大直徑泥水盾構泥漿綠色處理技術探討

摘 要：本文以杭州望江路過江隧道施工過程中對隧道泥漿處理綠色施工為背景，對目前國內大直徑盾構隧道泥水處理綠色施工進行探討， 結合杭州錢塘江兩岸地質情況，盾構施工中廢棄泥漿從泥漿固化、壓濾、離心等處理方法綜合分析，廢漿進行零排放無公害處理，為后續陸續開始的穿江大直徑盾構隧道泥水廢漿處理方案提供參考，提供思路，做到盾構施工過程中“廢漿零排放”。

關鍵詞：大盾構；泥漿；處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.115

1 國內現狀

目前國內大直徑盾構隧道（隧道直徑超過10m以上）在建或已通車項目已經達到20余座，包含上海長江隧道、南京緯七路長江隧道、武漢三陽路過江隧道等一批超大直徑盾構隧道，基本以復合式泥水平衡盾構機施工為主。目前杭州市已經通車的有錢江通道過江隧道、慶春路過江隧道。望江路過江隧道、博奧過江隧道等大直徑過江隧道項目已經陸續開工。隨著城市的建設發展，土地不斷開發利用，隧道施工所處施工場地將越來越趨向城市中心地帶，周邊環境要求也會越來越高，對泥水盾構施工所產生的廢漿處理要求也會越來越嚴格，如何在有限的施工場地將施工產生的廢漿進行無公害化處理將會顯得越來越重要。

杭州目前在建的大直徑過江隧道項目有杭州望江路過江隧道工程、博奧路過江隧道工程，后期陸續地鐵1、3號線將采用單洞雙線，使用大直徑泥水盾構陸續過江，本文以杭州望江路過江隧道施工過程中對隧道泥漿處理綠色施工為背景，對目前國內大直徑盾構隧道泥水處理綠色施工進行探討。

2 國內目前泥水處理方式

泥水盾構是利用泥水的攜帶碴土能力將盾構開挖下來的碴土通過管道泵送至地面泥漿處理系統進行分離，分離出來的干渣通過汽車或其方式運輸至指定場所進行排放，剩余指標合格的泥漿則繼續進行循環至盾構機用于下一循環的掘進施工。泥水處理循環系統流程見圖1。泥水處理設備如圖2所示。

通過泥水分離設備篩分處理后，指標合格的泥漿則繼續進行循環至盾構機用于下一循環的掘進施工。當泥漿不達標時，則需要進行棄漿處理。棄漿集中至廢漿池，經沉淀后撈渣外運；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經過特殊的處理，滿足環保要求后方可外運。

目前國內廢漿處理的方式主要有以下三種：壓濾處理、離心處理和固化處理。電滲、泥漿船運等其他處理方式本文將不再贅述。

2.1 壓濾處理

泥漿處理過程分為以下幾個步驟：泥漿收集→泥漿改性→壓濾（含送漿、建壓）→排水→隔膜壓榨→吹氣脫水→卸料→管路沖洗。

廢棄漿液泵送入待壓泥漿罐，用懸臂吊將生石灰提至待壓泥漿罐上部，在攪拌桶中進行水化處理后進入待壓泥漿罐。

泥漿泵將待壓泥漿罐中的泥漿泵送至壓濾機濾板間的密閉腔室，泥漿中的固相顆粒被濾布攔截并逐漸富集形成濾餅，濾液透過濾布流出進入濾液收集池。

2.2 離心處理

離心機由粉末儲存和加料系統、干粉計量投加系統、溶解水系統、儲存攪拌系統和就地控制系統組成。

操作人員把藥劑加到離心機藥劑配制裝置的藥劑料箱中，啟動系統后，進水閥門先打開，然后進料器會自動打開，藥劑與水預混合后首先進入到第一組溶藥箱，并在這里通過攪拌器進行充分攪拌和混合；當第一組溶藥箱充滿后便自行推流至第二組溶藥箱——熟化箱，在這里進一步混合溶解；經過兩次攪拌混合后的藥液最后再到第三組溶藥箱——成品溶藥箱，這時配置好的藥液便可通過加藥泵投入到加藥點上。

2.3 固化處理

盾構泥漿固化穩定化處理技術首先對盾構泥漿進行分類，然后對盾構的棄漿進行固化穩定化處理，將處理后的泥漿排入養護區進行養護排水處理，從而使泥漿的含水率降低，機械強度增加，對養護區的泥漿進行跟蹤檢測分析，檢測達標泥漿進行外運處理。

廢棄泥漿泵送至系統，經閥門選擇切換進入攪拌模塊，當液位達到一定高度時，攪拌泥漿泵、循環閥門和攪拌器開啟，對模塊內泥漿進行循環攪拌；同時藥劑稱重輸送系統開始將固化劑粉末均勻投送至攪拌模塊的混合區，此時循環攪拌系統對泥漿與藥劑進行充分混合。當泥漿量達到液位上限，藥劑投送量達到設定值后，再對泥漿進行設定時間的攪拌混合，使泥漿與藥劑均勻混合。達到設定攪拌時間后，開啟外排閥門同時關閉循環閥門，使泥漿外排至養護池進行固化反應，系統進入下一流程。

3 廢漿處理經濟效益綜合對比

三種廢棄泥漿處理均有各自的特點，從占地面積、設備投入費用以及處理效率綜合對比見表1。

一套壓濾設備占地約100平方（不考慮廢漿池用地），實際處理量能達到500～700m3/d，根據不同的泥漿含砂率或者含泥量對廢漿添加外加劑能提高壓濾設備的處理效率，但會增加整個廢漿處理的成本。壓濾處理一般處理費用在30～50元/方，對于處理出來的泥餅含水率可以進行調整，廢漿通過慮室分離出來的清水通過導槽收集后可繼續用于生產施工，以達到處理效率和經濟費用的平衡，在滿足渣土外運的同時，達到綜合效果最優化。

廢漿離心處理設備占地面積基本和壓濾設備差不多，但單套處理能力優于單套壓濾設備，能達到2000～3000m3/天，但離心分離設備費用要遠高于壓濾設備，主要使用國外設備，設備投入費用高，后續的維護成本高，處理1m3廢漿的成本綜合核算在50元/m3以上，一般項目投入使用1～2臺，設備一旦故障將對生產施工產生極大影響。在施工過程中要注意對噪音的控制，防止噪音污染。

廢漿固化施工處理效率低，為滿足廢漿處理達到與盾構施工速度匹配，所以場地要求高，場地的大小直接影響到廢漿的處理量，能否滿足廢漿的處理要求，達到與盾構施工匹配。一般采用固化處理項目，處理場地按畝計算，在城市施工很難達到，基本在郊區或土地未開發區域建立處理池進行施工，處理費用相對比較低，不足30元/m3，場地越大，費用越低。

4 杭州錢塘江地層分析

杭州錢塘江兩側沿線場地地貌主要為錢塘江河床及兩岸的錢塘江沖海積平原。盾構隧道穿越地為淤泥質粉質黏土夾粉砂、淤泥質粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉砂、粉質黏土、含砂粉質黏土、粉砂、粉砂、圓礫層。以杭州望江路過江隧道為例區間穿越地層全線路包含黏土，由于黏土顆粒較小，50μm以下細顆粒所占比例高達50%以上，泥水分離設備無法完全篩分，隨著掘進距離的增加，泥漿比重會持續增高，從而影響正常的泥漿循環攜渣能力，所以泥水盾構施工過程中泥漿的廢棄處理是無法避免的問題。

通過泥水分離設備篩分處理后，指標合格的泥漿則繼續進行循環至盾構機用于下一循環的掘進施工。當泥漿不達標時，則需要進行棄漿處理。棄漿集中至廢漿池，經沉淀后撈渣外運；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經過特殊的處理，滿足環保要求后方可外運。

5 杭州望江路過江隧道泥漿處理工藝

杭州市望江路過江隧道項目根據地質資料盾構在兩端工作井處主要以粉砂夾粉土、砂質粉土夾淤泥質粉質粘土為主，進入錢塘江下后以粉質粘土為主，下側有少量粉砂，在ZK1+633前后段有圓礫出現，江底段地層為淤泥質粉質粘土夾粉砂。參考本文表一的顆粒分析結果，在結合考以往工程施工經驗，目前采用二級旋流分離的泥漿處理系統，同時引進4套壓濾系統，對循環中的多余泥漿進行處理，直接將廢棄泥漿壓濾成干渣和清水，干渣直接通過運輸車輛進行外運棄置，從而達到廢漿零排放的要求。

5.1 泥水處理系統設設計理念

該工程盾構機參數開挖直徑：φ11.73m，橫斷面：108.43m2，最大掘進速度：50mm/min，3.00m/h，日掘進速度：10環/天，日最大掘進速度：12環/天，即24m/天；采用預篩分、一二級旋流分離，實現盾構循環泥漿中砂、泥的良好分離。采用脫水篩高頻振動脫水，實現對外棄渣含水率≤25%，適合自卸汽車直接運輸而不漏漿。采用制調漿系統，實現盾構環流系統的流量平衡、物質平衡及環流泥漿調節與快速補償。采用壓濾方式對施工中的廢漿、多余泥漿進行處理，實現工程施工外棄泥漿零排放。采用PLC集中控制室遠程控制模式，實現地面泥水處理系統的遠程集中控制及實時監控。

5.2 廢棄泥漿處理方案

項目結合項目場地情況，綜合必選，選用四套壓濾設備對廢棄泥漿進行處理，達到泥漿全部處理，廢漿零排放的效果。

壓濾機工作時，有以下參數對壓濾的效率有直接影響：影響壓濾機工作循環周期的因素有：物料過濾狀態下的溫度和粘度、壓濾參數、泥漿物理和化學特性、單位時間處理量，濾餅含水率，泥漿中的固體含量，濾餅的洗滌程度等。壓濾系統的能力計算是建立在壓濾機的能力得到充分發揮的前提下，結合施工過程中的物質平衡計算，以單臺壓濾機出土能力進行得出壓濾機數量。

表3中是從10種土樣中預選5種有代表性的土樣（③4、⑥2、⑧1、⑨2、?4）做出的計算。從第8項可以看出，選2臺壓濾機（單線）時，按每臺壓濾機每小時一個循環計，每臺壓濾機每天的工作時間分別為18.28、23.32、19.96、24.8、5.54小時，即在⑨2地層時是不夠用的，其余基本足夠。

以上的物質平衡計算忽略了預篩的影響，根據在類似地層的出渣情況，可以初步設定預篩能出渣30%左右，因此以上數據可以進行0.7的系數折算。同時計算中沒有考慮脫水篩的透篩底流，通過實際數據測算，大約需進行1.3的系數折算。

綜合考慮，雙線泥水盾構配置4臺壓濾機，壓濾設備管路進行并聯，單線高峰期壓濾互相調配，即使是在施工高峰期（12環/天/線），也能滿足工程要求。

6 總結

本文通過對目前國內大盾構直徑隧道廢漿處理工藝進行分析，依托杭州望江路過江隧道項目對杭州錢塘江地層進行分析，并對該項目壓濾設備對盾構施工廢漿進行零排放無公害處理能力計算，為后續陸續開始的穿江大直徑盾構隧道泥水廢漿處理方案提供參考，提供思路，盾構施工過程中“廢漿零排放”，避免對周邊施工環境污染，符合當今社會對環保意識、環保標準日益增高的主潮流。

參考文獻：

[1]張廣偉，呂明紀.非開挖穿越施工的泥漿污染處理[J].建筑機械化，2006，24（04）：49-50.

[2]黨凱.淺談廢棄泥漿處理方法的技術應用[J].科技信息，2013（20）

：360.

[3]蘇清貴，翟治國，鄧亨義.泥水盾構施工廢棄泥漿的環保處理技術[J].隧道建設，2012，32（s2）：222-226.

[4]梁寧.廢棄泥漿固化處理技術的研究與應用[J].中國石油和化工標準與質量，2011，31（6）：74.

作者簡介：袁永學（1977-），男，山東東營人，本科，工程師，杭州望江路過江隧道項目書記，土木工程專業。