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(nèi)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(zhì)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(xù)陸續(xù)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(nèi)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(jīng)陸續(xù)開工。隨著城市的建設發(fā)展，土地不斷開發(fā)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(huán)境要求也會越來越高，對泥水盾構施工所產(chǎn)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(chǎn)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(xù)地鐵1、3號線將采用單洞雙線，使用大直徑泥水盾構陸續(xù)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(nèi)大直徑盾構隧道泥水處理綠色施工進行探討。

2 國內(nèi)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(tǒng)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(xù)進行循環(huán)至盾構機用于下一循環(huán)的掘進施工。泥水處理循環(huán)系統(tǒng)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(xù)進行循環(huán)至盾構機用于下一循環(huán)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(jīng)沉淀后撈渣外運；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經(jīng)過特殊的處理，滿足環(huán)保要求后方可外運。

目前國內(nèi)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(tǒng)、干粉計量投加系統(tǒng)、溶解水系統(tǒng)、儲存攪拌系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)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(tǒng)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?shù)谝唤M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(jīng)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(wěn)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(wěn)定化處理，將處理后的泥漿排入養(yǎng)護區(qū)進行養(yǎng)護排水處理，從而使泥漿的含水率降低，機械強度增加，對養(yǎng)護區(qū)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(tǒng)，經(jīng)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(huán)閥門和攪拌器開啟，對模塊內(nèi)泥漿進行循環(huán)攪拌；同時藥劑稱重輸送系統(tǒng)開始將固化劑粉末均勻投送至攪拌模塊的混合區(qū)，此時循環(huán)攪拌系統(tǒng)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(huán)閥門，使泥漿外排至養(yǎng)護池進行固化反應，系統(tǒng)進入下一流程。

3 廢漿處理經(jīng)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(jù)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(diào)整，廢漿通過慮室分離出來的清水通過導槽收集后可繼續(xù)用于生產(chǎn)施工，以達到處理效率和經(jīng)濟費用的平衡，在滿足渣土外運的同時，達到綜合效果最優(yōu)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(yōu)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(xù)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(chǎn)施工產(chǎn)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(qū)或土地未開發(fā)區(qū)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(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粉質(zhì)黏土、含砂粉質(zhì)黏土、粉砂、粉砂、圓礫層。以杭州望江路過江隧道為例區(qū)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(xù)增高，從而影響正常的泥漿循環(huán)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(xù)進行循環(huán)至盾構機用于下一循環(huán)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(jīng)沉淀后撈渣外運；剩余的難以沉淀的泥漿就需要經(jīng)過特殊的處理，滿足環(huán)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(jù)地質(zhì)資料盾構在兩端工作井處主要以粉砂夾粉土、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，進入錢塘江下后以粉質(zhì)粘土為主，下側有少量粉砂，在ZK1+633前后段有圓礫出現(xiàn)，江底段地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(jīng)驗，目前采用二級旋流分離的泥漿處理系統(tǒng)，同時引進4套壓濾系統(tǒng)，對循環(huán)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(tǒng)設設計理念

該工程盾構機參數(shù)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(huán)/天，日最大掘進速度：12環(huán)/天，即24m/天；采用預篩分、一二級旋流分離，實現(xiàn)盾構循環(huán)泥漿中砂、泥的良好分離。采用脫水篩高頻振動脫水，實現(xiàn)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(diào)漿系統(tǒng)，實現(xiàn)盾構環(huán)流系統(tǒng)的流量平衡、物質(zhì)平衡及環(huán)流泥漿調(diào)節(jié)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(xiàn)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(xiàn)地面泥水處理系統(tǒng)的遠程集中控制及實時監(jiān)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(shù)對壓濾的效率有直接影響：影響壓濾機工作循環(huán)周期的因素有：物料過濾狀態(tài)下的溫度和粘度、壓濾參數(shù)、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(tǒng)的能力計算是建立在壓濾機的能力得到充分發(fā)揮的前提下，結合施工過程中的物質(zhì)平衡計算，以單臺壓濾機出土能力進行得出壓濾機數(shù)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(huán)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(zhì)平衡計算忽略了預篩的影響，根據(jù)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(shù)據(jù)可以進行0.7的系數(shù)折算。同時計算中沒有考慮脫水篩的透篩底流，通過實際數(shù)據(jù)測算，大約需進行1.3的系數(shù)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(lián)，單線高峰期壓濾互相調(diào)配，即使是在施工高峰期（12環(huán)/天/線），也能滿足工程要求。

6 總結

本文通過對目前國內(nèi)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(xù)陸續(xù)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(huán)境污染，符合當今社會對環(huán)保意識、環(huán)保標準日益增高的主潮流。

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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(yè)。