泥水盾構施工過程中的廢漿處理工藝

朱 濤

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

隨著我國大城市人口的迅速增長及城市規模的不斷擴大，大城市對于快捷交通的需求日益明顯。在近年來的城市快速路建設過程中，泥水盾構以其無需特殊土體改良、地質適應性強、開挖面穩定性高等優點成為國內越江隧道建設的主要施工技術[1]。

由于施工工藝關系，泥水盾構在施工過程中不可避免地會產生大量的廢棄泥漿和渣土。隨著我國對城市基礎建設文明施工要求的不斷提升，如何環保科學地處理泥水盾構施工過程中產生的廢漿，是目前城市隧道施工中需解決的問題。本文以上海市江浦路越江隧道新建工程為案例，簡述泥水分離結合壓濾干化工藝在泥水盾構廢漿處理過程中的應用。

1 工程概況

上海市江浦路越江隧道新建工程總體呈南北走向，北起楊浦區江浦路龍江路口，經江浦路丹東路口后穿越黃浦江至浦東新區，順民生路向南至民生路商城路口，全長2.28 km。

江浦路越江隧道新建工程江中段以盾構方式穿越黃浦江（圖1），盾構隧道管片外徑11.36 m，管片厚480 mm。隧道施工時，采用2臺盾構先后從浦東工作井始發至浦西工作井接收，隧道采用泥水平衡盾構機進行掘進施工。

圖1 江中段盾構區間工程情況示意

2 泥水盾構原理

泥水盾構通過泥水循環的方式將渣土運送到隧道外部，其開挖面的穩定是通過泥水加壓來精確控制的。盾構機在刀盤后面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水艙，里面充滿了泥漿。盾構機切削下的渣土與泥漿混合由排漿泵輸送至地面的泥水分離站，經分離后進入泥漿調整池進行泥水形狀調整后，性能指標優良的泥漿由送泥泵送至盾構的泥水艙重復使用，廢漿則需外運處理（圖2）。

3 江浦路越江隧道新建工程泥漿處理形式

圖2 泥水盾構泥漿處理流程示意

目前，國內泥水盾構廢棄漿液處理的方式主要有以下3種：壓濾處理、離心處理和固化處理。這3種廢漿處理形式各有特點。其中，固化處理成本低，但效率差、占地面積大；離心處理效果好，但噪聲大且設備費用投入大，后續維護成本高；而壓濾處理占地面積小，在黏土層中廢漿處理效果與離心處理接近且資金投入相比于離心處理較小，在滿足渣土外運的同時，達到綜合效果最優[2]。

江浦路越江隧道新建工程根據現場處于浦東陸家嘴商業圈的地理位置及工程實際土層情況，選取康明克斯泥水分離系統及爾速壓濾系統相結合的形式來處理本工程的盾構泥漿，以達到工程“廢漿零排放”的要求。其中，泥水分離選用2套KMZ-2 000×2型泥水處理系統，2套ZTJ-160型制調漿設備；壓濾設備選用4臺ERSU-3型設備以及2臺ERSU-4型設備。

3.1 泥水分離系統

從盾構機排出的泥漿渣土通過管道（圖3）由渣漿泵泵送到地面泥水分離設備，渣土通過第一步緩沖箱減壓后流到下部的黏土塊-泥漿分離機（圖4），大于20 mm的物料通過分離機直接分離后進入渣土，小于20 mm的顆粒和泥漿進入粗篩進行下一步分離。篩上物250 mm粒徑的大塊物料落到渣場，篩下物泥漿進入下方儲漿槽，進行下一步的分離分級和脫水。經處理后落到渣場的物料含水量小于30%，滿足汽車運輸的要求。

圖3 盾構機臺車尾部進、排泥管

圖4 黏土塊-泥漿分離機

經預篩分離后，直徑小于4 mm的物料進入下部儲漿槽（預篩下部的儲漿槽與本模塊的儲漿槽相通），由1號渣漿泵抽至一級旋流器進行分級，直徑大于0.074 mm的顆粒物進入底流，落至一級分離2號振動篩篩分脫水（圖5）；旋流器的溢流經一級旋流回漿箱進入二級分離模塊。振動篩的篩上物主要為0.074～4.000 mm的砂料，落至渣場，含水率小于30%，滿足汽車運輸要求。

一級旋流器的溢流經一級旋流回漿箱進入二級分離

圖5 一級旋流器及一級脫水篩

模塊的儲漿槽后，由2號渣漿泵將其抽至二級旋流器分級，直徑大于0.020 mm的顆粒物進入二級旋流器底流，落入二級脫水篩脫水；二級旋流器的溢流進入制、調漿系統，調整后送回盾構機循環使用；振動篩篩上物為粒徑0.020～0.074 mm的顆粒，落至渣場，其含水率小于30%，滿足汽車運輸要求。

3.2 壓濾干化系統

經泥漿分離處理后的漿液（粒徑≤0.02 mm）進入現場濃縮池，自然沉淀后，密度較大（1.3～1.7 g/m3）的泥漿通過濃縮池底流泵泵送至棄漿池。在棄漿池中，廢漿通過入料泵把漿液注入相鄰濾板形成的濾室中，同時加入適當化學劑[3]，在注滿后繼續泵料，給濾室內的物料施壓，使廢漿中大部分的水通過濾布，從濾板上的溝槽流出。然后用高壓風鼓動濾板隔膜擠壓濾餅進行脫水，最后使高壓空氣均勻通過整個濾餅斷面，置換濾餅內的殘留水分（圖6）。

圖6 壓濾干化處理

壓濾后的土方含水率＜45%，適合卡車運輸。同時濾液水可以作為制調漿系統運行時內循環系統所需用水，也可用于內循環系統管道清洗。

4 在工程中的實際應用效果

在江浦路越江隧道新建工程江中段盾構掘進時，涉及的主要土層有：第①3層黏質粉土、第④層淤泥質黏土、第⑤1-1層黏土、第⑤1-2層粉質黏土、第⑤2層黏質粉土、第⑤3層粉質黏土、第⑤4層粉質黏土、第⑥層粉質黏土、第⑦1-1層黏質粉土夾粉質黏土、第⑦1-2層砂質粉土。

本文以西線67環、150環、228環、340環、480環為例（圖7），根據地質報告中土層物理力學性質參數表（表1）以及各環土層統計表（表2），對壓濾干化處理的理論出土量進行分析。

圖7 西線土層地質情況

表1 土層物理力學性質參數

表2 各環土層統計

經計算，67環所在土層顆粒直徑小于0.02 mm的土體方量為77.57 m3，即通過壓濾干化處理出的土的理論方量為77.57 m3；150環所在土層顆粒直徑小于0.02 mm的土體方量為65.45 m3，即通過壓濾干化處理出的土的理論方量為65.45 m3；228環所在土層顆粒直徑小于0.02 mm的土體方量為59.4 m3，即通過壓濾干化處理出的土的理論方量為59.4 m3；340環所在土層顆粒直徑小于0.02 mm的土體方量為68.69 m3，即通過壓濾干化處理出的土的理論方量為68.69 m3；480環所在土層顆粒直徑小于0.02 mm的土體方量為85.98 m3，即通過壓濾干化處理出的土的理論方量為85.98 m3。

根據現場土層地質的實際情況計算，江浦路隧道每環掘進產生土方量159 m3，按最不利情況并考慮相應系數，掘進1環壓濾處理（顆粒直徑0.02 mm以下）土方量約為100 m3，每日掘進10環，壓濾日需處理干泥量達到1 000 m3。現場配置4臺ERSU-3、2臺ERSU-4（其中ERSU-3每日處理干泥量200 m3，ERSU-4每日處理干泥量300 m3）以及2 000 m3的廢漿池以滿足現場處理需求。

目前，江浦路西線盾構已貫通，實際掘進過程中棄漿密度一般為1.3 g/cm3左右，平均每環棄漿量為300 m3左右，則平均每環的棄漿經過壓濾后需處理土方量約90 m3，現場壓濾處理過程中在加入適量絮凝劑的情況下，可以滿足每日掘進10環的土方處理需求。壓濾處理土方含水量＜ 30%，滿足汽車運輸要求，現場作業能夠滿足“廢漿零排放”要求（圖8）。

圖8 廢漿壓濾處理后土體情況

5 結語

1）泥水分離結合壓濾干化作為一條新途徑，能有效解決大型泥水盾構“廢漿零排放”問題，滿足日益提高的綠色施工要求。

2）各個項目需根據各自施工區域的土層情況，選取合適的泥水分離及壓濾干化設備型號并配置足量的設備及廢漿池，以滿足現場施工需求。

3）盾構區間土層變化多端，應根據土層變化情況及時調整化學藥劑摻量[4]，以保證施工順利展開。

[1] 華曉燁.南京長江第五大橋科技成果轉化實踐研究[J].科技創新, 2018(12):1-3.

[2] 袁永學.大直徑泥水盾構泥漿綠色處理技術探討[J].山東工業技術, 2018(8):125-127.

[3] 王鑫.地泥水盾構施工廢棄泥漿的環保處理技術[J].四川建材, 2018,44(11):47-48.

[4] 張偉.絮凝劑提高疏浚泥漿泥水分離性能研究[D].合肥:合肥工業 大學,2018.