泥水處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型

于高生

泥水處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型

于高生

介紹了泥水處理系統(tǒng)的組成,并結(jié)合武漢長(zhǎng)江隧道、武漢越江隧道的工程實(shí)際,就其關(guān)鍵處理設(shè)備——分離設(shè)備、壓濾機(jī)的選型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算,為泥水處理系統(tǒng)的選型提供了指導(dǎo)。

泥水處理,關(guān)鍵設(shè)備,選型,計(jì)算

泥水處理系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)施工不可缺少的配套系統(tǒng),其優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行,可以為盾構(gòu)掘進(jìn)提供保證,同時(shí)節(jié)約制漿材料的消耗和電力消耗,從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。相反,泥水處理系統(tǒng)的處理量不夠,極易造成漫漿,泥漿四溢,給文明施工及渣土外運(yùn)造成極大困難,或是分離粒度不合適、設(shè)備故障率高造成分離效率低,分離后的漿液無法滿足盾構(gòu)施工對(duì)泥漿的需要,則棄漿、補(bǔ)充新漿液、儲(chǔ)漿池清淤的操作頻率都大大增加,以上情況都會(huì)造成工期加長(zhǎng)和施工成本的極大增加。因此,為保證泥水處理系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)高效的運(yùn)行,泥水處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型變得尤為重要。

1 組成

泥水處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備包括處理污漿的分離設(shè)備及壓濾設(shè)備,調(diào)制新漿的調(diào)制漿設(shè)備,輸送漿液的送漿泵和排漿泵(見圖 1)。本文主要對(duì)分離設(shè)備及壓濾設(shè)備的選型進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。

1.1 分離設(shè)備的組成

分離設(shè)備對(duì)泥漿處理一般分為 3個(gè)層次：

第一層：預(yù)篩分或稱為粗分,是對(duì)2mm～3mm以上的顆粒進(jìn)行分離,主要部件是篩板,動(dòng)力源是振動(dòng)電機(jī);

第二層：一級(jí)處理,目前一級(jí)處理的分離粒度為 74μm,對(duì)74μm以上顆粒分離效率達(dá)到 80%～90%,主要部件篩板、旋流器,動(dòng)力源是振動(dòng)電機(jī)和輸送漿液的渣漿泵;

第三層：二級(jí)處理,二級(jí)處理的分離粒度一般為 30μm左右,對(duì) 30μm以上的顆粒分離效率達(dá)到 70%～80%,主要部件篩板、直徑更小的旋流器,動(dòng)力源是振動(dòng)電機(jī)和輸送漿液的渣漿泵。

旋流器為不完全分離,對(duì)粗砂、粉細(xì)砂的分離效率能達(dá)到80%左右,達(dá)到 90%已經(jīng)相當(dāng)困難,并且隨著漿液中小直徑粘土、粉土顆粒比例的增加,分離效率明顯下降,對(duì) 5μm以下的粘土、粉土顆?；静荒芊蛛x。要處理污漿中的小顆粒,減少?gòu)U漿的排放量,就要通過壓濾系統(tǒng)。

1.2 調(diào)制漿設(shè)備

調(diào)制漿設(shè)備主要包括輸送和補(bǔ)充漿液用的渣漿泵、防止沉淀的刮泥機(jī)和攪拌器等。

1.3 壓濾設(shè)備

壓濾系統(tǒng)主要包括處理污漿的壓濾機(jī)、輸送污漿的隔膜泵和提供擠壓力的空壓機(jī)等。

壓濾設(shè)備通過調(diào)整濾布縫隙的孔徑,可以處理 5μm以下的小顆粒。經(jīng)處理后的漿液基本以清水的形式排出。

2 關(guān)鍵設(shè)備選型

2.1 分離設(shè)備選型

分離設(shè)備的選型關(guān)鍵是污漿處理量、旋流器直徑及組數(shù)、漿液輸送泵的選擇。其中污漿處理量和旋流器的組數(shù)、漿液輸送泵的選擇是由盾構(gòu)機(jī)的直徑,最大掘進(jìn)速度決定的;旋流器直徑是由地層中主要顆粒含量決定的。有如下三組公式：

2.2 壓濾機(jī)選型

壓濾機(jī)選型不受顆粒最小直徑的影響,主要是基于每小時(shí)的最大干渣出渣量考慮。每小時(shí)的最低處理量Qminc＞0.3QmaxD,每小時(shí)最大處理量Qmaxc＜0.5QmaxD。所以壓濾機(jī)干渣處理量Q選擇范圍：0.3QmaxD＜Q＜0.5QmaxD。

3 工程實(shí)例

3.1 武漢長(zhǎng)江隧道

掘進(jìn)主要參數(shù)見表1。

表1 武漢長(zhǎng)江隧道掘進(jìn)參數(shù)

1)分離設(shè)備處理量的選擇根據(jù)式(1)計(jì)算得到：

最大排漿量Qmax=1 221m3/h。

分離設(shè)備處理量Q＞Qmax,考慮到模塊化,標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)濟(jì)性,長(zhǎng)江隧道的泥水分離設(shè)備處理量為單線 1 500m3/h,分為 3套處理量均為 500m3/h的標(biāo)準(zhǔn)化模塊。

2)旋流器的處理量根據(jù)式(2)得到。

各參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見表 2。

表2 相關(guān)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果

以上計(jì)算結(jié)果表明,每套 500m3/h處理量的模塊,一級(jí)旋流器選擇兩套直徑為50.0 cm的旋流器處理能力能滿足設(shè)計(jì)方量的要求。

3)旋流器直徑的選擇根據(jù)式(3)得到。

各參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見表 3。

表3 各參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)武漢長(zhǎng)江隧道的地質(zhì)條件,在主要地層粉細(xì)砂地層中, 74μm以上顆粒占絕大部分的勘測(cè)結(jié)果,一級(jí)旋流器選擇直徑50.0 cm是合適的。

3.2 武漢軌道交通二號(hào)線一期積玉橋越江隧道

掘進(jìn)主要參數(shù)見表 4。

表4 積玉橋越江隧道掘進(jìn)參數(shù)

1)根據(jù)以上基本參數(shù)及式(1)計(jì)算分離設(shè)備的處理量。

最大排漿量Qmax=601m3/h。

分離設(shè)備Q＞Qmax。

2)壓濾機(jī)的選擇。干渣處理量Q由0.3QmaxD＜Q＜0.5QmaxD得：36m3/h＜Q＜60m3/h。

值得指出的是武漢越江隧道選擇了單線 1 000m3/h的分離設(shè)備在流量 800m3/h時(shí)仍有漫漿現(xiàn)象,這與泵的輸送能力,自流管路的布置都是有很大關(guān)系的,后經(jīng)過處理,漫漿已得到控制。壓濾設(shè)備最初租用一臺(tái)處理量 20m3/h的壓濾機(jī),全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足需要,曾考慮增加到兩臺(tái),后因?yàn)榻?jīng)濟(jì)因素,性價(jià)比不高仍使用一臺(tái)壓濾機(jī)。

4 結(jié)語

泥水處理系統(tǒng)的適應(yīng)性及正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)是盾構(gòu)正常掘進(jìn)的必要條件之一,而關(guān)鍵設(shè)備的選型正是從根本上保證泥水處理系統(tǒng)的適應(yīng)性,只有滿足了對(duì)污漿處理量的要求,滿足了對(duì)不同地質(zhì)分離的要求,才能保證盾構(gòu)施工正常進(jìn)行。在選型的過程中,還應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行選擇,如廢漿的排放,綜合考慮實(shí)用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn),做出最適合項(xiàng)目實(shí)際的正確選擇。

On type selection for key equipment ofmuddy water treatment system

YU Gao-sheng

The paper introduces the components of themuddy water treatment system,and undertakes the simple calculation for the type selection for the separation equipmentand filter press,which are the key treatment equipment in the projects ofWuhan Changjiang tunneland Wuhan Yuejiang tunnel,so as to provide the direction for the type selection of themuddy water treatment system.

muddy water treatment,key equipment,type selection,calculation

TU992.3

A

1009-6825(2011)09-0226-02

2010-12-10

于高生(1983-),男,助理工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450003