设备工作原理：
　　1）一级除砂处理：盾构在砂砾石层、淤泥质粘土层、中粗砂层掘进时只需进行一级除砂处理。其工艺流程如下：竖井内的排泥泵将携带土碴的污浆输送到分离站的预筛器，经预振动筛选后，粒径在2mm以上的碴料分离出来。
　　2）二级除砂处理：经预振动筛筛余的泥浆进入储浆槽，由碴浆泵从储浆槽内抽吸泥浆，在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从旋流除砂器进浆口切向射入，经过旋流除砂器分选，粒级74um以上的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入细筛；细筛脱水筛选后，干燥的细碴料分离出来；经过第二道筛选的泥浆循环返回储浆槽内，处理后的干净泥浆从旋流器溢流管进入中储箱，然后沿出浆软管输送到过度沉淀池。
　　3）三级除砂处理：盾构在粉土、粉砂层掘进时，一、二级除砂处理不足以将泥浆密度及含砂率降至合理范围内时需进行二级除砂处理。其流程如下：盾构排出的泥浆经排泥管输送至预振筛内，预振筛将泥浆中2mm以上的砂砾筛除，经旋流除砂分离及细筛脱水后清除74μm以上的砂质颗粒，经过第二道筛选的泥浆进入小直径旋流除砂器，将泥浆中剩余的74μm以上砂质清除，并同时清除掉45μm以上的泥质颗粒。二次除砂后的泥浆由出浆口输送至过度沉淀池。
　　2、四级处理：在淤泥质粘土层分离设备对浆液的粘度、比重通过分离设备不能有效的降低，直接影响施工的进度，武汉越江隧道引进了压滤设备进行浆液的四级处理。在过度沉淀池将沉淀好的高比重（1.4g/cm3）浆液进行浓缩压滤。
二、淤泥质粘土层提高施工效率
　　泥水盾构快速施工一个重要环节就是浆液质量（比重、粘度）是否能配合上，在淤泥质粘土层分离设备的主要依靠预振动筛进行碴液分离。
　　1、预筛脱水
　　预筛脱水，除淤泥质粘土、粘土地层都没有问题，在淤泥质粘土层2mm-4mm筛孔
很容易堵塞筛孔造成出渣不畅，经过多次实验。在淤泥质粘土层和粘土层筛板角度调整为-15度，筛孔15mm的长形孔的梯形筛，振动电机振幅调整到70-80%比较合适。
　　2、沉淀池设计
　　1）沉淀池的功能是将泥水分离设备不能处理的含有较细小颗粒的浆液再次进行沉淀分离。在各种分离方法中，沉淀分离的费用较低。沉淀池的结构形式有多种，主要有直流型和迷宫型。直流型沉淀池需要的流程长，流域面积大，否则，达不到良好的沉淀效果，这种沉淀池的占地面积十分庞大（武汉长江隧道所使用的）。迷宫型沉淀池采用S形走向，与直流型相比，提高了空间利用率，大大增加了流程长度，有效地弥补了直线型沉淀时问短的不足。另外，迷宫型沉淀池还可以改变浆液流动的方向，进而减缓流速，加快土颗粒的沉淀，并可减小沉淀池占地面积，在沉淀场地有限时采用迷宫式沉淀池更为有效。
　　2）城市地铁施工场地小，根据这一情况施工单位一般采用的集中钢结构池通过泵送压滤的方式进行浆液的调配。
　　3、压滤设备的配套使用
　　随着国家对环境保护的日趋严格下。压滤设备是进入泥水盾构施工的一个必然趋势，压滤设备是将分离设备不能分离的颗粒进行再次处理的一种工艺，压滤设备优点：能针对各种地层使用，处理费用较低。不足：设备昂贵、前期投入较大，处理能力比较小。压滤使用情况统计：
　　1）粘土层使用：
　　a、絮凝剂：500元/吨=0.5元/kg。
　　b、每循环泥浆量：6m3，泥浆加入絮凝剂：10.8kg/m3
　　c、每方泥浆絮凝剂成本：10.8 kg/m3*0.5元/kg=5.4元/m3
　　d、压滤设备工作功率：20kw，11分钟压滤6m3泥浆.电费:20*11/(60*6)=0.6元。
　　e、工作次数：每小时可以压滤3-5板（12m3-20m3）
　　2）在砂层使用：
　　不加絮凝剂，每小时循环次数大概在5板（20m3）
结论：压滤设备在粘土层使用成本较高，相对效率较低，在砂层效率较高。
　　4、泥水处理系统工作原理图