CN220223949U - 泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，包括循环泥浆池、调节箱、固液分离系统和补水箱，调节箱的前面设有用于泥砂分离的振动筛，调节箱的输出分为两路，一路通过回用泥浆管道接入循环泥浆池，一路通过废弃泥浆管道接入固液分离系统，固液分离系统设有絮凝装置和脱水机，脱水机的出水通过水回用管接入补水池，补水箱通过补水管连接循环泥浆池。这种系统可用于顶管机的泥浆处理和循环，能够调节循环泥浆浓度。

Description

泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统

技术领域

本实用新型涉及泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统。

背景技术

顶管技术是一项常用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，其深入地下作业，施工场地小，噪音小，基本上不影响周围环境，尽管成本加高，但在一定场合下依然具有很强的竞争优势，在掘进机正常工作时，打开进排泥阀，泥水从泥管经进泥阀进入顶管挖掘面泥水仓内，挖掘的泥砂经同泥水搅拌后，通过排泥管及排泥泵送至地面泥浆循环处理系统，通过泥水分离装置将泥渣与泥浆分离后，泥渣分离外运，泥浆留在泥浆池内，经沉淀后泥水再次送入泥水仓内，形成了泥水（泥浆）循环系统，同时为改善泥浆的特性，更好地满足使用要求，还应依据实际需要调节泥浆的浓度，必要时增加相应的添加剂以改善泥浆的特性。 然而，现有技术下顶管装置的泥浆处理系统往往仅实现泥渣（砂）的取出，忽视对泥浆浓度的调节。例如，中国专利文献CN114687753A公开了一种泥水顶管掘进机用平衡装置，包括泥浆处理机、沉淀池、循环池、送浆泵、送浆主管、送浆支管、排浆泵、排浆主管、排浆支管，本发明送浆支管和排浆支管设有两个，通过球阀控制开合，送浆主管和排浆主管之间设置有第一旁路管道和第二旁路管道，本发明在工作过程中可以通过控制阀门进行管路切换，可以使水实现反冲洗，并且可以切换排出和送入的管口，能够有有效防止管道堵塞，使设备安全稳定运行，其相关工作过程为泥水腔内的泥浆从一个或两个排浆出口向外排出，由排浆泵输送至地面的泥浆处理机，将泥渣处理下来，在经过沉淀池和循环池处理后形成合格的泥水，泥水再由送浆泵输送进入泥水腔中，顶管机在前进时，刀盘转动，切削下来的泥土经过泥水混合沉入泥水腔底部，由搅拌器进行搅碎，后再从排浆出口排出，形成一个工作循环，泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一方面泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。中国文献CN114991793A公开了一种姜结石土层顶管施工岩石砂土泥浆过滤装置及系统，其砂土泥浆过滤系统包括岩石砂土泥浆过滤装置以及掘进机头中仓、顶管出土泥浆沉淀池、膨润土泥浆回收循环池、新膨润土泥浆配制池，所述岩石砂土泥浆过滤装置安装于工作井顶管管道内，并与同在工作井顶管管道内的所述掘进机头中仓呈一定间距连接于同一管路上；所述顶管出土泥浆沉淀池、所述膨润土泥浆回收循环池、所述新膨润土泥浆配制池位于工作井的外围且依次连接，由所述岩石砂土泥浆过滤装置排出的混合泥浆依次经过所述顶管出土泥浆沉淀池、所述膨润土泥浆回收循环池、所述新膨润土泥浆配制池进行对应处理，所述新膨润土泥浆配制池再连接所述岩石砂土泥浆过滤装置或所述掘进机头，所述新膨润土泥浆配制池通过进泥管路连接所述掘进机头中仓的入口，所述掘进机头中仓的出口通过排泥管路连接所述岩石砂土泥浆过滤装置的所述混合泥浆进浆口，所述岩石砂土泥浆过滤装置包括储浆箱柜，储浆箱柜的内腔上部为分离仓，下部为沉淀仓；分离仓靠近沉淀仓的位置设置有一砂石分离钢格栅；分离仓上方设有混合泥浆进浆口，沉淀仓下方设有过滤泥浆出浆口；储浆箱柜的顶端设有顶部天窗清理人孔阀门，储浆箱柜的侧面上部设置有一侧窗清理闸阀；沉淀仓的外部设有动力及传动装置，动力及传动装置与位于沉淀仓底部的沉淀仓叶片搅笼连接，通过对输泥管路中的姜结石泥水进行分离处理，避免了顶管掘进机头中仓中夹带姜结石的混合泥浆在长距离输泥管路中发生沉淀，出现堵塞管路的情况，能够保证质量要求。中国专利文献CN112682573A公开了一种泥水平衡顶管系统，包括有泥浆沉淀池，泥浆沉淀池的内左侧为沉淀池，泥浆沉淀池的内右侧为调整池，沉淀池的上方设有泥水分离机，调整池内设有搅拌机，调整池右侧的下端连接有送水泵，送水泵经第一送水管连接有第二送水管，第二送水管连接有顶管掘进机的泥水仓，泥水仓连接有第一排泥管，第一排泥管连接有排泥泵，排泥泵连接有第二排泥管，第二排泥管连接有泥水分离机，施工前向调整池内加入泥土，搅拌机工作，搅拌机对调整池泥水进行搅拌，得进浆泥水，且进浆泥水的比重为1.05～1.10，施工时顶管掘进机工作进行掘岩，且送水泵工作，送水泵将步骤A中的进浆泥水加压经第一送水管、第二送水管输送至顶管掘进机的泥水仓内，进浆泥水与泥水仓内的泥浆混合形成排浆泥水，且排浆泥水的比重为1.25～1.30,同时排泥泵工作，排泥泵将排浆泥水经第一排泥管从顶管掘进机的泥水仓内抽出进入第二排泥管内，第二排泥管内的排浆泥水进入泥水分离机内，泥水分离机将排浆泥水进行泥水分离，泥水分离机分离出来的泥渣经泥水分离机排出，而泥水分离机分离出的泥浆进入沉淀池中，经沉淀池沉淀，沉淀池沉淀后的泥浆进入调整池中，泥水分离机分离和泥水沉淀分离的步骤循环进行使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够调节循环泥浆浓度的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统。

本实用新型的技术方案是：泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，包括循环泥浆池、调节箱、固液分离系统和补水箱，所述调节箱的输出分为两路（也就是，设有两路输出），一路通过回用泥浆管道接入循环泥浆池，一路通过废弃泥浆管道接入固液分离系统，所述固液分离系统的出水通过水回用管接入补水池，所述补水箱通过补水管连接循环泥浆池。

其中，所述循环泥浆池用于向顶管机提供泥浆，通过泥浆输送管道连接顶管机的泥浆进口。

进一步地，所述调节箱的前面（前序）设有泥砂分离装置，所述泥砂分离装置的泥浆输出（经泥砂分离后形成的泥浆输出）接入调节箱。

优选地，所述泥砂分离装置采用泥浆旋流分离器或振动筛。

进一步地，所述调节箱设有调节箱搅拌设备。

优选地，所述调节箱搅拌设备采用气力搅拌系统、水力搅拌系统或机械搅拌装置。

进一步地，所述调节箱的两路出口上分别设有各自的调节阀，分别用于调节各路输出的流量。

进一步地，所述循环泥浆池设有泥浆池搅拌设备。

优选地，所述泥浆池搅拌设备采用气力搅拌系统、水力搅拌系统或机械搅拌器。

优选地，所述固液分离系统包括絮凝装置和脱水机，所述絮凝装置的出口连接脱水机的进口，所述废弃泥浆管道接入固液分离系统的方式为连接絮凝装置的进口，所述脱水机的出水口构成固液分离系统的出水口。

所述絮凝装置可以设有加药池和絮凝池，所述加药池设有用于向池内施加絮凝剂的加药装置；或者，所述絮凝装置也可以设有加药絮凝池，所述加药絮凝池设有用于向池内施加絮凝剂的加药装置。

进一步地，备用清水的供水管接入所述补水池。

通常，供水管上设有供水阀。

进一步地，所述补水箱可以设有水位计。

可以将水位计的输出接入供水阀的控制装置。

所述供水阀可以为由补水箱内水位控制的自动阀门，例如，设有浮子的自动水阀。

本实用新型的有益效果是：由于设置了振动筛或其他形式的泥砂分离装置，能够将进入系统的原始泥浆（或称泥水）中较大颗粒（可称为泥渣，主要为砂砾）去除，避免对泵和管道等设置的过度磨蚀和堵塞；由于设置了调节箱，能够对流量和泥浆特性进行调节，形成稳定的输出流量且减小泥浆浓度的波动；由于调节箱的输出分为两路，可以将部分泥浆送入固液分离系统进行固液分离，去除其中的泥（以脱水干泥形式）后将水重新送回循环系统，送入固液分离系统的泥浆量依据实际需要调节，进而与送入循环泥浆池中的补充水一同控制循环泥浆的浓度，避免因循环泥浆中泥的不断增加而导致浓度超过所需的范围；由于泥砂分离装置设置在调节箱的前序，允许后序的调节箱、循环泥浆池等设备中设置搅拌系统，通过搅拌系统保持池内物质的均匀；由于采用振动筛，能够更好地适应于原始泥浆的特性，在振动分离过程中通过振动使粘结在一起的较大泥块及粘结在砂粒上的泥分离成浆，有利于分离后泥渣的后续处理，且有利于保证泥的循环量；由于设置了补水池，能够有效控制进入循环泥浆池中的补充量；由于备用清水接入补水池，需要时（例如，补水池中的水位低于设定高度）可以将外部清水引入补水池，保证系统的有效运行。

附图说明

图1是本实用新型的构造示意图。

图中标识：1，振动筛；2、调节箱；3、循环泥浆池；4、补水箱；5、絮凝装置；6、脱水机。

具体实施方式

参见图1，顶管机排出的泥浆（可称为原始泥浆）引入振动筛（或称振动筛装置，或振动筛系统）1，通过振动筛进行筛分，振动筛的筛网依据顶管机的实际需要选择。筛上物从筛网斜面滑下，其主要成分为砂（固体颗粒物），落入设置于振动筛出砂口下方的集砂槽（未绘出），筛下物为筛分后的泥浆，落入设置于振动筛出泥口下方的调节箱（或称调节池）2，调节箱可以为圆箱（箱内空间的水平截面为圆形）以利于搅拌均匀，依据实际需要，也可以为矩形箱（箱内空间的水平截面为矩形，包括方形）。

调节箱内可以设置机械式的搅拌器（或称机械搅拌装置，或简称搅拌器或搅拌装置），或者配套设置气力搅拌系统，或水力搅拌系统。机械式的搅拌器设有位于调节箱内的搅拌桨/搅拌叶片，并设有用于驱动搅拌桨/搅拌叶片的搅拌驱动电机，通过搅拌驱动电机带动搅拌桨/搅拌叶片旋转，对调节箱内的物料（泥浆）进行搅拌，使其保持均匀，以防止泥浆中的可沉淀物质（泥）沉积在池底。气力搅拌系统设有风机（例如，罗茨风机），风机的进口可以通过管道等连通大气或直接连通大气，出口通过管道接入调节箱的搅拌气入口，搅拌气入口可以设置在调节箱的底部或调节箱的底部和中部，数量可以为一个或多个，采用切向/斜向入口，送入调节箱的气流速度方向与径向（水平截面上，由箱中心至周边任意点或其他部位任意点的方向为该点上的径向）具有一定夹角，该夹角优选大于60°甚至接近于90°，由此通过送入调节箱内的气流带动调节箱内的泥浆旋转，引入的空气中的部分氧溶解到泥浆中，形成泥浆中的溶解氧，由此也同时提高了泥浆中溶解氧的浓度。水力搅拌系统采用的搅拌原理与气力搅拌系统相同或相似，设有泵（可采用适宜的泥浆泵/砂浆泵），泵可以设置在调节箱内（对应于内循环），也可以设置在调节箱外（对应于外循环），泵的输出侧的管口（可视为泵的出口）位于调节箱的边缘部位，朝向为切向（水平面上与径向垂直的方向为切向）或与径向有一定的夹角，该夹角优选大于60°甚至接近于90°，泵的输入侧的管口（可视为泵的进口）以位于调节箱的中心区域附近为宜，朝向以沿径向为宜，由此通过泵的输出输入带动调节箱内的泥浆旋转，泵输出输入的均为调节箱内泥浆，可以视为调节箱泥浆的循环，当泵设置在调节箱内时，可称为内循环，当泵设置在调节箱外时，可称为外循环。

依据实际情况，可以以其他任意适宜形式的泥浆除砂装置（或称泥砂分离装置，或泥砂分离器，例如，用于能够从泥浆中分离出泥渣的旋流分离器）替代振动筛进行上述泥砂分离。

调节箱的输出分为两路，可以将用于连接循环泥浆池3的回用泥浆管道直接与调节箱连接，在回用泥浆管道上设置回用泥浆泵，还可以在回用泥浆管道上设置回用泥浆控制阀，通过回用泥浆泵将调节箱中的泥浆泵入循环泥浆池用作循环泥浆，相应地，将用于连接絮凝装置（或者说接入固液分离系统）5的废弃泥浆管道也直接与调节箱连接，在废弃泥浆管道上设置废弃泥浆泵，还可以在废弃泥浆管道上设置废弃泥浆控制阀，通过废弃用泥浆泵将调节箱中的泥浆以一定的流速/流量（输送量）送入絮凝装置/固液分离系统进行固液分离，以去除其中的泥。

也可以在调节箱设置一个输出主管，将回用泥浆管道和废弃泥浆管道连接在调节箱的输出主管上，相关泵和阀的设置依据上述方式或者其他任意适宜的现有技术。例如，在主管上设主泵和主控制阀，在回用泥浆管道和废弃泥浆管道分别设置各自的控制阀。

依据实际需要控制循环泥浆池内的泥浆量及泥浆浓度，当需要将泥浆送入循环泥浆池时，启动回用泥浆泵（且开启回用泥浆控制阀，如果设有的话）将调节箱中的泥浆以一定的流速/流量（输送量）送入循环泥浆池。当调节箱内的泥浆量超过一定程度时或其他适宜情形下，启动废弃泥浆泵（且开启废弃泥浆控制阀，如果设有的话）将调节箱中的泥浆以一定的流速/流量（输送量）送入固液分离系统。这些输送可以是间歇式的，也可以在一定时间内持续进行。

依据实际需要，可以设置由循环泥浆池接入固液分离系统（絮凝装置）中的回流输送管道且在该管道上设置相应的回流泵和回流阀门，需要时，可以将循环泥浆池中多余或不适应的泥浆送入固液分离系统。

固液分离系统用于分离出废弃泥浆中的泥（或称泥渣），分离出来的水作为回用水，送入补水池（或称补水箱）4。需要时，可以依据回用泥浆的浓度将一定比例的水与回用泥浆同步送入循环泥浆池，或者当循环泥浆池中的浓度超过一定限度时向循环泥浆池补水。固液分离系统可以采用任意适宜于泥浆固液分离的现有技术，一种可行的方式是采用絮凝装置5加脱水机6的组合，引入固液分离系统的废弃泥浆先进入絮凝装置，加药设备向絮凝装置内加入一定的絮凝剂并与泥浆混合，以改善泥浆的脱水性能，然后送入脱水机脱水，脱水后的泥（例如，泥饼）含水量明显降低，可称为干泥，脱出的水送入补水池。

絮凝装置可以采用任意适宜的现有技术。例如，可以采用单一的加药絮凝池（或称加药絮凝池），也可以采用加药箱（或称加药池）和絮凝池（或称絮凝箱）的组合。当采用加药箱和絮凝池的组合时，泥浆先进入加药箱，加药（絮凝剂）搅拌后送入絮凝池进行一定时间（水利停留时间）的絮凝反应，然后送入脱水机，依据絮凝剂的特性，至少在部分情形下，这种组合方式的絮凝装置有利于改善絮凝效果，进一步提高后续脱水机的脱水率。

将外部水源（通常为清水，可称为备用清水）的供水管接入补水箱，作为补水箱的备用水源，必要时通过供水管向补水箱补水。供水管上的供水阀可以采用由补水箱内水位自动控制的阀门（例如，设有浮子的自动水位控制阀门）控制供水管向补水箱供水，可以将这种自动水阀视为集成了水位计和供水阀的一体化装置，且水位计的输入接入供水阀的控制装置。

也可以在补水箱内设置独立的水位计，将水位计输出的水位信号接入用作供水阀的自动控制阀门，以实现自动供水，将补水箱内的水位控制在一定范围内。

循环泥浆池可以为圆池（池内空间的水平截面为圆形）以利于搅拌均匀，依据实际需要，也可以为矩形池（池内空间的水平截面为矩形，包括方形）。

循环泥浆池内设置机械式的搅拌器（或称机械搅拌装置，或简称搅拌器或搅拌装置），或者配套设置气力搅拌系统，或水力搅拌系统。机械式的搅拌器设有位于循环泥浆池内的搅拌桨/搅拌叶片，并设有用于驱动搅拌桨/搅拌叶片的搅拌驱动电机，通过搅拌驱动电机带动搅拌桨/搅拌叶片旋转，对循环泥浆池内的物料（泥浆）进行搅拌，使其均匀，以防止泥浆中的可沉淀物质（泥）沉积在池底。气力搅拌系统设有风机（例如，罗茨风机），风机的进口可以通过管道等连通大气或直接连通大气，出口通过管道接入循环泥浆池的搅拌气入口，搅拌气入口可以设置在循环泥浆池的底部或循环泥浆池的底部和中部，数量可以为一个或多个，采用切向/斜向入口，送入循环泥浆池的气流速度方向与循环泥浆池的径向有一定夹角，该夹角优选大于60°甚至接近于90°，由此通过送入循环泥浆池内的气流带动循环泥浆池内的泥浆旋转，引入的空气中的部分氧溶解到泥浆中，形成泥浆中的溶解氧，由此也同时提高了泥浆中溶解氧的浓度。水力搅拌系统采用的搅拌原理与气力搅拌系统相同或相似，设有泵（可采用适宜的泥浆泵/砂浆泵），泵可以设置在循环泥浆池内（对应于内循环），也可以设置在循环泥浆池外（对应于外循环）， 泵的输出侧的管口（可视为泵的出口）位于循环泥浆池的边缘部位，朝向为切向或与径向有一定的夹角，该夹角优选大于60°甚至接近于90°，泵的输入侧的管口（可视为泵的进口）以位于循环泥浆池的中心区域附近为宜，朝向以沿径向为宜，由此泵的输出输入带动循环泥浆池内的泥浆旋转，泵输出输入的均为循环泥浆池内泥浆，可以视为循环泥浆池泥浆的循环，当泵设置在循环泥浆池内时，可称为内循环，当泵设置在循环泥浆池外时，可称为外循环。

循环泥浆池用作顶管机的泥浆源，其泥浆输送管道接入顶管机，向顶管机提供泥浆。系统刚开始使用时，可以以清水和膨润土、泥等在循环泥浆池内混合调整成泥浆，在持续工作一段时间后，通常可定期通过系统排出一定的干泥。依据实际情况，必要时，可以向循环泥浆池内添加所需的药剂和/或其他物料，以调节泥浆的特性。

依据实际需要和现有技术，可以在其他装置（包括所称的池）内也设置搅拌装置。

依据实际需要和现有技术，可以在相关管道上设置压力表、流量表等工艺参数的检测仪表以及阀门、泵等。

实践中，一般情形下，较为适宜的，振动筛、脱水机等可以采用工业产品，循环泥浆池等可以采用工业产品，也可以为现场建造的构筑物。

依据实际情况，可以灵活布设各装置及管道等。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定时，均可以任意组合，形成若干不同的具体实施方式。

Claims (10)

1.泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，包括循环泥浆池，其特征在于还包括调节箱、固液分离系统和补水箱，所述调节箱设有两路输出，一路通过回用泥浆管道接入循环泥浆池，一路通过废弃泥浆管道接入固液分离系统，所述固液分离系统的出水通过水回用管接入补水池，所述补水箱通过补水管连接循环泥浆池。

2.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述调节箱的前面设有泥砂分离装置，所述泥砂分离装置的泥浆输出接入调节箱。

3.如权利要求2所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述泥砂分离装置采用旋流分离器或振动筛。

4.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述调节箱设有调节箱搅拌设备，所述调节箱搅拌设备采用气力搅拌系统、水力搅拌系统或机械搅拌装置。

5.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述调节箱的两路出口上分别设有各自的调节阀，分别用于调节各路输出的流量。

6.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述循环泥浆池设有泥浆池搅拌设备，所述泥浆池搅拌设备采用气力搅拌系统、水力搅拌系统或机械搅拌器。

7.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述固液分离系统包括絮凝装置和脱水机，所述絮凝装置的出口连接脱水机的进口，所述废弃泥浆管道接入固液分离系统的方式为连接絮凝装置的进口，所述脱水机的出水口构成固液分离系统的出水口。

8.如权利要求7所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述絮凝装置设有加药池和絮凝池，所述加药池设有用于向池内施加絮凝剂的加药装置；或者，所述絮凝装置设有加药絮凝池，所述加药絮凝池设有用于向池内施加絮凝剂的加药装置。

9.如权利要求1所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于备用清水的供水管接入所述补水池。

10.如权利要求9所述的泥水平衡顶管施工泥浆循环处理系统，其特征在于所述补水箱设有水位计，供水管上设有供水阀。