CN112761650B - 一种双模式盾构渣土处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于盾构渣土处理技术领域，具体涉及一种双模式盾构渣土处理方法，解决了现有技术中的盾构渣土处理系统无法跟随土压‑泥水盾构的模式切换渣土处理工艺的问题。本发明包括：步骤A：采用泥水盾构渣土处理模式或土压平衡盾构渣土处理模式中的一种对盾构渣土进行处理；步骤B：进行盾构渣土处理模式的切换；步骤C：重复步骤A～B，步骤B中盾构渣土处理模式的切换具体包括滤液池与喷淋系统的管路的连通或断开，调浆系统回路的开启或关闭；泥浆与多级沉淀池之间的管路的连通或断开，泥浆与溢流池之间的管路连通或断开。本发明可以同时满足两种盾构模式产生的渣土的处理，减少了设备成本，降低了成本，适用于盾构渣土的处理。

Description

一种双模式盾构渣土处理方法

技术领域

本发明属于盾构渣土处理技术领域，具体涉及一种双模式盾构渣土处理方法。

背景技术

目前中国的地下空间建设如火如荼，盾构工法因其施工安全性好、掘进效率高、掘进成本低、适用地层广、对地面交通和设施影响小、施工不受气候条件影响等诸多优势被广泛采用。

在土压盾构掘进过程中，由于地层含水、掘进过程中渣土改良等原因，导致输出的渣土含水量较多，甚至处于半流动状态。目前，对盾构渣土的处理方式多为直接外运进行堆场处理，盾构渣土的高含水特性导致直接外运方式运输效率低、运输过程极易发生洒漏、产生扬尘和噪音等不利情况，对城市环境影响较大；大量高含水盾构渣土堆放将会浪费大量的国土资源，占用大规模的耕地，含水渣土堆积不稳定，易造成滑坡和塌方等地质灾害，也是沙尘污染和地表及地下水污染的主要源头之一。所以，地方政府和环保部门对渣土排放具有严格的限制政策，正常的盾构施工也受到严重制约。盾构渣土中还含有大量可用于盾构注浆、基础建设的无机原料，可以转化产生巨额的经济价值，当前直接外运堆填处理是对国土资源的巨大浪费。在泥水盾构掘进中，渣土中部分泥浆被处理后重新注回盾构机做循环使用，但不能被循环使用的泥浆面临和土压平衡盾构一样的环保运输问题，同时也未考虑到泥水盾构渣土中可被利用的无机原料。

同时目前使用的盾构中很多为土压-泥水盾构双模式，在同一区间内，可能存在多次盾构掘进模式切换的需要，当盾构机切换模式时，单一的土压或泥水盾构渣土处理设备难以满足使用需求，需重复投入设备，增加设备成本，重新布置场地，场地紧张的项目部也面临难题。

泥水盾构要求首先保证循环泥浆的质量，主要参数为泥浆的比重和粘度，用以保证循环泥水能够容易将掘削下来的土砂输送到地面；能抑制地下水(油、气体等)喷出；对刀盘、刀头等掘削设备有冷却和润滑作用等。上述要求，导致了流程内对原始泥浆不能进行大规模喷淋，否则导致泥浆不能够保证循环使用。

土压平衡盾构不需要将泥浆循环使用，其难题在于井下出土较干、易粘结成团、含泥率高如何将粗砂、细砂、泥饼完成分级固液分离。这要求流程配置强大的喷淋系统和水处理能力。

因此，亟需一种有效的工艺流程，能够跟随土压-泥水盾构的模式切换渣土处理工艺，满足双模式下盾构掘进的要求，同时对渣土进行有效、快速处理，实现盾构渣土的减量化运输、分级资源化利用和环保化处理，减少施工单位渣土运输成本，变废为宝，回收可利用的无机原料和稀缺水资源，实现盾构渣土污染物的低排放，甚至零排放。

发明内容

针对现有技术中的盾构渣土处理系统无法跟随土压-泥水盾构的模式切换渣土处理工艺的问题，本发明提供一种双模式盾构渣土处理系统及方法，其目的在于：同时满足土压和泥水盾构两种模式下盾构掘进的要求，减少设备投入，减少对施工场地的占用，降低成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种双模式盾构渣土处理系统，包括：

泥水分离系统：用于将盾构机排出的渣土进行泥水分离；

砂处理系统：用于对泥水分离系统分离出的砂进行清洗脱水；

调浆系统：用于将泥水分离系统分离出的水调制成盾构机泥水盾构模式需要的泥浆；

尾浆处理系统：用于对泥水分离系统、砂处理系统和调浆系统产生的废液进行处理；

所述调浆系统通过管路分别与泥水分离系统和盾构机相连。

采用该技术方案后，当采用泥水盾构模式时，调浆系统可以利用泥水分离系统分离出的泥浆制备泥水盾构掘进需要的浆液，当采用土压平衡盾构模式时，将断开调浆系统与泥水分离系统之间的管路以及调浆系统与盾构机之间的管路即可，只需要一套设备就可以满足两种盾构模式产生的渣土的处理，减少了设备成本，而且可以快速切换，减少了停机时间，降低了成本，并且砂处理系统和尾浆处理系统可以对砂和水进行处理，回收可利用的无机原料和稀缺水资源，减少污染物的排放。

作为优选，所述泥水分离系统包括第一泥水分离模块和第二泥水分离模块，所述第一泥水分离模块包括一级振动筛、粗筛锥罐、一级中间罐和粗砂输送机，所述粗砂输送机位于一级振动筛的出料口下方，粗筛锥罐位于一级振动筛下方，所述第二泥水分离模块包括一级旋流器、二级旋流器、二级振动筛、输送机、细砂锥罐和二级中间罐，所述一级旋流器的进料口与粗筛锥罐连通，所述一级旋流器的排砂口与二级振动筛连接，所述二级振动筛的出料口位于输送机的上方，所述细砂锥罐位于二级振动筛的下方，所述一级旋流器的溢流口与一级中间罐的进料口连通，所述一级中间罐分别与粗筛锥罐和细砂锥罐连接，所述细砂锥罐与二级旋流器连接，所述二级旋流器的溢流口与二级中间罐的进料口连接，所述输送机和粗砂输送机与砂处理系统连接，所述二级中间罐分别与细砂锥罐和调浆系统连接。

采用该优选方案后，通过两级筛分，能够得到不同粒径的砂石，通过两级旋流，能够将泥浆与细砂分离的更加彻底，提高对无机原料的回收率。

作为优选，所述一级中间罐的下端设置有第一排水口和第二排水口，所述第一排水口位于一级中间罐的进料口的下方，所述一级中间罐内部设置有上部开口的隔板，所述第一排水口和第二排水口分别位于隔板的两侧，所述粗筛锥罐中设置有第一浮球开关，所述第一浮球开关与第一排水口的下端配合，所述第二排水口与细砂锥罐连通。

当粗筛锥罐中的水位过低时，第一浮球开关与第一排水口的缝隙变大，使得一级旋流器中的溢流液全部进入粗筛锥罐中，使粗筛锥罐中的水位上升，防止粗筛锥罐中的水位过低导致泵空吸，避免泵的损坏；当粗筛锥罐中水位过高时，第一浮球开关与第一排水口之间的缝隙完全关闭，使得一级旋流器中的溢流液全部从第二排水口中流入到细砂锥罐中，防止粗筛锥罐中的水溢出。采用该优选方案，可以保证粗筛锥罐中的水位始终处于合理的范围。

作为优选，所述二级中间罐的下端设置有第三排水口和第四排水口，所述第三排水口位于二级中间罐的进料口的下方，所述二级中间罐内部设置有上部开口的隔板，所述第三排水口和第四排水口分别位于隔板的两侧，所述细砂锥罐中设置有第二浮球开关，所述第二浮球开关与第三排水口的下端配合，所述第四排水口与调浆系统和尾浆处理系统连通。

当细砂锥罐中的水位过低时，第二浮球开关与第三排水口的缝隙变大，使得二级旋流器中的溢流液全部进入细砂锥罐中，使细砂锥罐中的水位上升，防止细砂锥罐中的水位过低导致泵空吸，避免泵的损坏；当细砂锥罐中水位过高时，第二浮球开关与第三排水口之间的缝隙完全关闭，使得二级旋流器中的溢流液全部从第四排水口中流入到多级沉淀池中，防止细砂锥罐中的水溢出。采用该优选方案，可以保证细砂锥罐中的水位始终处于合理的范围。

作为优选，所述一级振动筛和二级振动筛的上方设置有喷淋系统，所述喷淋系统与尾浆处理系统连接。

由于采用土压平衡盾构模式产生的渣土含水量较低，易粘结成团，采用该优选方案后，喷淋系统可以对一级振动筛和二级振动筛上的渣土进行喷淋，从而提高泥水分离的效率，防止渣土堵住筛网。

作为优选，所述第二泥水分离模块的数量为数个，且数个第二泥水分离模块并联连接。

采用该优选方案后，可以提高泥水分离的处理效率，并根据渣土的处理量调整第二泥水分离模块的数量。

作为优选，所述砂处理系统包括第一砂处理模块和第二砂处理模块，所述第一砂处理模块包括粗砂破碎机、三级成品粗砂脱水筛、成品砂锥罐和三级旋流器，所述粗砂破碎机的出料口位于三级成品粗砂脱水筛的上方，所述三级成品粗砂脱水筛位于成品砂锥罐的上方，所述三级旋流器的排砂口位于三级成品粗砂脱水筛的上方，成品砂锥罐与三级旋流器的进料口连通，所述第二砂处理模块包括四级旋流器、洗砂机尾浆槽、叶轮洗砂机和四级洗砂机脱水筛，所述叶轮洗砂机的出砂口与四级洗砂机脱水筛连通，所述四级洗砂机脱水筛位于洗砂机尾浆槽的上方，所述四级旋流器的排砂口位于四级洗砂机脱水筛的上方，所述四级旋流器的进料口与洗砂机尾浆槽连通，所述三级旋流器的溢流口和四级旋流器的溢流口均与尾浆处理系统连通，所述叶轮洗砂机和三级成品粗砂脱水筛均与尾浆处理系统连通。

采用该优选方案后，第一砂处理模块可以将一级振动筛的筛上物进行破碎、筛分和旋流，制得粗砂；第二砂处理模块可以将二级振动筛的筛上物进行洗砂、筛分和旋流制得中细砂。通过上述操作既可以对砂石分级资源化利用，又能够降低粗砂和细砂的含泥率。

作为优选，所述第二砂处理模块的数量为数个，且数个第二砂处理模块并联连接。

采用该优选方案后，可以提高砂处理的效率，并根据渣土的处理量调整第二砂处理模块的数量。

作为优选，所述调浆系统包括清水池、多级沉淀池、调浆池、膨润土制浆机、原浆罐和CMC混合罐，所述清水池通过管路分别与膨润土制浆机、原浆罐和CMC混合罐连通，所述膨润土制浆机的出料口分别与调浆池和原浆罐连通，所述CMC混合罐的出料口分别与原浆罐和调浆池连通，所述原浆罐的出料口与调浆池连通，所述多级沉淀池用于沉淀泥水分离系统排出的泥浆中的石粉，多级沉淀池的溢流口与调浆池连通，所述调浆池的出料口分别与盾构机和尾浆处理系统连通。

采用该优选方案后，多级沉淀池可以对二级中间罐排出的泥浆进行多级沉淀，由于二级中间罐排出的泥浆中石粉等杂质含量高，通过一定时间的沉淀后(由于多级沉淀池的泥浆排入量大，沉淀时间不会特别长)，得到浓度适宜的上层洁净泥浆(此处的洁净指杂质含量低)，调浆系统利用上层洁净泥浆制备泥水盾构掘进用的泥浆，并将该泥浆用管道输送到盾构机中，调浆池中多余的泥浆可以通过管道输送到溢流池中进行储存。

作为优选，所述尾浆处理系统包括溢流池、絮凝罐、加药装置、压滤机和滤液池，所述溢流池用于盛放泥水分离系统、砂处理系统和调浆系统产生的废液，溢流池的溢流口与絮凝罐连通，所述加药装置与絮凝罐连接，所述絮凝罐的排泥口与压滤机连通，所述絮凝罐的出水口和压滤机的排水口均与清水池连通，所述清水池与砂处理系统连通。

采用该优选方案后，溢流池冲的液体进入絮凝罐中进行絮凝沉淀，加药装置向絮凝罐中添加絮凝药剂，絮凝沉淀后的沉淀物进入压滤机中进行压滤脱水制得泥饼，絮凝罐中的上层清液和压滤机产生的滤液进入滤液池中进行储存，滤液池中的水可通过管道输送到喷淋系统对渣土进行喷淋，也可以通过管道输送到砂处理系统对粗砂进行清洗，也可以用于洗砂机对中粗砂进行洗砂，还可以用于现场清洗作业。

一种双模式盾构渣土处理方法，采用所述的双模式盾构渣土处理系统按以下步骤进行：

步骤A：采用泥水盾构渣土处理模式或土压平衡盾构渣土处理模式对盾构渣土进行处理；

步骤B：进行盾构渣土处理模式的切换；

步骤C：重复步骤A～B。

采用该技术方案后，盾构渣土处理工艺可以跟随土压-泥水盾构的模式进行切换，只需要一套设备就可以满足两种盾构模式产生的渣土的处理，减少了设备的投入和场地的占用，降低了成本。

作为优选，步骤A中的泥水盾构渣土处理具体包括以下步骤：

a1：将盾构渣土进行泥水分离，得到砂石和泥浆，并对泥浆进行多级沉淀，使泥浆中的石粉沉淀到底部，得到上层洁净泥浆；

a2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

a3：将上层洁净泥浆通入调浆系统，用于制备盾构掘进用的泥浆；

a4：将盾构掘进用的泥浆送入盾构机中进行泥水盾构施工；

a5：将步骤a2和a3产生的废水存储到溢流池中，然后对溢流池中的废水进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

a6：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

a7：将滤液和上清液存储到滤液池中，并将滤液池中的液体用于步骤a2中进行洗砂或者用于现场清洗作业。

采用该优选方案后，可以将泥水盾构渣土进行资源化利用，分类回收渣土中的粗砂和中细砂以及水资源，并将回收后的上层洁净泥浆用于制备盾构掘进需要的浆液，将回收的水资源用于洗砂和现场冲洗作业，实现水资源的循环使用，泥饼可用于制砖，变废为宝，减少了施工单位的运输成本，实现了盾构渣土污染物的低排放甚至零排放。

作为优选，所述步骤a1具体包括以下步骤：

a1.1：将盾构渣土进行一级筛分，得到固体物和第一流体；

a1.2：将含砂泥浆进行一级旋流，得到一级溢流液和一级含砂底流；

a1.3：将一级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂和第二流体；一级溢流液一部分返回第一流体中，另一部分与第二流体汇合；

a1.4：将第二流体进行二级旋流，得到二级溢流液和二级含砂底流；

a1.5：将二级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂和第二流体；二级溢流液一部分返回第二流体中，一部分进行多级沉淀。

采用该优选方案后，盾构渣土两级筛分和两级旋流，砂石与泥浆分离更加彻底，一级溢流液和二级溢流液部分回流，可将第一流体和第二流体的液位控制在合理的范围，防止泵空吸导致损坏。

作为优选，所述步骤a2具体包括以下步骤：

a2.1：将步骤a1.1得到的固体物进行破碎筛分和冲洗，得到粗砂和第三流体；将步骤a1.3和a1.5中得到的含泥中细砂进行洗砂和筛分，得到中细砂和第四流体；

a2.2：将第三流体进行三级旋流，得到三级溢流液和三级含砂底流；将第四流体进行四级旋流，得到四级溢流液和四级含砂底流；

a2.3：将三级含砂底流进行筛分，筛上物为粗砂，筛下物汇入第三流体中；将四级含砂底流进行筛分，筛上物为中细砂，筛下物汇入第四流体中。

采用该优选方案后，将盾构渣土中的无机原料分为粗砂和中细砂进行回收，实现了对无机原料的回收利用，实现了盾构渣土的减量化运输，降低了盾构渣土污染物的排放。

作为优选，所述步骤a3具体包括以下步骤：

a3.1：将清水与膨润土干粉充分混合制成第一混合物，将清水与增稠剂充分混合制成第二混合物；

a3.2：将第一混合物、第二混合物和清水充分混合，制成第三混合物；

a3.3：将第一混合物、第二混合物、第三混合物和经多级沉淀后的二级溢流液充分混合，制得盾构掘进用的泥浆。

采用该优选方案后，可将盾构渣土中分离出的水用于盾构掘进泥浆的制备，实现水资源的循环利用，既减少了清水的使用，又减少了渣土中水的外排。

作为优选，所述步骤a5的具体步骤为：

a5.1：将三级溢流液、四级溢流液以及未使用完的盾构掘进用的泥浆输送到溢流池中储存；

a5.2：将溢流池中的液体送入絮凝罐中进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上层清液。

作为优选，步骤A中的土压平衡盾构渣土处理具体包括以下步骤：

b1：在盾构渣土泥水分离的过程中对盾构渣土进行喷淋，得到砂石和泥浆；

b2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

b3：将泥浆存储到溢流池中，然后对溢流池中的泥浆进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

b4：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

b5：将滤液和上清液存储到滤液池中，并用于步骤b1中进行喷淋作业以及步骤b2中进行洗砂作业或者用于现场清洗作业。

采用该优选方案后，本发明能够对土压平衡盾构渣土进行处理，由于土压平衡盾构渣土含水量较低，流动性差，通过喷淋系统可以将渣土中的泥块冲散，便于筛分，提高筛分效率，土压平衡盾构不需要泥浆，因此盾构渣土中的水不用于制备泥浆，直接进行处理后用于喷淋和洗砂以及现场清洗。

作为优选，步骤B中的盾构渣土处理模式的切换具体包括：

泥水盾构渣土处理模式向土压平衡盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

x1：将滤液池与喷淋系统连通；

x2：关闭调浆系统回路；

x3：将步骤a1中的泥浆与多级沉淀池之间的管路断开，并将步骤a1中的泥浆与溢流池之间的管路连通；

土压平衡盾构渣土处理模式向泥水盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

y1：将滤液池与喷淋系统断开；

y2：开启调浆系统回路；

y3：将步骤a1中的泥浆与多级沉淀池之间的管路联通，并将步骤a1中的泥浆与溢流池之间的管路断开。

采用该优选方案后，只需要通过对管路的开启和关闭即可完成盾构渣土处理模式的切换，方便快捷，实现了一套设备同时泥水盾构和土压平衡盾构两种模式产生的渣土的处理，减少了设备投入和场地的占用，降低了成本。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.当采用泥水盾构模式时，调浆系统可以利用泥水分离系统分离出的泥浆制备泥水盾构掘进需要的浆液，当采用土压平衡盾构模式时，将断开调浆系统与泥水分离系统之间的管路以及调浆系统与盾构机之间的管路即可，只需要一套设备就可以满足两种盾构模式产生的渣土的处理，减少了设备成本，而且可以快速切换，减少了停机时间，降低了成本，并且砂处理系统和尾浆处理系统可以对砂和水进行处理，回收可利用的无机原料和稀缺水资源，减少污染物的排放。

2.通过两级筛分，能够得到不同粒径的砂石，通过两级旋流，能够将泥浆与细砂分离的更加彻底，提高对无机原料的回收率。

3.当粗筛锥罐中的水位过低时，第一浮球开关与第一排水口的缝隙变大，使得一级旋流器中的溢流液全部进入粗筛锥罐中，使粗筛锥罐中的水位上升，防止粗筛锥罐中的水位过低导致泵空吸，避免泵的损坏；当粗筛锥罐中水位过高时，第一浮球开关与第一排水口之间的缝隙完全关闭，使得一级旋流器中的溢流液全部从第二排水口中流入到细砂锥罐中，防止粗筛锥罐中的水溢出。可以保证粗筛锥罐中的水位始终处于合理的范围。

4.当细砂锥罐中的水位过低时，第二浮球开关与第三排水口的缝隙变大，使得二级旋流器中的溢流液全部进入细砂锥罐中，使细砂锥罐中的水位上升，防止细砂锥罐中的水位过低导致泵空吸，避免泵的损坏；当细砂锥罐中水位过高时，第二浮球开关与第三排水口之间的缝隙完全关闭，使得二级旋流器中的溢流液全部从第四排水口中流入到多级沉淀池中，防止细砂锥罐中的水溢出。采用该优选方案，可以保证细砂锥罐中的水位始终处于合理的范围。

5.喷淋系统可以对一级振动筛和二级振动筛上的渣土进行喷淋，从而提高泥水分离的效率，防止渣土堵住筛网。

6.第二泥水分离模块的数量为数个，且数个第二泥水分离模块并联连接，可以提高泥水分离的处理效率，并根据渣土的处理量调整第二泥水分离模块的数量。

7.第一砂处理模块可以将一级振动筛的筛上物进行破碎、筛分和旋流，制得粗砂；第二砂处理模块可以将二级振动筛的筛上物进行洗砂、筛分和旋流制得中细砂。通过上述操作既可以对砂石分级资源化利用，又能够降低粗砂和细砂的含泥率。

8.第二砂处理模块的数量为数个，且数个第二砂处理模块并联连接，可以提高砂处理的效率，并根据渣土的处理量调整第二砂处理模块的数量。

9.多级沉淀池可以对二级中间罐排出的泥浆进行多级沉淀，降低泥浆中石粉等杂质含量，得到浓度适宜的上层洁净泥浆(此处的洁净指杂质含量低)，调浆系统利用上层洁净泥浆制备泥水盾构掘进用的泥浆，并将该泥浆用管道输送到盾构机中，调浆池中多余的泥浆可以通过管道输送到溢流池中进行储存。

10.溢流池冲的液体进入絮凝罐中进行絮凝沉淀，加药装置向絮凝罐中添加絮凝药剂，絮凝沉淀后的沉淀物进入压滤机中进行压滤脱水制得泥饼，絮凝罐中的上层清液和压滤机产生的滤液进入滤液池中进行储存，滤液池中的水可通过管道输送到喷淋系统对渣土进行喷淋，也可以通过管道输送到砂处理系统对粗砂进行清洗，也可以用于洗砂机对中粗砂进行洗砂，还可以用于现场清洗作业。

11.盾构渣土处理工艺可以跟随土压-泥水盾构的模式进行切换，只需要一套设备就可以满足两种盾构模式产生的渣土的处理，减少了设备的投入和场地的占用，降低了成本。

12.可以将泥水盾构渣土进行资源化利用，分类回收渣土中的粗砂和中细砂以及水资源，并将回收后的水用于制备盾构掘进需要的浆液、洗和现场冲洗作业，实现水资源的循环使用，泥饼可用于制砖，变废为宝，减少了施工单位的运输成本，实现了盾构渣土污染物的低排放甚至零排放。

13.盾构渣土两级筛分和两级旋流，砂石与泥浆分离更加彻底，一级溢流液和二级溢流液部分回流，可将第一流体和第二流体的液位控制在合理的范围，防止泵空吸导致损坏。

14.将盾构渣土中的无机原料分为粗砂和中细砂进行回收，实现了对无机原料的回收利用，实现了盾构渣土的减量化运输，降低了盾构渣土污染物的排放。

15.将盾构渣土中分离出的水用于盾构掘进泥浆的制备，实现水资源的循环利用，既减少了清水的使用，又减少了渣土中水的外排。

16.本发明能够对土压平衡盾构渣土进行处理，由于土压平衡盾构渣土含水量较低，流动性差，通过喷淋系统可以将渣土中的泥块冲散，便于筛分，提高筛分效率，土压平衡盾构不需要泥浆，因此盾构渣土中的水不用于制备泥浆，直接进行处理后用于喷淋和洗砂以及现场清洗。

17.本发明只需要通过对管路的开启和关闭即可完成盾构渣土处理模式的切换，方便快捷，实现了一套设备同时泥水盾构和土压平衡盾构两种模式产生的渣土的处理，减少了设备投入和场地的占用，降低了成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是泥水盾构渣土处理模式的结构示意图；

图2是土压平衡盾构渣土处理模式的结构示意图；

图3是第一泥水分离模块的结构示意图；

图4是第二泥水分离模块的结构示意图。

其中，1-一级振动筛，2-粗筛锥罐，3-一级旋流器，4-一级中间罐，401-第一排水口，402-第二排水口，403-第一浮球开关，5-细砂锥罐，6-二级旋流器，7-二级振动筛，8-二级中间罐，801-第三排水口，802-第四排水口,803-第二浮球开关，9-粗砂输送机，10-粗砂破碎机，13-三级成品粗砂脱水筛，14-成品砂锥罐，15-三级旋流器，16-输送机，17-洗砂机叶轮槽，18-洗砂机叶轮，19-四级洗砂机脱水筛，20-洗砂机尾浆槽，21-四级旋流器，22-溢流池，23-絮凝罐，24-加药装置，25-压滤机，26-滤液池，27-清水池，28-多级沉淀池，29-调浆池，30-膨润土制浆机，31-原浆罐，32-CMC混合罐，33-盾构机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合图1～图4对本发明作详细说明。

一种双模式盾构渣土处理系统，包括：

泥水分离系统：用于将盾构机排出的渣土进行泥水分离；

砂处理系统：用于对泥水分离系统分离出的砂进行清洗脱水；

调浆系统：用于将泥水分离系统分离出的水调制成盾构机泥水盾构模式需要的泥浆；

尾浆处理系统：用于对泥水分离系统、砂处理系统和调浆系统产生的废液进行处理；

所述调浆系统通过管路分别与泥水分离系统和盾构机相连。

本实施例中，所述泥水分离系统包括第一泥水分离模块和第二泥水分离模块。所述第一泥水分离模块包括一级振动筛1、粗筛锥罐2、一级中间罐4和粗砂输送机9，所述粗砂输送机9位于一级振动筛1的出料口下方，粗筛锥罐2位于一级振动筛1下方。所述第二泥水分离模块包括一级旋流器3、二级旋流器6、二级振动筛7、输送机16、细砂锥罐5和二级中间罐8，所述一级旋流器3的进料口与粗筛锥罐2连通，所述一级旋流器3的排砂口与二级振动筛7连接，所述二级振动筛7的出料口位于输送机16的上方，所述细砂锥罐5位于二级振动筛7的下方，所述一级旋流器3的溢流口与一级中间罐4的进料口连通。所述一级中间罐4分别与粗筛锥罐2和细砂锥罐5连接，所述细砂锥罐5与二级旋流器6连接，所述二级旋流器6的溢流口与二级中间罐8的进料口连接，所述输送机16与砂处理系统中的洗砂机连接，用于对二级振动筛7的筛上物进行洗砂操作，所述粗砂输送机9与砂处理系统中的粗砂破碎机10连接，用于将一级振动筛1上的筛上物进行破碎，所述二级中间罐8分别与细砂锥罐5和调浆系统中的多级沉淀池28连接。

本实施例中，所述一级中间罐4的下端设置有第一排水口401和第二排水口402，所述第一排水口401位于一级中间罐4的进料口的下方，所述一级中间罐4内部设置有上部开口的隔板，所述第一排水口401和第二排水口402分别位于隔板的两侧。所述粗筛锥罐2中设置有第一浮球开关403，所述第一浮球开关403与第一排水口401的下端配合，所述第二排水口402与细砂锥罐5连通。通过粗筛锥罐2中的水位控制第一浮球开关403与第一排水口401的下端之间的间隙，从而控制一级中间罐4中的液体流入粗筛锥罐2的流量。当粗筛锥罐2的液位过高时，浮球开关关闭，一级中间罐4中的液体完全通过第二排水口402流入细砂锥罐5中。

本实施例中，所述二级中间罐8的下端设置有第三排水口801和第四排水口802，所述第三排水口801位于二级中间罐8的进料口的下方，所述二级中间罐8内部设置有上部开口的隔板，所述第三排水口801和第四排水口802分别位于隔板的两侧，所述细砂锥罐5中设置有第二浮球开关803，所述第二浮球开关803与第三排水口801的下端配合，所述第四排水口802通过管道与调浆系统中的多级沉淀池28和尾浆处理系统中的溢流池22连通。在泥水盾构模式下，第四排水口802与调浆系统中的多级沉淀池28之间的管道连通，第四排水口802与溢流池22之间的管道关闭。在土压平衡盾构模式下，第四排水口802与调浆系统中的多级沉淀池28之间的管道关闭，第四排水口802与溢流池22之间的管道连通。

本实施例中，所述一级振动筛1和二级振动筛7的上方设置有喷淋系统，所述喷淋系统通过管道与尾浆处理系统中的滤液池26连通。泥水盾构模式下，喷淋系统与尾浆处理系统中的滤液池26之间的管道断开，土压平衡盾构模式下，喷淋系统与尾浆处理系统中的滤液池26之间的管道连通。

本实施例中，所述第二泥水分离模块的数量为两个，且两个第二泥水分离模块并联连接。

本实施例中，所述砂处理系统包括第一砂处理模块和第二砂处理模块。所述第一砂处理模块包括粗砂破碎机10、三级成品粗砂脱水筛13、成品砂锥罐14和三级旋流器15。所述粗砂破碎机10的出料口位于三级成品粗砂脱水筛13的上方，三级成品粗砂脱水筛13的上方设置有喷淋系统，用于对三级成品粗砂脱水筛13进行喷淋。所述三级成品粗砂脱水筛13位于成品砂锥罐14的上方，所述三级旋流器15的排砂口位于三级成品粗砂脱水筛13的上方，成品砂锥罐14与三级旋流器15的进料口连通。所述第二砂处理模块包括四级旋流器21、洗砂机尾浆槽20、叶轮洗砂机和四级洗砂机脱水筛19。叶轮洗砂机包括洗砂机叶轮槽17和位于其中的洗砂机叶轮18，所述洗砂机叶轮18的出砂口与四级洗砂机脱水筛19连通，所述四级洗砂机脱水筛19位于洗砂机尾浆槽20的上方。所述四级旋流器21的排砂口位于四级洗砂机脱水筛19的上方，所述四级旋流器21的进料口与洗砂机尾浆槽20连通，所述三级旋流器15的溢流口和四级旋流器21的溢流口均通过管道与尾浆处理系统中的溢流池22连通。尾浆处理系统中的滤液池26通过管路为洗砂机叶轮槽17和三级成品粗砂脱水筛13上的喷淋系统提供水源。

本实施例中，所述第二砂处理模块的数量为两个，且两个第二砂处理模块并联连接。

本实施例中，所述调浆系统包括清水池27、多级沉淀池28、调浆池29、膨润土制浆机30、原浆罐31和CMC混合罐32。所述清水池27通过管路分别与膨润土制浆机30、原浆罐31和CMC混合罐32连通，所述膨润土制浆机30的出料口分别与调浆池29和原浆罐31连通，所述CMC混合罐32的出料口分别与原浆罐31和调浆池29连通，所述原浆罐31的出料口与调浆池29连通。所述多级沉淀池28用于沉淀第四排水口802排出的泥浆中的石粉等杂质，以得到上层洁净泥浆，多级沉淀池28的溢流口与调浆池29连通。所述调浆池29的出料口分别与盾构机和尾浆处理系统中的溢流池22连通，用于向盾构机提供掘进所需的泥浆或者将多余的泥浆排入溢流池22中进行处理。

本实施例中，所述尾浆处理系统包括溢流池22、絮凝罐23、加药装置24、压滤机25和滤液池26。所述溢流池22用于盛放泥水分离系统中的第四排水口802、砂处理系统中的三级旋流器15、四级旋流器21和调浆系统中的调浆罐29排出的废液，溢流池22的溢流口与絮凝罐23连通，所述加药装置24与絮凝罐23连接，所述絮凝罐23的排泥口与压滤机25连通，所述絮凝罐23的出水口和压滤机25的排水口均与滤液池26连通，所述滤液池26与砂处理系统中的洗砂机叶轮槽17和三级成品粗砂脱水筛13上的喷淋系统的连通。

一种双模式盾构渣土处理方法，采用所述的双模式盾构渣土处理系统按以下步骤进行：

步骤A：采用泥水盾构渣土处理模式或土压平衡盾构渣土处理模式中的一种对盾构渣土进行处理；

步骤B：进行盾构渣土处理模式的切换；

步骤C：重复步骤A～B。

本实施例中，步骤A中的泥水盾构渣土处理具体包括以下步骤：

a1：将盾构渣土进行泥水分离，得到砂石和泥浆，并对泥浆进行多级沉淀，使泥浆中的石粉沉淀到底部，得到上层洁净泥浆；

a2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

a3：将上层洁净泥浆通入调浆系统，用于制备盾构掘进用的泥浆；

a4：将盾构掘进用的泥浆送入盾构机中进行泥水盾构施工；

a5：将步骤a2和a3产生的废水存储到溢流池中，然后对溢流池中的废水进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

a6：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

a7：将滤液和上清液存储到滤液池中，并将滤液池中的液体用于步骤a2中进行洗砂或者用于现场清洗作业。

本实施例中，所述步骤a1具体包括以下步骤：

a1.1：将盾构渣土进行一级筛分，得到固体物(即一级振动筛1的筛上物)和第一流体(即粗筛锥罐2中的流体)；

a1.2：将含砂泥浆进行一级旋流，得到一级溢流液和一级含砂底流；

a1.3：将一级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂(即二级振动筛7的筛上物)和第二流体(即细砂锥罐5中的流体)；一级溢流液一部分返回第一流体中，另一部分与第二流体汇合；

a1.4：将第二流体进行二级旋流，得到二级溢流液和二级含砂底流；

a1.5：将二级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂和第二流体；二级溢流液一部分返回第二流体中，一部分进行多级沉淀。

本实施例中，所述步骤a2具体包括以下步骤：

a2.1：将步骤a1.1得到的固体物进行破碎筛分和冲洗，得到粗砂和第三流体(即成品砂锥罐中的流体)；将步骤a1.3和a1.5中得到的含泥中细砂进行洗砂和筛分，得到中细砂和第四流体(即洗砂机尾浆槽20中的流体)；

a2.2：将第三流体进行三级旋流，得到三级溢流液和三级含砂底流；将第四流体进行四级旋流，得到四级溢流液和四级含砂底流；

a2.3：将三级含砂底流进行筛分，筛上物为粗砂，筛下物汇入第三流体中；将四级含砂底流进行筛分，筛上物为中细砂，筛下物汇入第四流体中。

本实施例中，所述步骤a3具体包括以下步骤：

a3.1：将清水与膨润土干粉充分混合制成第一混合物，将清水与增稠剂充分混合制成第二混合物；

a3.2：将第一混合物、第二混合物和清水充分混合，制成第三混合物；

a3.3：将第一混合物、第二混合物、第三混合物和经多级沉淀后的二级溢流液充分混合，制得盾构掘进用的泥浆。

本实施例中，所述步骤a5的具体步骤为：

a5.1：将三级溢流液、四级溢流液以及未使用完的盾构掘进用的泥浆输送到溢流池中储存；

a5.2：将溢流池中的液体送入絮凝罐中进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上层清液。

本实施例中，步骤A中的土压平衡盾构渣土处理具体包括以下步骤：

b1：在盾构渣土泥水分离的过程中对盾构渣土进行喷淋，得到砂石和泥浆；

b2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

b3：将泥浆存储到溢流池中，然后对溢流池中的泥浆进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

b4：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

b5：将滤液和上清液存储到滤液池中，并用于步骤b1中进行喷淋作业以及步骤b2中进行洗砂作业或者用于现场清洗作业。

本实施例中，步骤B中的盾构渣土处理模式的切换具体包括：

泥水盾构渣土处理模式向土压平衡盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

x1：将滤液池22与一级振动筛1和二级振动筛7上的喷淋系统连通；

x2：断开清水池27与膨润土制浆机30、原浆罐31和CMC混合罐33之间的管路，断开调浆罐29与盾构机33以及调浆罐29与溢流池22之间的管路；

x3：将第四排水口802与多级沉淀池28之间的管路断开，并将第四排水口802与溢流池22之间的管路连通；

土压平衡盾构渣土处理模式向泥水盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

y1：将滤液池22与一级振动筛1和二级振动筛7上的喷淋系统断开；

y2：连通清水池27与膨润土制浆机30、原浆罐31和CMC混合罐33之间的管路，连通调浆罐29与盾构机33以及调浆罐29与溢流池22之间的管路；

y3：将第四排水口802与多级沉淀池28之间的管路连通，并将第四排水口802与溢流池22之间的管路断开。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：采用泥水盾构渣土处理模式或土压平衡盾构渣土处理模式对盾构渣土进行处理；

步骤B：进行盾构渣土处理模式的切换；

步骤C：重复步骤A～B；

步骤A中的泥水盾构渣土处理具体包括以下步骤：

a1：将盾构渣土进行泥水分离，得到砂石和泥浆，并对泥浆进行多级沉淀，使泥浆中的石粉沉淀到底部，得到上层洁净泥浆；

a2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

a3：将上层洁净泥浆通入调浆系统，用于制备盾构掘进用的泥浆；

a4：将盾构掘进用的泥浆送入盾构机中进行泥水盾构施工；

a5：将步骤a2和a3产生的废水存储到溢流池中，然后对溢流池中的废水进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

a6：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

a7：将滤液和上清液存储到滤液池中，并将滤液池中的液体用于步骤a2中进行洗砂或者用于现场清洗作业。

2.根据权利要求1所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：所述步骤a1具体包括以下步骤：

a1.1：将盾构渣土进行一级筛分，得到固体物和第一流体；

a1.2：将含砂泥浆进行一级旋流，得到一级溢流液和一级含砂底流；

a1.3：将一级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂和第二流体；一级溢流液一部分返回第一流体中，另一部分与第二流体汇合；

a1.4：将第二流体进行二级旋流，得到二级溢流液和二级含砂底流；

a1.5：将二级含砂底流进行筛分，得到含泥中细砂和第二流体；二级溢流液一部分返回第二流体中，一部分进行多级沉淀。

3.根据权利要求2所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：所述步骤a2具体包括以下步骤：

a2.1：将步骤a1.1得到的固体物进行破碎筛分和冲洗，得到粗砂和第三流体；将步骤a1.3和 a1.5中得到的含泥中细砂进行洗砂和筛分，得到中细砂和第四流体；

a2.2：将第三流体进行三级旋流，得到三级溢流液和三级含砂底流；将第四流体进行四级旋流，得到四级溢流液和四级含砂底流；

a2.3：将三级含砂底流进行筛分，筛上物为粗砂，筛下物汇入第三流体中；将四级含砂底流进行筛分，筛上物为中细砂，筛下物汇入第四流体中。

4.根据权利要求2所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：所述步骤a3具体包括以下步骤：

a3.1：将清水与膨润土干粉充分混合制成第一混合物，将清水与增稠剂充分混合制成第二混合物；

a3.2：将第一混合物、第二混合物和清水充分混合，制成第三混合物；

a3.3：将第一混合物、第二混合物、第三混合物和经多级沉淀后的二级溢流液充分混合，制得盾构掘进用的泥浆。

5.根据权利要求4所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：所述步骤a5的具体步骤为：

a5.1：将三级溢流液、四级溢流液以及未使用完的盾构掘进用的泥浆输送到溢流池中储存；

a5.2：将溢流池中的液体送入絮凝罐中进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上层清液。

6.根据权利要求1所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：步骤A中的土压平衡盾构渣土处理具体包括以下步骤：

b1：在盾构渣土泥水分离的过程中对盾构渣土进行喷淋，得到砂石和泥浆；

b2：将砂石进行破碎、筛分和洗砂，得到粗砂和中细砂；

b3：将泥浆存储到溢流池中，然后对溢流池中的泥浆进行絮凝沉淀，得到沉淀物和上清液；

b4：将絮凝沉淀后的沉淀物进行压滤脱水，得到泥饼和滤液；

b5：将滤液和上清液存储到滤液池中，并用于步骤b1中进行喷淋作业以及步骤b2中进行洗砂作业或者用于现场清洗作业。

7.根据权利要求1所述的一种双模式盾构渣土处理方法，其特征在于：步骤B中的盾构渣土处理模式的切换包括：

泥水盾构渣土处理模式向土压平衡盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

x1：将滤液池与喷淋系统连通；

x2：关闭调浆系统回路；

x3：将步骤a1中的泥浆与多级沉淀池之间的管路断开，并将步骤a1中的泥浆与溢流池之间的管路连通；

土压平衡盾构渣土处理模式向泥水盾构渣土处理模式的切换，具体步骤为：

y1：将滤液池与喷淋系统断开；

y2：开启调浆系统回路；

y3：将步骤a1中的泥浆与多级沉淀池之间的管路联通，并将步骤a1中的泥浆与溢流池之间的管路断开。

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