一種綠色勘察鉆探泥漿回收裝置的研究

白 鵬，李子隆，胥 靜

(成都市勘察測繪研究院,四川 成都 610023)

0 引言

進入21世紀以來,人類已經進入到信息時代,研究的重心也從基礎建設轉移到了更高精尖的科技行業,從而推動著城市建設的發展。

在勘察領域,砂卵石、碎石土等地區須采用植物膠泥漿護壁回旋鉆進。成都市地處岷江水系,共有三級階地,以砂卵石地區為主,且近十年發展速度位于全國前列,城市勘察業務量極大,勘察鉆探工藝也在不斷地進步[1-8],在帶來巨大財富收入和城市發展成果的同時,也面臨一些環境問題,如泥漿污染、粉塵等[9-14]。雖然勘察鉆探的泥漿用量較工程施工使用量小,但在寸土寸金的大城市中做勘察,場地通常較平整,遺留泥漿池等不僅對環境產生一定的污染,同時也影響城市的市容市貌[15-20],如圖1,圖2所示,若是在水利水電工程中,泥漿不慎污染水源,也將造成嚴重的經濟損失。本文以城市勘察鉆探施工過程中出現的環境問題為導向,以一種綠色勘察巖芯鉆探泥漿回收裝置為研究對象,通過技術創新解決目前巖心鉆探施工中普遍存在的泥漿對環境的污染問題,研究泥漿回收裝置,踐行綠色勘察巖心鉆探的理念,有效推動綠色勘察的成熟落地。

1 研究思路和方法

目前成都市城市勘察的回旋鉆機大多數為XY-100型鉆機,在自然地形地貌下鉆探工作時通常在鉆機邊人工挖掘一個泥漿池用來制作、存放和使用泥漿。成都市城市勘察鉆孔深度通常在12 m～40 m,一個回旋鉆孔的鉆探時間為1 d～3 d,每個鉆孔鉆探完成后,泥漿池就地作廢,轉移下一個鉆孔,每個項目就會留下幾十乃至上百個泥漿池。采用人工挖掘泥漿池效率較低,只能一次性利用,且污染環境,鉆機出場以后留下的痕跡影響市容市貌。

1.1 泥漿零污染方法的研究

采用隔絕措施,使泥漿不與自然地表進行接觸,最簡易的方法可以采用在泥漿池中鋪設隔離材料,這樣雖然可以使泥漿在鉆探過程中大面積不接觸土體,但不免會產生泥漿飛濺到隔離材料以外,在轉移至下一個鉆孔時,不便“打包”帶走,且隔離材料需求量較大。為解決以上問題,設置一個固體容器進行泥漿收集,并可以隨鉆機的搬運同步運輸至下一個鉆孔,實現節約材料,節約人工挖掘泥漿池的時間和精力,避免造成泥漿污染的問題。

1.2 密封泥漿循環系統的研究

為改進泥漿循環系統,使泥漿實現與自然地表零接觸的同時,加設專用的管道,能夠實現回收的泥漿再次返回鉆孔中發揮作用。該容器可進行密閉工作,加上蓋子之后進行密閉的泥漿攪拌,在實現泥漿與自然環境“零接觸”的同時,也可以解決粉塵擴散問題。

1.3 現場泥漿循環過程中凈化問題的研究

在鉆孔中返出的泥漿收集在回收裝置中,可以根據回收泥漿的狀態進行優化處理,若泥漿稠度較大,可以加水調節,若泥漿稠度較小,可以加入植物膠調節,這樣可以提高泥漿重復利用率,降低成本,維護泥漿穩定性。不僅可以解決泥漿污染的問題,還可以回收泥漿沉渣,若泥漿沉渣較多,影響使用,可以在完成當前鉆孔后,進行集中清除處理沉渣,重新制作泥漿再進行下一個鉆孔的鉆探工作。

2 一種綠色勘察巖芯鉆探泥漿回收裝置的設計

2.1 新型泥漿回收循環利用系統的設計

對現場泥漿可以提高可重復利用率、降低生態破壞為主旨進行優化,實現泥漿循環使用,綠色環保。由現狀的:孔口→初級沉淀池→露天泥漿池→孔內,優化成新循環系統:孔口→柴油機泵→泥漿回收裝置→孔內(如圖3,圖4所示)。

在首次使用前,可在泥漿回收裝置內調制泥漿,避免與土壤接觸,在鉆探過程中,利用FT120泵將泥漿收集至泥漿回收裝置,再泵送回孔內,體現出綠色環保循環使用的概念。

2.2 泥漿循環利用處理方式

現實生產中,通常泥漿循環利用只是單純的簡易沉淀,出漿管口放在泥漿池底部,回漿管口放在泥漿池漿液面以下偏上位置。泥漿回收裝置在工作時,攪拌器停止,同樣利用底部進漿,頂部出漿的原理,對泥漿中的雜質進行初步沉淀。另外,泥漿回收裝置設計一個帶玻璃觀察窗的蓋子(如圖5所示),一是可以隨時觀察泥漿的稠度,泥漿稠度較大時可以加水,泥漿稠度較小時可以加植物膠;二是加入水或植物膠后需要重新進行攪拌,此時鉆機停止工作,蓋上蓋子,利用攪拌器攪拌,可以避免粉塵擴散,造成污染。若回收裝置中沉淀物過多,造成循環利用率降低,可以停止鉆探作業,集中回收廢棄的漿液至專門的處理點,從而徹頭徹尾地解決泥漿污染環境的問題。

2.3 泥漿回收裝置便攜性設計

人工挖掘的泥漿池使用具有一次性,且無法搬運,費時費力。使用優化的泥漿回收裝置設計焊接在矩形的角鋼底座上,角鋼四周設計有帶制動裝置的萬向輪(如圖6所示)。在鉆探工作進行時,可以將回收裝置放置在地面上,固定萬向輪使其不易發生滑動。在鉆探工作完成后,鉆機轉移勘探孔點位的同時,解除制動,連同回收裝置同步轉移至下一個勘探點,一起搬運至下一個鉆孔處,再重新進行以上操作工序。

回收裝置的便攜性設計可以大大提高鉆探生產效率,縮減搬運時間,減少工期,適應現代城市飛速發展的快節奏。

2.4 泥漿回收裝置的實際應用研究

進入21世紀20年代以來,我國一二線大城市迎來飛速發展,各大國家級新區大力建設、城市道路的改造擴建工程、新建橋梁工程以及公園內部道路建設等。城市巖土勘察工作場景眾多,泥漿回收裝置可以有效起到保護環境的作用。

1)城市現狀道路及地面硬化廠區:城市道路以及地面硬化的廠區內,管線分布較多,不便破壞水泥路面挖設泥漿坑,即便使用一定措施設置泥漿坑,也無法避免粉塵飛揚造成的空氣污染,泥漿殘留影響市政道路及廠區的環境和城市的市容,尤其是道路改造工程,殘留泥漿的下滲還會對已建管線造成一定的影響。因此采用泥漿回收裝置可以解決上述問題。

2)公園場地:成都市天府新區正在以公園城市為目標進行規劃和發展,人們對優質的生活環境需求日益增加,大型公園的規劃也逐年增多,例如成都龍泉驛區青龍湖公園、天府新區的天府公園、鹿溪河生態區、金牛區天府藝術公園和青羊區浣花溪公園等。已建公園為了跟隨時代的發展也要進行一些改造,例如修建商業區、改建公園內道路等。在綠化帶內開展巖土工程勘察工作采用泥漿回收裝置可以有效減少泥漿對公園內優雅環境的影響,防止粉塵飛揚影響市民享受公園、享受生活。

3)水上鉆探:為了提高城市競爭力,適應國際化發展,一二線城市也大量規劃建設水上網紅建構筑物來吸引人口,例如成都市錦江綠道的碼頭和五岔子大橋等。水上工程需要開展水上鉆探作業,泥漿和粉塵如果處置不妥,落入水中,將造成水污染。我國是世界上用水量最多的國家,水資源儲量雖然充沛,但大部分水資源儲存在高山冰川當中,難以利用,可利用的水資源主要是江河湖地表水和地下水,因此水資源十分珍貴。泥漿回收裝置可以很大程度上起到避免水上勘察鉆探工作對水資源的影響。

2.5 泥漿回收裝置的待改進之處

泥漿回收循環利用裝置雖然解決了泥漿池的工作效率低、與自然地表無接觸和粉塵擴散的問題,但依舊存在一些不足之處。其一,泥漿在專用管道輸送及返回過程中,若管道接觸不良,也會造成局部泥漿污染;其二,雖然設計了萬向輪提高了回收裝置的便攜性,在地面硬化過的場地或較平整的場地上使用時便于轉移,若在丘陵地區,爬山下坡的場地、大量堆土的場地以及拆遷后的場地上使用時,其轉移效率有待提高,可以進一步進行機械改進,使其能夠在工作時放置在地面,在轉移時,能夠同鉆機一起搬運。

3 結語

隨著我國近些年的大力發展,大城市對人才的需求不言而喻,良好的城市環境不僅是人們的向往,也是城市吸引外來人口的重要因素。綠色發展已經深入人心,利用綠色勘察巖芯鉆探泥漿回收裝置的設計思路和理念,能進一步實現綠色勘察與城市環境保護的共同進步。同時,也可以為類似的施工工藝(如旋挖樁濕作業),以及水利水電、公路鐵路等相關領域提供解決泥漿污染、粉塵擴散等問題的思路。從城市發展的角度看,營造和諧的生態環境和市容市貌,有利于城市形象宣傳,激發人才創新,吸引全球人才落戶,增強城市的吸引力,提升城市的競爭力。