CN107416994B - 一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法 - Google Patents

Abstract

一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法，该泥浆多级分离方法使用到一套独立的泥水处理系统，其包括预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成、存渣场、两组泥浆池集成、离心机集成及压滤机集成，两组泥浆池集成分为使用组和别用组并能相互切换使用，当满足需要的泥浆从泥水盾构机携带渣土排出后，经过预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成处理后，直径20μm以上的细颗粒物被分离后进入存渣场，剩余的泥浆进入使用组泥浆池循环使用，当使用组的泥浆比重或粘度不满足施工需要时，关闭使用组泥浆池，开启备用组泥浆池，此时对使用组中的泥浆通过离心机集合和压滤机集成分离出20μm以下的固体颗粒物和清水，清水存储后循环使用。

Description

一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及到一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法。

背景技术

在泥水盾构机施工中主要依靠适宜比重和粘度的泥浆来保证掌子面稳定，并通过泥浆来携带渣土，经泥水分离系统处理后达到固体渣土和泥浆分离，分离出的泥浆经沉淀池沉淀后，再经过泥浆比重和粘度的调整后再循环重复利用。但当泥水盾构机穿越的地质情况以粘土、粉土、粉质粘土等细颗粒地层为主时，泥水盾构机常常遇到其泥水分离系统分离出的固体渣土量远远少于开挖出的渣土量，使其大量的细颗粒物质进入泥浆并造成泥浆比重和粘度不断上升。由于此种细颗粒物质多是由20μm以下的粘土颗粒物组成，即便是经长时间沉淀，该细颗粒物在泥浆中也一直处于悬浮状态而无法彻底分离出去。当泥浆比重和粘度达到一定限值，比如比重达到1.3g/cm3或其粘度达到30s时，泥浆将无法正常使用。

对此，传统的做法通常有以下几种处理方式：

1、若施工场地足够大可以修建一个泥浆晾晒场，先将废弃泥浆排到晾晒场内临时存放，当泥浆全部晾晒成干土后，再运至渣土消纳厂。此方式的不足之处主要是占地面积非常大，并且泥浆晾晒受季节和天气影响非常大，当泥浆晾晒场全部充满泥浆后，将直接影响后续施工。

2、施工场地比较大可修建大量的沉淀池，将废弃泥浆进行沉淀，然后挖出沉淀物，在剩余的泥浆中加入清水来稀释泥浆，从而达到降低泥浆比重和粘度之目的。但此种方式的不足是修建大量沉淀池且需要增加大量施工成本，而且细颗粒物质在泥浆中长时间处于悬浮状态且很难沉淀下来。随着时间的累积，当所有的沉淀池均注满泥浆后，也将会影响盾构的正常施工。

3、若施工场地狭小且沉淀池容量较小时则无法满足施工需求，需要及时将废浆运输出施工场地进行处理，这样不仅会大大增加施工成本，而且会造成环境污染。

发明内容

为了使泥水盾构机能够在以粘土、粉土、粉质粘土层等细微颗粒为主的地层中快速掘进，本发明提供了一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法，该泥浆多级分离方法通过泥水处理系统可以将20μm以下的细颗粒物质分离出来，在确保泥浆的比重、粘度以及保护环境的基础上大大提高泥水盾构机的施工进度。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法，该泥浆多级分离方法使用到一套独立的泥水处理系统，所述泥水处理系统包括预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成、存渣场、两组泥浆池集成、离心机集成及压滤机集成，其特征是：

在每组泥浆池集成中均包含有新浆池、清水池、三个沉淀池、回浆池、调整池，在新浆池和调整池中均配置有全方位无死角移动到位的搅拌器，三个沉淀池按其长度方向并排设置并区分为第一沉淀池、第二沉淀池及第三沉淀池，第一沉淀池和第二沉淀池通过溢流口连通，第二沉淀池和第三沉淀池通过溢流口连通，第一沉淀池、第二沉淀池和第三沉淀池共用一个全方位无死角移动的渣浆泵，第三沉淀池和调整池连通，调整池和回浆池连通，新浆池既与调整池连通也与清水池连通；

两组泥浆池集成分为使用组和备用组，实施泥浆多级分离时所述使用组中的新浆池用来拌制泥浆，所述拌制泥浆通过清水池提供的水源与膨润土、纯碱、纯碱和羧甲基纤维素钠CMC搅拌制得，所述拌制泥浆通过泥浆泵输送至调整池并置于回浆池中，所述拌制泥浆的比重是1.05g/cm3而其粘度控制在18～24s，通过泥水盾构机的进浆泵将回浆池中的所述拌制泥浆输送至泥水盾构机的刀盘仓中，所述拌制泥浆再与刀盘仓切削下的渣土混合形成渣土泥浆，然后通过排浆泵将所述渣土泥浆输送至预分筛集成进行筛分，通过筛分能使所述渣土泥浆形成直径大于2mm的粗颗粒物和筛分泥浆，所述粗颗粒物被送入存渣场储存，所述筛分泥浆进入一级旋流集成并形成直径大于74μm而小于2mm的中细颗粒物和一级旋流泥浆，所述中细颗粒物也被送入存渣场储存，所述一级旋流泥浆进入二级旋流集成并形成直径大于20μm而小于74μm的细颗粒物和二级旋流泥浆，所述细颗粒物也被送入存渣场储存，所述二级旋流泥浆进入所述第一沉淀池进行沉淀并获得沉淀泥浆，对所述沉淀泥浆进行比重和粘度检测：

当所述沉淀泥浆的比重在1.05～1.2g/cm3而其粘度在18～24s时，所述沉淀泥浆经第二沉淀池、第三沉淀池沉淀后流入调整池并再次与所述拌制泥浆充分搅拌混合后进入回浆池循环利用；

当所述沉淀泥浆比重大于1.2g/cm3或是当所述沉淀泥浆粘度大于24s时，关闭所述使用组并开启所述备用组，此时所述备用组与所述使用组的多级分离方式相同；

当上述沉淀泥浆比重大于1.2且粘度大于24s时，将同时启用离心机集成和压滤机集成对其进行离心和压滤处理；

在关闭所述使用组时，将部分所述使用组中的所述沉淀泥浆通过渣浆泵将其输送至离心机集成的储浆罐，然后对所述储浆罐中的所述沉淀泥浆加入絮凝剂得到离心泥浆，所述离心泥浆进入离心机集成进行分离，得到直径大于2μm而小于20μm的细微物和分离水，所述细微物送入存渣场储存，所述分离水进入清水池循环利用；与此同时将另一部分所述使用组中的所述沉淀泥浆通过渣浆泵将其输送至压滤机集成的储浆罐，然后对该所述储浆罐中的所述沉淀泥浆加入絮凝剂得到压滤泥浆，所述压滤泥浆进入压滤机集成进行压滤，得到直径小于20μm的压滤泥饼和压滤水，所述压滤泥饼送入存渣场储存，所述压滤水也进入清水池循环利用，至此完成泥浆多级分离的循环过程。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明不需要非常大的占地面积，泥浆处理不受季节和天气影响。

2、本发明不需要修建大量的沉淀池，不需要大量清水来稀释泥浆，既可以节约施工成本，也可以解决细颗粒物长期悬浮于沉淀池中难以沉淀的难题，确保泥水盾构在细颗粒地层中快速掘进。

3、本发明彻底解决了狭小施工场地产生大量废弃泥浆和泥浆外运的难题，不仅节约了施工成本，而且杜绝了环境污染。

4、本发明特别适合于在城市中心区或施工场地狭小条件下的泥水分离，泥水盾构机穿越的地层以粘土、粉土、粉质粘土层为主。

附图说明

图1是本发明泥浆多级分离的工艺步骤参考简图。

具体实施

本发明是一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法，尤其适合于在城市中心区或施工场地狭小条件下的泥水分离。

本发明的泥浆多级分离方法使用到一套独立的泥水处理系统，所述泥水处理系统包括预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成、存渣场、两组泥浆池集成、离心机集成及压滤机集成。

结合图1，在每组泥浆池集成中均包含有新浆池、清水池、三个沉淀池、回浆池、调整池，在新浆池和调整池中均配置有全方位无死角移动到位的搅拌器，三个沉淀池按其长度方向并排设置并区分为第一沉淀池、第二沉淀池及第三沉淀池，第一沉淀池和第二沉淀池通过溢流口连通，第二沉淀池和第三沉淀池通过溢流口连通，第一沉淀池、第二沉淀池和第三沉淀池共用一个全方位无死角移动的渣浆泵，第三沉淀池和调整池连通，调整池和回浆池连通，新浆池既与调整池连通也与清水池连通。建议调整池的容积与泥水盾构刀盘仓的容积和进排浆管路的流量相匹配，沉淀池的容积至少是调整池的两倍以上，采用三个沉淀池是本发明的一种集成设置，但是两个或者三个以上的沉淀池集成也同样适用于本发明，清水池的容积至少是调整池和沉淀池容积之和，其它池的容积根据施工场地大小进行相应匹配即可。有关具体泥浆多级分离方法参见所述技术方案，不另赘述。

需要说明的是：

一、根据粘土、粉土、粉质粘土层等地质情况选定泥水盾构机，在泥水盾构机配置一套独立的泥水处理系统，其中预分筛集成表示两个或两个以上的振动筛，一级旋流集成表示两组或两组以上直径较大的立式旋流器，二级旋流集成表示两组或两组以上直径较小的立式旋流器，离心机集成表示两台或两台以上的卧螺式离心机，压滤机集成表示两台或两台以上的隔膜压滤机。

二、在上述泥水处理系统的配合下：

1)每台泥水盾构机配备两组泥浆池集成，做到用一组备一组，当所述沉淀泥浆比重大于1.2g/cm3时，关闭所述使用组并开启所述备用组，此时所述备用组与所述使用组的多级分离方式相同，同时启用离心机集成对其进行离心处理；当所述沉淀泥浆粘度大于24s时，关闭所述使用组并开启所述备用组，此时所述备用组与所述使用组的多级分离方式相同，同时启用压滤机集成对其进行压滤处理；当上述沉淀泥浆比重大于1.2g/cm3且粘度大于24s时，关闭所述使用组并开启所述备用组，此时所述备用组与所述使用组的多级分离方式相同，同时启用离心机集成和压滤机集成对其进行离心和压滤处理。

2)当启用离心机集成时，先将所述使用组中的沉淀泥浆通过渣浆泵输送至离心机集成的储浆罐中，然后向储浆罐的所述沉淀泥浆按照比例添加絮凝剂，并经搅拌混合后形成离心泥浆，所述离心泥浆进入离心机的推料器中，当推料器转动时，离心机即将所述离心泥浆从进料口分散到转鼓中，所述离心泥浆中直径大于2μm的细微颗粒固体物质沉降在转鼓内表面上，推料器叶片不断运转，将所述细微颗粒固体物质推向固料出口，转鼓产生高离心力，在转鼓内形成一层游离液体，所述游离液体和所述细微颗粒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2μm以上的细微颗粒物被分离进入存渣场，分离出的清水进入所述清液池中作为拌制新浆用的原料循环使用。

3)当启用压滤机集成时，将所述使用组中的沉淀泥浆通过渣浆泵输送至压滤机的进料罐，向进料罐中对所述沉淀泥浆按照比例加入絮凝剂，并经搅拌改良后形成压滤泥浆，然后将所述压滤泥浆注入压滤机集成的滤室，经过滤布和隔膜滤板压榨后，所述压滤泥浆被分离出压滤泥饼和清水，所述压滤泥饼送入存渣场存贮，所述清水收集到清液池再作为拌制泥浆的原料进行循环使用。

三、当所述使用组的所述沉淀泥浆经离心机集成和压滤机集成处理完后备用，当所述备用池的沉淀泥浆比重大于1.2g/cm3或是当所述沉淀泥浆粘度大于24s时，关闭所述备用组并开启所述使用组，如此进行循环多级分离，以提高泥水盾构机的施工效率；

四、同理，当采用多台泥水盾构机同时施工时，则可按照上述单台泥水盾构机的多级泥水处理系统进行各自配置，且各个独立的泥水处理系统可以互相切换使用。

Claims (1)

1.一种泥水盾构机在细颗粒地层中施工的泥浆多级分离方法，该泥浆多级分离方法使用到一套独立的泥水处理系统，所述泥水处理系统包括预分筛集成、一级旋流集成、二级旋流集成、存渣场、两组泥浆池集成、离心机集成及压滤机集成，其特征是：

在每组泥浆池集成中均包含有新浆池、清水池、三个沉淀池、回浆池、调整池，在新浆池和调整池中均配置有全方位无死角移动到位的搅拌器，三个沉淀池按其长度方向并排设置并区分为第一沉淀池、第二沉淀池及第三沉淀池，第一沉淀池和第二沉淀池通过溢流口连通，第二沉淀池和第三沉淀池通过溢流口连通，第一沉淀池、第二沉淀池和第三沉淀池共用一个全方位无死角移动的渣浆泵，第三沉淀池和调整池连通，调整池和回浆池连通，新浆池既与调整池连通也与清水池连通；

两组泥浆池集成分为使用组和备用组，实施泥浆多级分离时所述使用组中的新浆池用来拌制泥浆，所述拌制泥浆通过清水池提供的水源与膨润土、纯碱、纯碱和羧甲基纤维素钠CMC搅拌制得，所述拌制泥浆通过泥浆泵输送至调整池并置于回浆池中，所述拌制泥浆的比重是1.05g/cm³而其粘度控制在18～24s，通过泥水盾构机的进浆泵将回浆池中的所述拌制泥浆输送至泥水盾构机的刀盘仓中，所述拌制泥浆再与刀盘仓切削下的渣土混合形成渣土泥浆，然后通过排浆泵将所述渣土泥浆输送至预分筛集成进行筛分，通过筛分能使所述渣土泥浆形成直径大于2mm的粗颗粒物和筛分泥浆，所述粗颗粒物被送入存渣场储存，所述筛分泥浆进入一级旋流集成并形成直径大于74μm而小于2mm的中细颗粒物和一级旋流泥浆，所述中细颗粒物也被送入存渣场储存，所述一级旋流泥浆进入二级旋流集成并形成直径大于20μm而小于74μm的细颗粒物和二级旋流泥浆，所述细颗粒物也被送入存渣场储存，所述二级旋流泥浆进入所述第一沉淀池进行沉淀并获得沉淀泥浆，对所述沉淀泥浆进行比重和粘度检测：

当所述沉淀泥浆的比重在1.05～1.2g/cm³而其粘度在18～24s时，所述沉淀泥浆经第二沉淀池、第三沉淀池沉淀后流入调整池并再次与所述拌制泥浆充分搅拌混合后进入回浆池循环利用；

当所述沉淀泥浆比重大于1.2g/cm³或是当所述沉淀泥浆粘度大于24s时，关闭所述使用组并开启所述备用组，此时所述备用组与所述使用组的多级分离方式相同；

当上述沉淀泥浆比重大于1.2g/cm³且粘度大于24s时，将同时启用离心机集成和压滤机集成对其进行离心和压滤处理；

在关闭所述使用组时，将部分所述使用组中的所述沉淀泥浆通过渣浆泵将其输送至离心机集成的储浆罐，然后对所述储浆罐中的所述沉淀泥浆加入絮凝剂得到离心泥浆，所述离心泥浆进入离心机集成进行分离，得到直径大于2μm而小于20μm的细微物和分离水，所述细微物送入存渣场储存，所述分离水进入清水池循环利用；与此同时将另一部分所述使用组中的所述沉淀泥浆通过渣浆泵将其输送至压滤机集成的储浆罐，然后对该所述储浆罐中的所述沉淀泥浆加入絮凝剂得到压滤泥浆，所述压滤泥浆进入压滤机集成进行压滤，得到直径小于20μm的压滤泥饼和压滤水，所述压滤泥饼送入存渣场储存，所述压滤水也进入清水池循环利用，至此完成泥浆多级分离的循环过程。

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