CN107587578B - 排水式渣土池及土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排水式渣土池及土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法。排水式渣土池，包括用于装载渣土的池基体，池基体上部开口处设有密封结构，用于封盖装满渣土的池基体，并使池基体内腔形成装有渣土的封闭腔体，池基体内腔底部设有用于从下部收集渣土向下渗出的水的底部管网，底部管网上接有用于将底部管网内收集的水向外抽吸并使封闭腔体内形成均衡负压以压迫渣土加速向外渗水的抽吸排水装置。通过真空负压作用迫使渣土加速向四周以及底部排水，进入抽吸排水装置的通道的水分被抽吸排水装置抽吸而向外排出，从而使封闭空间内渣土含水量降低，实现无害化处理，并为资源化利用打下基础。适用各种盾构施工渣土、各种高含水量渣土的脱水处理。

Description

排水式渣土池及土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法

技术领域

本发明涉及盾构渣土处理技术领域，特别地，涉及一种排水式渣土池。此外，本发明还涉及一种包括上述排水式渣土池的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法。

背景技术

地铁开挖常采用土压平衡盾构法施工，土压平衡盾构渣土处理一直是地铁建设面临的难题。相比钻爆等方法开挖的渣土，土压平衡盾构渣土颗粒更细小，含水率更高，危害性更大。传统处理方式一般是将渣土运输至指定的渣土消纳场露天堆放或者在项目回填区进行填埋，存在一系列弊端。首先，渣土运输过程中，经常出现各种环境和交通安全问题。其次，随着大规模建设的发展，渣土堆填场地已经严重不够用。再者，渣土含水率高、稳定性差，如未做处理直接堆填容易发展成为安全隐患。最后，盾构渣土处理费用远高于普通建筑渣土，影响了地铁建设成本。与此同时，随着人力成本和环保成本的提高，砂石等建筑材料价格也日益上涨。因此，研究土压平衡盾构渣土脱水方法，开展其减量化和无害化处理，进而实现资源化利用，具有重要的社会效益和经济效益。

泥水平衡盾构渣土的处理领域开展了广泛的应用，其主要工艺为湿法筛分除石，旋流器分离细沙，然后用压滤机将泥水分离，这个过程将盾构渣土中的石子、砂、泥土和水分开，实现了无害化处理，并为资源化利用打下基础。已有企业尝试开展土压平衡盾构渣土处理，其方式沿用泥水平衡盾构渣土处理方式。但是，与泥水平衡盾构渣土相比，土压平衡盾构渣土流动性差，泥沙混合在一起，无法直接筛分，需要加水将渣土稀释、搅拌，然后再采用湿法筛分及后续处理，如此将会产生大量泥浆，不但无法减量，还增加了待处理的渣土量，处理成本极高。同时，传统的盾构渣土处理方法还存在如下问题：第一，投资成本高，离心机和压滤机都属于大型设备，初期投资成本以及运营费用高；第二，设备占地面积大，盾构施工始发位置和出渣口一般都设置在地铁车站，而地铁车站一般都位于道路交叉口附近，施工场地空间有限，通常没有空间用于放置整套设备；第三，传统工艺处理效率低，即便采用1000m²的压滤机，每小时也只能处理十几方干土，而盾构机正常施工时，每半小时即可掘进一环，产生渣土量达60m³，因此采用压滤机处理时，会产生大量的渣土积压。

发明内容

本发明提供了一种排水式渣土池及土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，以解决土压平衡盾构渣土处理沿用泥水平衡盾构渣土处理方法，带来的投资成本高、设备占地面积大和渣土处理效率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种排水式渣土池，包括用于装载渣土的池基体，池基体的上部开口设有用于封盖在装载渣土后的池基体开口上以使池基体内腔构成装载有渣土的封闭腔体的密封结构，池基体内腔底部设有用于从下部收集渣土向下渗出的水的底部管网，底部管网上接有用于将底部管网内收集的水向外抽吸并使封闭腔体内形成均衡负压以压迫渣土加速向外渗水的抽吸排水装置。

进一步地，底部管网采用沿纵向、横向或斜向中的至少一个方向分布的多个排水滤管彼此连通构成；排水滤管朝向渣土方向开设有用于收集渣土渗水的排水孔或排水槽。

进一步地，排水滤管外覆盖有用于抵抗上部压力以保护排水滤管并防止固体颗粒进入排水滤管内的底管保护层。

进一步地，池基体底部布设有用于沉积渣土渗水并保护底部管网的砂垫层，底部管网埋设于砂垫层内，抽吸排水装置穿过砂垫层并通过接头连通至底部管网。

进一步地，抽吸排水装置包括连通底部管网并用于将底部管网内收集的水朝向密封结构方向引出的引水管路、连通引水管路输出端并用于导出渣土渗水的出水管道以及连接于出水管道输出端用于为出水管道和与出水管道连通的管路内提供真空负压并将出水管道收集水抽吸排出的真空泵；多个引水管路均匀分布于池基体的封闭腔体内。

进一步地，引水管路包括设置于池基体侧壁上的盲沟通道以及处于池基体的封闭腔体内的排水管道；盲沟通道和/或排水管道沿竖直方向设置和/或沿斜向布设；多个盲沟通道沿池基体的侧壁面均匀分布，多个排水管道均匀布设于池基体的封闭腔体内。

进一步地，盲沟通道上开设有多个朝向渣土方向均布的渗水孔或渗水槽，盲沟通道外覆盖有用于防止渣土颗粒进入盲沟通道内的过滤保护层；和/或排水管道上开设有多个均布于排水管道壁体上的渗水孔或渗水槽，排水管道外覆盖有用于保护排水管道并防止渣土颗粒进入排水管道内的引水保护层。

进一步地，相邻盲沟通道之间、相邻排水管道之间、盲沟通道与排水管道之间中的至少一处设有用于支撑和保持结构稳定的支撑环。

进一步地，引水管路处于密封结构的部位通过用于将引水管路引出的水从密封结构部位导出并防止密封结构破裂的出膜装置连通至出水管道。

进一步地，多个真空泵沿池基体的周向间隔分布，出水管道与真空泵对应布设形成多向支路管网，以构成对池基体内腔均衡的抽吸力，保证池基体内腔中每个区域的渣土受到均衡负压压迫而向外渗水。

进一步地，池基体四周侧壁上均匀布设盲沟通道，盲沟通道与出水管道和真空泵在池基体四周形成排水面。

进一步地，盲沟通道与出水管道和真空泵连通，同时盲沟通道与底部管网连通；排水管道仅与底部管网连通，利用排水管道沿竖向或斜向插设于渣土内以便于渣土更好地实现排水；排水管道的竖向高度低于密封结构的布设高度，以防止排水管道破坏到密封结构。

进一步地，池基体的开口部位设置有用于密封结构与池基体之间结合部位密封的密封沟。

进一步地，池基体的内腔形状为立方体、长方体、圆柱体、倒锥体、三棱柱、五棱柱、六棱柱中的一种。

进一步地，密封结构渗透系数小于或等于10^-11cm/s，刺破强度大于或等于50N/mm；密封结构上表面和/或下表面覆盖有用于保护密封结构的土工布层。

根据本发明的另一方面，还提供了一种土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，采用上述排水式渣土池，包括以下步骤：a、修筑排水式渣土池；b、将土压平衡盾构产生的渣土充填至排水式渣土池；c、封闭排水式渣土池；d、开启真空泵抽吸并排水。

进一步地，步骤a中的修筑排水式渣土池，具体为：修建渣土池的池基体；池基体内腔底部布设砂垫层；砂垫层内埋设排水滤管，池基体侧面布设盲沟通道，插接排水管道，固定盲沟通道和/或排水管道；排水滤管、盲沟通道以及排水管道构成立体管网并相互连通并进行管体表面防护。

进一步地，步骤c中的封闭排水式渣土池，具体为：排水式渣土池的开口封盖密封结构；通过出膜装置将盲沟通道和/或排水管道从密封结构处引出并连通至出水管道；向池基体开口部位的密封沟注入水；或者向池基体开口部位的密封沟注入水，同时启动真空泵，将排水式渣土池内渣土渗出的水抽吸排放至密封沟。

进一步地，步骤d中的开启真空泵，具体为：真空泵的真空负压处于80KPa～150KPa。

本发明具有以下有益效果：

本发明排水式渣土池，通过池基体和密封结构构成用于装载渣土的封闭腔体，渣土处于封闭腔体内，以便形成可以利用真空负压迫使渣土迅速脱水的负压真空环境；在渣土底部铺设底部管网以承接渣土脱出并向下渗流的水，渣土周边铺设抽吸排水装置的抽吸管路以承接渣土脱出并向四周渗流的水，并采用抽吸排水装置从渣土周边的抽吸管路和底部管网进行抽吸，使得装置渣土的封闭空间内形成均衡的真空负压，通过真空负压作用迫使渣土加速向四周以及底部排水，进入排水通道的水分被抽吸排水装置抽吸而向外排出，从而使封闭空间内渣土含水量降低，实现无害化处理，并为资源化利用打下基础。适用于各种盾构施工所产生的渣土、各种高含水量的渣土脱水处理，适用范围更广，脱水和排水效果高。排水式渣土池中的渣土排水后形成较干土体，可以立即取出后进行利用；而排水式渣土池能够再次装载新的渣土并进行新一轮的排水处理。

抽吸排水装置可以连通并抽吸底部管网，利用底部管网的各个排水孔或排水槽与封闭腔体连通构成封闭腔体内的真空负压，并将渣土渗流的水抽吸排出。抽吸排水装置也可以通过在连通至底部管网的连通管网上开设孔或槽并与封闭腔体连通构成封闭腔体内的真空负压，并将渣土渗流的水抽吸排出。可以从渣土的底部和/或内部和/或四周构成真空负压腔以及排水通道系统，形成针对渣土的立体脱水、渗流和排水系统，以使得渣土能够快速高效的脱水，脱水后的渣土立即可以用作建筑填料或其它建筑原材料并进入下一批渣土的脱水。可以根据渣土池尺寸以及渣土特性，灵活选择抽吸排水装置连通至底部管网的通道分布情况、表面开孔开槽情况以及分布数量，以利用真空负压快速挤压渣土脱水排水，并将排出的水抽吸排出。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的排水式渣土池的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的排水管道带保护层的排水式渣土池的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的排水式渣土池的立体结构示意图。

图例说明：

1、池基体；101、封闭腔体；102、密封沟；2、密封结构；3、底部管网；301、排水滤管；302、排水孔或排水槽；303、底管保护层；4、抽吸排水装置；401、引水管路；4011、盲沟通道；4012、排水管道；4013、引水保护层；402、出水管道；403、真空泵；404、出膜装置；5、砂垫层；6、接头；7、支撑环；8、渣土。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的排水式渣土池的结构示意图；图2是本发明优选实施例的排水管道带保护层的排水式渣土池的结构示意图；图3是本发明优选实施例的排水式渣土池的立体结构示意图。

如图1所示，本实施例的排水式渣土池，包括用于装载渣土8的池基体1，池基体1上部开口处设有密封结构2，用于封盖装满渣土8的池基体1，并使池基体1内腔形成装有渣土8的封闭腔体101，池基体1内腔底部设有用于从下部收集渣土8向下渗出的水的底部管网3，底部管网3上接有用于将底部管网3内收集的水向外抽吸并使封闭腔体101内形成均衡负压以压迫渣土8加速向外渗水的抽吸排水装置4。本发明排水式渣土池，通过池基体1和密封结构2构成用于装载渣土的封闭腔体101，渣土处于封闭腔体101内，以便形成可以利用真空负压迫使渣土迅速脱水的负压真空环境；在渣土底部铺设底部管网3以承接渣土脱出并向下渗流的水，渣土周边铺设抽吸排水装置的抽吸管路以承接渣土脱出并向四周渗流的水，并采用抽吸排水装置4从渣土周边的抽吸管路和底部管网3进行抽吸，使得装置渣土的封闭空间内形成均衡的真空负压，通过真空负压作用迫使渣土加速向四周以及底部排水，进入排水通道的水分被抽吸排水装置4抽吸而向外排出，从而使封闭空间内渣土含水量降低，实现无害化处理，并为资源化利用打下基础。适用于各种盾构施工所产生的渣土、各种高含水量的渣土的脱水处理，适用范围更广，脱水和排水效果高。排水式渣土池中的渣土排水后形成较干土体，可以立即取出后进行利用；而排水式渣土池能够再次装载新的渣土并进行新一轮的排水处理。抽吸排水装置4可以连通并抽吸底部管网3，利用底部管网3的各个排水孔或排水槽302与封闭腔体101连通构成封闭腔体101内的真空负压，并将渣土渗流的水抽吸排出。抽吸排水装置4也可以通过在连通至底部管网3的连通管网上开设孔或槽并与封闭腔体101连通构成封闭腔体101内的真空负压，并将渣土渗流的水抽吸排出。可以从渣土的底部和/或内部和/或四周构成真空负压腔以及排水通道系统，形成针对渣土的立体脱水、渗流和排水系统，以使得渣土能够快速高效的脱水，脱水后的渣土立即可以用作建筑填料或其它建筑原材料并进入下一批渣土的脱水。可以根据渣土池尺寸以及渣土特性，灵活选择抽吸排水装置4连通至底部管网3的通道分布情况、表面开孔开槽情况以及分布数量，以利用真空负压快速挤压渣土脱水排水，并将排出的水抽吸排出。

如图1所示，本实施例中，底部管网3采用沿纵向、横向或斜向中的至少一个方向分布的多个排水滤管301彼此连通构成。排水滤管301朝向渣土8方向开设有用于收集渣土8渗水的排水孔或排水槽302。

如图1和图2所示，本实施例中，排水滤管301外覆盖有用于抵抗上部压力以保护排水滤管301并防止固体颗粒进入排水滤管301内的底管保护层303。可选地，底管保护层303采用包裹于排水滤管301外的土工布。可选地，包裹有土工布的排水滤管301外还套设有防护套管。防护套管可以采用高强塑料管、高强聚合物管、金属管等。可选地，排水滤管301纵横向连通拼接部位设有用于防止固体颗粒进入的滤管连接件。可选地，底管保护层303可以采用土工布内层和防护套管外层，也可以采用防护套管内层和土工布外层。

如图1和图2所示，本实施例中，池基体1底部布设有用于沉积渣土8渗水并保护底部管网3的砂垫层5。底部管网3埋设于砂垫层5内。砂垫层5可以作为底部水平方向的排水通道，并保护底部管网3以及与其相连的通道接头。抽吸排水装置4穿过砂垫层5并通过接头6连通至底部管网3。

如图1所示，本实施例中，抽吸排水装置4包括连通底部管网3并用于将底部管网3内收集的水朝向密封结构2方向引出的引水管路401、连通引水管路401输出端并用于导出渣土8渗水的出水管道402以及连接于出水管道402输出端用于为出水管道402和与出水管道402连通的管路内提供真空负压并将出水管道402收集水抽吸排出的真空泵403；多个引水管路401均匀分布于池基体1的封闭腔体101内。

如图1所示，本实施例中，引水管路401包括设置于池基体1侧壁上的盲沟通道4011以及处于池基体1的封闭腔体101内的排水管道4012。形成立体的管网系统，以提高管网系统内的抽吸效果并实现封闭腔体101内的均衡负压。盲沟通道4011和/或排水管道4012沿竖直方向设置和/或沿斜向布设。多个盲沟通道4011沿池基体1的侧壁面均匀分布。多个排水管道4012均匀布设于池基体1的封闭腔体101内。优选地，通过在池基体1四周侧壁上均匀布设盲沟通道4011，盲沟通道4011与出水管道402和真空泵403在池基体1四周形成排水面。优选地，盲沟通道4011采用具有轴向抗压性能的塑料盲沟，也可以采用带密集孔洞的高强塑料管或者高聚合物管道。优选地，排水管道4012的间距为1m以上，同时排水管道4012直径比盲沟通道4011厚度小。优选地，排水管道4012采用具有轴向抗压强度的塑料排水板，也可以采用带孔金属管、带孔塑料管或带孔高聚合物管。可选地，盲沟通道4011与出水管道402和真空泵403连通，同时盲沟通道4011与底部管网3连通；排水管道4012仅与底部管网3连通，利用排水管道4012沿竖向或斜向插设于渣土内便于渣土更好地实现排水；排水管道4012的竖向高度低于密封结构2的布设高度，以防止排水管道4012破坏到密封结构2。优选地，盲沟通道4011可以采用栓接、铆接、部分预埋、上下套设固接等方式固定在池基体1四周侧壁上。可选地，排水管道4012可以斜装于池基体1侧壁上，或者与竖直的排水管道4012或盲沟通道4011组合构成组合管路。

如图1和图2所示，本实施例中，盲沟通道4011上开设有多个朝向渣土8方向均布的渗水孔或渗水槽，盲沟通道4011外覆盖有用于防止渣土8颗粒进入盲沟通道4011内的过滤保护层；和/或排水管道4012上开设有多个均布于排水管道4012壁体上的渗水孔或渗水槽，排水管道4012外覆盖有用于保护排水管道4012并防止渣土8颗粒进入排水管道4012内的引水保护层4013。能够根据排水式渣土池结构长宽高尺寸、渣土量选择不同的管网布设形式以及开孔布设密集程度，以实现封闭腔体101内多方位抽真空形成均衡负压空腔，并且能够实现渣土8的多方位渗水排水，提升渣土8的排水效率。可选地，通过从多个方位接通出水管道402和真空泵403形成多方位的抽真空力以及排水效果，以实现封闭腔体101内多方位抽真空形成均衡负压空腔，并且能够实现渣土8的多维渗水排水，提升渣土8的排水效率。引水保护层4013在倾倒渣土8之前固定在底部管网3上，排水管道4012采用装配用套管固定或者在倾倒渣土8时采用机械方法让其保持竖直。可选地，装配用套管在固定完排水管道4012后可以取出。可选地，装配用套管采用带孔套管时，排水管道4012利用带孔套管装配完后也可以不需要取出而预留在渣土内。可选地，排水管道4012可以设于池基体1内腔中用于与底部管网3连通，仅用于渣土排水。可选地，排水管道4012可以设于池基体1内腔中用于与底部管网3连通，同时也可以通过出膜装置404连通至出水管道402并利用真空泵403排水。

如图1所示，本实施例中，相邻盲沟通道4011之间、相邻排水管道4012之间、盲沟通道4011与排水管道4012之间中的至少一处设有用于支撑和保持结构稳定的支撑环7。

如图1所示，本实施例中，引水管路401处于密封结构2的部位通过用于将引水管路401引出的水从密封结构2部位导出并防止密封结构2破裂的出膜装置404连通至出水管道402。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，多个真空泵403沿池基体1的周向间隔分布，出水管道402与真空泵403对应布设形成多向支路管网，以构成对池基体内腔均衡的抽吸力，保证池基体1内腔中每个区域的渣土8受到均衡负压压迫而向外渗水。

如图1和图2所示，本实施例中，池基体1四周侧壁上均匀布设盲沟通道4011，盲沟通道4011与出水管道402和真空泵403在池基体1四周形成排水面。

如图1和图2所示，本实施例中，盲沟通道4011与出水管道402和真空泵403连通，同时盲沟通道4011与底部管网3连通；排水管道4012仅与底部管网3连通，利用排水管道4012沿竖向或斜向插设于渣土内以便于渣土更好地实现排水；排水管道4012的竖向高度低于密封结构2的布设高度，以防止排水管道4012破坏到密封结构2。

如图1和图2所示，本实施例中，池基体1的开口部位设置有用于密封结构2与池基体1之间结合部位密封的密封沟102。

如图3所示，本实施例中，池基体1的内腔形状为立方体、长方体、圆柱体、倒锥体、三棱柱、五棱柱、六棱柱中的一种。

如图1和图2所示，本实施例中，密封结构2渗透系数小于或等于10^-11cm/s，刺破强度大于或等于50N/mm；密封结构2上表面和/或下表面覆盖有用于保护密封结构2的土工布层。

本实施例的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，采用上述排水式渣土池，包括以下步骤：a、修筑排水式渣土池；b、将土压平衡盾构产生的渣土8充填至排水式渣土池；c、封闭排水式渣土池；d、开启真空泵403抽吸并排水。可选地，在渣土8装满池基体1后，覆盖1层土工布，再覆盖密封膜，再覆盖土工布，使得池基体1形成封闭腔体101。可选地，抽吸排水装置4包括塑料排水板以及与塑料排水板连通的底部管网3，底部管网3通过塑料盲沟与出水管道402相连。

本实施例中，步骤a中的修筑排水式渣土池，具体为：修建渣土池的池基体1；池基体1内腔底部布设砂垫层5；砂垫层5内埋设排水滤管301，池基体1侧面布设盲沟通道4011，插接排水管道4012，固定盲沟通道4011和/或排水管道4012；排水滤管301、盲沟通道4011以及排水管道4012构成立体管网并相互连通并进行管体表面防护。可选地，池基体1四周设置塑料盲沟用于收集渣土8侧向渗水。可选地，排水滤管301朝向渣土8方向开设沿圆周布置的孔。可选地，排水滤管301外覆盖有防止固体颗粒进入排水滤管301内的土工布。可选地，排水管道4012在倾倒渣土8之前固定在底部管网3上，排水管道4012采用带孔套管固定，或者排水管道4012在倾倒渣土8时采用机械方法让其保持竖直。可选地，砂垫层5内埋设排水滤管301，池基体1侧面铺设盲沟通道4011，插接塑料排水板，固定盲沟通道4011和/或塑料排水板；排水滤管301、盲沟通道4011以及塑料排水板构成立体管网并相互连通并进行管体表面防护。

本实施例中，步骤c中的封闭排水式渣土池，具体为：排水式渣土池的开口封盖密封结构2；通过出膜装置404将盲沟通道4011和/或排水管道4012从密封结构2处引出并连通至出水管道402。可选地，向池基体1开口部位的密封沟102注入水。可选地，向池基体1开口部位的密封沟102注入水，同时启动真空泵403，将排水式渣土池内渣土8渗出的水抽吸排放至密封沟102。

本实施例中，步骤d中的开启真空泵403，具体为：真空泵403的真空负压处于80KPa～150KPa。

实施时，提供一种土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，投资成本低、处理效率高，利用真空预压多维渗流的方法使盾构渣土脱水。充分利用人工修建的矩形渣土池，通过布设立体管网形成多个排水面，然后采用真空预压方法，实施多维渗流脱水。由于渣土的水平渗透系数远大于竖向渗透系数，本发明将极大提高盾构渣土排水效率，有助于实现盾构渣土的无害化处理。

土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法所采用的高效排水体系，包括在地铁车站修建一个矩形渣土池，在渣土池底铺设砂垫层5，在砂垫层5中埋设排水滤管301，在渣土池四周铺设塑料盲沟(盲沟通道4011)，在盾构渣土中插设塑料排水板(排水管道4012)，在盾构渣土上覆盖密封系统(密封结构2与密封沟102)。盾构渣土含水率高，传统脱水处理方法包括筛分、旋流和压滤等过程，但这种方法处理效率低、成本高，影响施工单位开展渣土无害化处理的积极性。本发明提供的排水体系将渗水管道铺设在矩形渣土池底部和四周，排水面为底面和四周，甚至还有中部，排水方向由传统的单一竖向变成竖向和横向相结合，充分利用水流的自重、垂直和水平方向渗流作用，提高盾构渣土脱水效率。本发明将真空预压的原理应用于盾构渣土脱水过程，达到使盾构渣土脱水的目的。

矩形渣土池修建在地铁车站盾构始发处附近，矩形渣土池底和四周用钢筋混凝土加固。砂垫层5铺在矩形渣土池底，排水滤管301埋设在砂垫层5中间，排水滤管301外面有一层防护套管。排水滤管301四周打孔(排水孔或排水槽302)，并包裹一层土工布。防护套管四周打孔(排水孔或排水槽302)，并有足够的抗压强度。塑料盲沟(盲沟通道4011)铺设在矩形渣土池四周，并包裹一层土工布。塑料盲沟(盲沟通道4011)为长方体，塑料盲沟(盲沟通道4011)上每隔一段距离有一个圆柱形排水孔，即盲沟通道4011。塑料盲沟(盲沟通道4011)下端与排水滤管301连接，上端与出水管道402连接。

土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，具体包括：首先在盾构始发处修建一个矩形渣土池，在矩形渣土池底铺设砂垫层5，在砂垫层5和矩形渣土池四周埋设排水滤管301，排水滤管301通过管道与外面抽真空设备连接，先插设并固定塑料排水板，再将渣土倾倒在渣土池中，最后在盾构渣土上覆盖密闭系统。通过真空负压、水流的自重，垂直和水平渗流作用，使得盾构渣土中的水通过排水滤管和管道排水，提高盾构渣土的脱水效率。

本发明技术优势：

第一，占地面积小。仅需对传统渣土池进行改造，设置排水结构，对施工影响小；

第二，投资成本低。利用真空预压的原理使盾构渣土脱水，不需要大型设备，只需要真空泵、排水材料等，投资成本低，运行和管理费用低；

第三，脱水效率高。首先，采用渗流脱水法，无需筛分，而且可以一次性对大批量的盾构渣土进行处理。其次，排水效率提高。在传统真空预压系统中，排水滤管铺设在软土上层，排水方向是从下往上，需要克服重力作用。而且水渗流方向只有垂直方向，不能充分利用水平方向渗流，降低了脱水效率。本发明将排水系统铺设在矩形渣土池底部和四周，排水面有多个，排水方向由竖向和横向相结合，充分利用水流的自重，垂直和水平方向渗流作用，提高盾构渣土脱水效率；

第四，资源再利用。脱水之后的盾构渣土可直接作为砖块的原材料和地基填料，这样将废弃的盾构渣土资源化利用，“变废为宝”。

参照图2所示，本发明第一种实施例提供的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水系统，具体步骤包括：

修建矩形渣土池(池基体1)。渣土池(池基体1)尺寸为40m×22m×4.5m，渣土池四周和池底用钢筋混凝土加固。

在渣土池(池基体1)底铺设一层砂垫层5。砂垫层5厚度不小于0.5m，砂为中砂或粗砂，含泥量不大于5％，干密度不小于15KN/m³，渗透系数不小于5×10^-3cm/s.

在砂垫层5中埋设排水滤管301，排水滤管301间距为0.7m-1.3m，透水面积不小于2500mm²/m，排水滤管301交叉连通部位的滤管连接件连接长度不小于0.1m，全部套入完成后用尼龙草绑扎紧。

在排水滤管301外面包裹一层土工布，土工布外套有一层防护套管，排水滤管301和防护套管四周分布小孔(排水孔或排水槽302)。土工布现场缝合搭接宽度不小于200mm，抗拉强度不小于30KN/m，垂直渗透系数不小于3×10^-3cm/s；

在渣土池四周铺设塑料盲沟(盲沟通道4011)。塑料盲沟(盲沟通道4011)为矩形板状，每间隔0.7m-1.3m有一个圆柱形排水孔，塑料盲沟非空洞区域孔隙率为80％以上，具有较大的抗压强度。

塑料盲沟(盲沟通道4011)通过出膜装置404与出水管道402连接，出水管道402与真空泵403连接。真空泵403及其连通管道系统内的真空负荷不小于80KPa，塑料盲沟(盲沟通道4011)出膜处用密封布将出膜装置404上半部分包裹密实不漏，并用尼龙草绑扎好，保证密封效果。

在渣土池中预先插设塑料排水板(排水管道4012)，采用机械方法固定塑料排水板上部并让其保持竖直，然后将盾构渣土缓慢倒入渣土池，防止盾构渣土冲击并破坏砂垫层5。塑料排水板(排水管道4012)间距为0.7m-1.3m，与排水滤管301一致，下端插入砂垫层5中与排水滤管301连接，上端距盾构渣土表面一段安全距离，防止盾构渣土沉降使得塑料排水板(排水管道4012)刺破密封结构2。塑料排水板(排水管道4012)满足《水运工程塑料排水板应用技术规程》相关要求。

检查盾构渣土上没有铁丝、板头、石块等尖锐物体后，在上面覆盖2-3层密封结构2，密封结构2上下各有一层土工布，矩形渣土池外有两个密封沟102。密封结构2渗透系数不大于10^-11cm/s，刺破强度不小于50N/mm，密封沟102必须符合盖膜闭气要求，采用人工配合挖掘机开挖，沟底宽0.5m左右，沟深1m，随挖随铺随填。

实施例2

如图2所示，本发明第二种实施例与第一种实施例基本相同，区别在于：在倾倒盾构渣土之前，将塑料排水板(排水管道4012)与排水滤管301通过接头6连接，塑料排水板(排水管道4012)外有管套(引水保护层4013)，并利用支撑环7支撑管套(引水保护层4013)。倾倒盾构渣土之后，再取出管套(引水保护层4013)，并使塑料排水板(排水管道4012)留在盾构渣土中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种排水式渣土池，用于土压平衡盾构渣土的脱水处理，包括用于装载渣土（8）的池基体（1），

其特征在于，

所述池基体（1）的上部开口设有用于封盖在装载渣土（8）后的所述池基体（1）开口上以使所述池基体（1）内腔构成装载有渣土（8）的封闭腔体（101）的密封结构（2），

所述池基体（1）内腔底部设有用于从下部收集渣土（8）向下渗出的水的底部管网（3），

所述底部管网（3）上接有用于将所述底部管网（3）内收集的水向外抽吸并使所述封闭腔体（101）内形成均衡负压以压迫渣土（8）加速向外渗水的抽吸排水装置（4）；

所述密封结构（2）渗透系数小于或等于10^-11cm/s，刺破强度大于或等于50N；所述密封结构（2）上表面和/或下表面覆盖有用于保护所述密封结构（2）的土工布层；

所述抽吸排水装置（4）包括连通底部管网（3）并用于将底部管网（3）内收集的水朝向密封结构（2）方向引出的引水管路（401）、连通引水管路（401）输出端并用于导出渣土（8）渗水的出水管道（402）以及连接于出水管道（402）输出端用于为出水管道（402）和与出水管道（402）连通的管路内提供真空负压并将出水管道（402）收集水抽吸排出的真空泵（403）；多个引水管路（401）均匀分布于池基体（1）的封闭腔体（101）内；引水管路（401）包括设置于池基体（1）侧壁上的盲沟通道（4011）以及处于池基体（1）的封闭腔体（101）内的排水管道（4012），形成立体的管网系统，以提高管网系统内的抽吸效果并实现封闭腔体（101）内的均衡负压。

2.根据权利要求1所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述底部管网（3）采用沿纵向、横向或斜向中的至少一个方向分布的多个排水滤管（301）彼此连通构成；

所述排水滤管（301）朝向渣土（8）方向开设有用于收集渣土（8）渗水的排水孔或排水槽（302）。

3.根据权利要求2所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述排水滤管（301）外覆盖有用于抵抗上部压力以保护所述排水滤管（301）并防止固体颗粒进入所述排水滤管（301）内的底管保护层（303）。

4.根据权利要求3所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述池基体（1）底部布设有用于沉积渣土（8）渗水并保护所述底部管网（3）的砂垫层（5），

所述底部管网（3）埋设于所述砂垫层（5）内，

所述抽吸排水装置（4）穿过所述砂垫层（5）并通过接头（6）连通至所述底部管网（3）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述盲沟通道（4011）和/或所述排水管道（4012）沿竖直方向设置和/或沿斜向布设；

多个所述盲沟通道（4011）沿所述池基体（1）的侧壁面均匀分布，多个所述排水管道（4012）均匀布设于所述池基体（1）的所述封闭腔体（101）内。

6.根据权利要求5所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述盲沟通道（4011）上开设有多个朝向渣土（8）方向均布的渗水孔或渗水槽，所述盲沟通道（4011）外覆盖有用于防止渣土（8）颗粒进入所述盲沟通道（4011）内的过滤保护层；和/或

所述排水管道（4012）上开设有多个均布于所述排水管道（4012）壁体上的渗水孔或渗水槽，所述排水管道（4012）外覆盖有用于保护所述排水管道（4012）并防止渣土（8）颗粒进入所述排水管道（4012）内的引水保护层（4013）。

7.根据权利要求5所述的排水式渣土池，其特征在于，

相邻所述盲沟通道（4011）之间、相邻所述排水管道（4012）之间、所述盲沟通道（4011）与所述排水管道（4012）之间中的至少一处设有用于支撑和保持结构稳定的支撑环（7）。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述引水管路（401）处于所述密封结构（2）的部位通过用于将所述引水管路（401）引出的水从所述密封结构（2）部位导出并防止所述密封结构（2）破裂的出膜装置（404）连通至所述出水管道（402）。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

多个所述真空泵（403）沿所述池基体（1）的周向间隔分布，所述出水管道（402）与所述真空泵（403）对应布设形成多向支路管网，以构成对池基体内腔均衡的抽吸力，保证所述池基体（1）内腔中每个区域的渣土（8）受到均衡负压压迫而向外渗水。

10.根据权利要求5所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述池基体（1）四周侧壁上均匀布设所述盲沟通道（4011），

所述盲沟通道（4011）与所述出水管道（402）和所述真空泵（403）在所述池基体（1）四周形成排水面。

11.根据权利要求5所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述盲沟通道（4011）与所述出水管道（402）和所述真空泵（403）连通，同时所述盲沟通道（4011）与所述底部管网（3）连通；

所述排水管道（4012）仅与所述底部管网（3）连通，利用所述排水管道（4012）沿竖向或斜向插设于渣土内以便于渣土更好地实现排水；

所述排水管道（4012）的竖向高度低于所述密封结构（2）的布设高度，以防止所述排水管道（4012）破坏到所述密封结构（2）。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述池基体（1）的开口部位设置有用于所述密封结构（2）与所述池基体（1）之间结合部位密封的密封沟（102）。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

所述池基体（1）的内腔形状为立方体、长方体、圆柱体、倒锥体、三棱柱、五棱柱、六棱柱中的一种。

14.一种土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，采用权利要求1至13中任一项所述的排水式渣土池，其特征在于，

包括以下步骤：

a、修筑排水式渣土池；

b、将土压平衡盾构产生的渣土（8）充填至排水式渣土池；

c、封闭排水式渣土池；

d、开启真空泵（403）抽吸并排水。

15.根据权利要求14所述的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，其特征在于，

所述步骤a中的修筑排水式渣土池，具体为：

修建渣土池的池基体（1）；

池基体（1）内腔底部布设砂垫层（5）；

砂垫层（5）内埋设排水滤管（301），池基体（1）侧面布设盲沟通道（4011），插接排水管道（4012），固定盲沟通道（4011）和/或排水管道（4012）；

排水滤管（301）、盲沟通道（4011）以及排水管道（4012）构成立体管网并相互连通并进行管体表面防护。

16.根据权利要求14所述的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，其特征在于，

所述步骤c中的封闭排水式渣土池，具体为：

排水式渣土池的开口封盖密封结构（2）；

通过出膜装置（404）将盲沟通道（4011）和/或排水管道（4012）从密封结构（2）处引出并连通至出水管道（402）；

向池基体（1）开口部位的密封沟（102）注入水；或者

向池基体（1）开口部位的密封沟（102）注入水，同时启动真空泵（403），将排水式渣土池内渣土（8）渗出的水抽吸排放至密封沟（102）。

17.根据权利要求14所述的土压平衡盾构渣土多维渗流脱水方法，其特征在于，

所述步骤d中的开启真空泵（403），具体为：

真空泵（403）的真空负压处于80KPa~150KPa。