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(cè)繪研究院,四川 成都 610023)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),人類已經(jīng)進(jìn)入到信息時(shí)代,研究的重心也從基礎(chǔ)建設(shè)轉(zhuǎn)移到了更高精尖的科技行業(yè),從而推動(dòng)著城市建設(shè)的發(fā)展。

在勘察領(lǐng)域,砂卵石、碎石土等地區(qū)須采用植物膠泥漿護(hù)壁回旋鉆進(jìn)。成都市地處岷江水系,共有三級(jí)階地,以砂卵石地區(qū)為主,且近十年發(fā)展速度位于全國(guó)前列,城市勘察業(yè)務(wù)量極大,勘察鉆探工藝也在不斷地進(jìn)步[1-8],在帶來(lái)巨大財(cái)富收入和城市發(fā)展成果的同時(shí),也面臨一些環(huán)境問(wèn)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(chǎng)地通常較平整,遺留泥漿池等不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染,同時(shí)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文以城市勘察鉆探施工過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題為導(dǎo)向,以一種綠色勘察巖芯鉆探泥漿回收裝置為研究對(duì)象,通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新解決目前巖心鉆探施工中普遍存在的泥漿對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)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(dòng)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(jī)大多數(shù)為XY-100型鉆機(jī),在自然地形地貌下鉆探工作時(shí)通常在鉆機(jī)邊人工挖掘一個(gè)泥漿池用來(lái)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(gè)回旋鉆孔的鉆探時(shí)間為1 d～3 d,每個(gè)鉆孔鉆探完成后,泥漿池就地作廢,轉(zhuǎn)移下一個(gè)鉆孔,每個(gè)項(xiàng)目就會(huì)留下幾十乃至上百個(gè)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(huán)境,鉆機(jī)出場(chǎng)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(jìn)行接觸,最簡(jiǎn)易的方法可以采用在泥漿池中鋪設(shè)隔離材料,這樣雖然可以使泥漿在鉆探過(guò)程中大面積不接觸土體,但不免會(huì)產(chǎn)生泥漿飛濺到隔離材料以外,在轉(zhuǎn)移至下一個(gè)鉆孔時(shí),不便“打包”帶走,且隔離材料需求量較大。為解決以上問(wèn)題,設(shè)置一個(gè)固體容器進(jìn)行泥漿收集,并可以隨鉆機(jī)的搬運(yùn)同步運(yùn)輸至下一個(gè)鉆孔,實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料,節(jié)約人工挖掘泥漿池的時(shí)間和精力,避免造成泥漿污染的問(wèn)題。

1.2 密封泥漿循環(huán)系統(tǒng)的研究

為改進(jìn)泥漿循環(huán)系統(tǒng),使泥漿實(shí)現(xiàn)與自然地表零接觸的同時(shí),加設(shè)專用的管道,能夠?qū)崿F(xiàn)回收的泥漿再次返回鉆孔中發(fā)揮作用。該容器可進(jìn)行密閉工作,加上蓋子之后進(jìn)行密閉的泥漿攪拌,在實(shí)現(xiàn)泥漿與自然環(huán)境“零接觸”的同時(shí),也可以解決粉塵擴(kuò)散問(wèn)題。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)泥漿循環(huán)過(guò)程中凈化問(wèn)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(jù)回收泥漿的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化處理,若泥漿稠度較大,可以加水調(diào)節(jié),若泥漿稠度較小,可以加入植物膠調(diào)節(jié),這樣可以提高泥漿重復(fù)利用率,降低成本,維護(hù)泥漿穩(wěn)定性。不僅可以解決泥漿污染的問(wèn)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(dāng)前鉆孔后,進(jìn)行集中清除處理沉渣,重新制作泥漿再進(jìn)行下一個(gè)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(shè)計(jì)

2.1 新型泥漿回收循環(huán)利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿可以提高可重復(fù)利用率、降低生態(tài)破壞為主旨進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)使用,綠色環(huán)保。由現(xiàn)狀的:孔口→初級(jí)沉淀池→露天泥漿池→孔內(nèi),優(yōu)化成新循環(huán)系統(tǒng):孔口→柴油機(jī)泵→泥漿回收裝置→孔內(nèi)(如圖3,圖4所示)。

在首次使用前,可在泥漿回收裝置內(nèi)調(diào)制泥漿,避免與土壤接觸,在鉆探過(guò)程中,利用FT120泵將泥漿收集至泥漿回收裝置,再泵送回孔內(nèi),體現(xiàn)出綠色環(huán)保循環(huán)使用的概念。

2.2 泥漿循環(huán)利用處理方式

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中,通常泥漿循環(huán)利用只是單純的簡(jiǎn)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(shí),攪拌器停止,同樣利用底部進(jìn)漿,頂部出漿的原理,對(duì)泥漿中的雜質(zhì)進(jìn)行初步沉淀。另外,泥漿回收裝置設(shè)計(jì)一個(gè)帶玻璃觀察窗的蓋子(如圖5所示),一是可以隨時(shí)觀察泥漿的稠度,泥漿稠度較大時(shí)可以加水,泥漿稠度較小時(shí)可以加植物膠;二是加入水或植物膠后需要重新進(jìn)行攪拌,此時(shí)鉆機(jī)停止工作,蓋上蓋子,利用攪拌器攪拌,可以避免粉塵擴(kuò)散,造成污染。若回收裝置中沉淀物過(guò)多,造成循環(huán)利用率降低,可以停止鉆探作業(yè),集中回收廢棄的漿液至專門的處理點(diǎn),從而徹頭徹尾地解決泥漿污染環(huán)境的問(wèn)題。

2.3 泥漿回收裝置便攜性設(shè)計(jì)

人工挖掘的泥漿池使用具有一次性,且無(wú)法搬運(yùn),費(fèi)時(shí)費(fèi)力。使用優(yōu)化的泥漿回收裝置設(shè)計(jì)焊接在矩形的角鋼底座上,角鋼四周設(shè)計(jì)有帶制動(dòng)裝置的萬(wàn)向輪(如圖6所示)。在鉆探工作進(jìn)行時(shí),可以將回收裝置放置在地面上,固定萬(wàn)向輪使其不易發(fā)生滑動(dòng)。在鉆探工作完成后,鉆機(jī)轉(zhuǎn)移勘探孔點(diǎn)位的同時(shí),解除制動(dòng),連同回收裝置同步轉(zhuǎn)移至下一個(gè)勘探點(diǎn),一起搬運(yùn)至下一個(gè)鉆孔處,再重新進(jìn)行以上操作工序。

回收裝置的便攜性設(shè)計(jì)可以大大提高鉆探生產(chǎn)效率,縮減搬運(yùn)時(shí)間,減少工期,適應(yīng)現(xiàn)代城市飛速發(fā)展的快節(jié)奏。

2.4 泥漿回收裝置的實(shí)際應(yīng)用研究

進(jìn)入21世紀(jì)20年代以來(lái),我國(guó)一二線大城市迎來(lái)飛速發(fā)展,各大國(guó)家級(jí)新區(qū)大力建設(shè)、城市道路的改造擴(kuò)建工程、新建橋梁工程以及公園內(nèi)部道路建設(shè)等。城市巖土勘察工作場(chǎng)景眾多,泥漿回收裝置可以有效起到保護(hù)環(huán)境的作用。

1)城市現(xiàn)狀道路及地面硬化廠區(qū):城市道路以及地面硬化的廠區(qū)內(nèi),管線分布較多,不便破壞水泥路面挖設(shè)泥漿坑,即便使用一定措施設(shè)置泥漿坑,也無(wú)法避免粉塵飛揚(yáng)造成的空氣污染,泥漿殘留影響市政道路及廠區(qū)的環(huán)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(huì)對(duì)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(wèn)題。

2)公園場(chǎng)地:成都市天府新區(qū)正在以公園城市為目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃和發(fā)展,人們對(duì)優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境需求日益增加,大型公園的規(guī)劃也逐年增多,例如成都龍泉驛區(qū)青龍湖公園、天府新區(qū)的天府公園、鹿溪河生態(tài)區(qū)、金牛區(qū)天府藝術(shù)公園和青羊區(qū)浣花溪公園等。已建公園為了跟隨時(shí)代的發(fā)展也要進(jìn)行一些改造,例如修建商業(yè)區(qū)、改建公園內(nèi)道路等。在綠化帶內(nèi)開(kāi)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(duì)公園內(nèi)優(yōu)雅環(huán)境的影響,防止粉塵飛揚(yáng)影響市民享受公園、享受生活。

3)水上鉆探:為了提高城市競(jìng)爭(zhēng)力,適應(yīng)國(guó)際化發(fā)展,一二線城市也大量規(guī)劃建設(shè)水上網(wǎng)紅建構(gòu)筑物來(lái)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(kāi)展水上鉆探作業(yè),泥漿和粉塵如果處置不妥,落入水中,將造成水污染。我國(guó)是世界上用水量最多的國(guó)家,水資源儲(chǔ)量雖然充沛,但大部分水資源儲(chǔ)存在高山冰川當(dāng)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(duì)水資源的影響。

2.5 泥漿回收裝置的待改進(jìn)之處

泥漿回收循環(huán)利用裝置雖然解決了泥漿池的工作效率低、與自然地表無(wú)接觸和粉塵擴(kuò)散的問(wèn)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(guò)程中,若管道接觸不良,也會(huì)造成局部泥漿污染;其二,雖然設(shè)計(jì)了萬(wàn)向輪提高了回收裝置的便攜性,在地面硬化過(guò)的場(chǎng)地或較平整的場(chǎng)地上使用時(shí)便于轉(zhuǎn)移,若在丘陵地區(qū),爬山下坡的場(chǎng)地、大量堆土的場(chǎng)地以及拆遷后的場(chǎng)地上使用時(shí),其轉(zhuǎn)移效率有待提高,可以進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械改進(jìn),使其能夠在工作時(shí)放置在地面,在轉(zhuǎn)移時(shí),能夠同鉆機(jī)一起搬運(yùn)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)近些年的大力發(fā)展,大城市對(duì)人才的需求不言而喻,良好的城市環(huán)境不僅是人們的向往,也是城市吸引外來(lái)人口的重要因素。綠色發(fā)展已經(jīng)深入人心,利用綠色勘察巖芯鉆探泥漿回收裝置的設(shè)計(jì)思路和理念,能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色勘察與城市環(huán)境保護(hù)的共同進(jìn)步。同時(shí),也可以為類似的施工工藝(如旋挖樁濕作業(yè)),以及水利水電、公路鐵路等相關(guān)領(lǐng)域提供解決泥漿污染、粉塵擴(kuò)散等問(wèn)題的思路。從城市發(fā)展的角度看,營(yíng)造和諧的生態(tài)環(huán)境和市容市貌,有利于城市形象宣傳,激發(fā)人才創(chuàng)新,吸引全球人才落戶,增強(qiáng)城市的吸引力,提升城市的競(jìng)爭(zhēng)力。