葉康慨

(中鐵南方投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

泥水盾構(gòu)以技術(shù)先進(jìn)、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、壓力控制精準(zhǔn)和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用在穿越江河湖海的地下工程施工中，如何解決泥水盾構(gòu)的在粘土層、淤泥質(zhì)地層、粉質(zhì)粘土、(含泥)礫粗砂、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、中風(fēng)化花崗巖等地層掘進(jìn)時泥漿分離的方法和快速掘進(jìn)，滿足日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，這就需要對泥水盾構(gòu)在泥水分離系統(tǒng)配套及泥漿處理技術(shù)以及泥漿分離管理進(jìn)行研究和摸索。

1 工程概況

1.1 工程地理位置

福州市軌道交通5號線一期工程下穿閩江段位于荊溪新城站～區(qū)間風(fēng)井盾構(gòu)區(qū)間，該區(qū)間總長1 816 m，區(qū)間線間距12～16 m，最大坡度28‰，盾構(gòu)下穿閩江段，長度315.41 m，線間距12 m，隧道埋深24～28.7 m，隧道上方覆土厚土17.8～28.7 m，江面穩(wěn)定水位最大深度4.3 m，潮汐水位最大深度8.1 m。泥水盾構(gòu)區(qū)間線路走向平面圖見圖1。

圖1 泥水盾構(gòu)區(qū)間線路走向平面圖

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

(1)工程地質(zhì)情況

根據(jù)(補(bǔ)充)地勘報告，過江泥水盾構(gòu)隧道穿越的地層主要為：淤泥、淤泥夾砂、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、(含砂)粉質(zhì)粘土、(含泥)礫粗砂、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、中風(fēng)化花崗巖等。以盾構(gòu)中心為統(tǒng)計(jì)高度，左、右線隧道穿越的各種地層所占比例及粒徑大小見表1、表2，隧道穿越的地質(zhì)剖面圖見圖2。

表1 盾構(gòu)穿越的地層地勘資料顆粒分析

表2 左、右線洞身各地層統(tǒng)計(jì)表

圖2 盾構(gòu)穿越閩江段地質(zhì)斷面圖

(2)水文地質(zhì)情況

本工程地下水按埋藏條件分為上層滯水、潛水、承壓水三種類型。地層主要有粉質(zhì)黏土、淤泥、淤泥質(zhì)土、(含泥)礫粗砂及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其滲透系數(shù)分別為3.0E-4、3.0E-3、3.0E-3、35.00、6.00(m/d)。

1.3 盾構(gòu)選型情況

本工程采用兩臺中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的710/711#氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，盾構(gòu)開挖直徑Φ6.52 m。采用面板式刀盤，最大開口率22%。盾構(gòu)最大掘進(jìn)速度50 mm/min。

2 泥漿分離系統(tǒng)設(shè)備選型

2.1 泥漿分離設(shè)備的選型設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

根據(jù)本工程所使用的泥水盾構(gòu)設(shè)備參數(shù)，泥漿分離設(shè)備的選型設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)見表3。

表3 泥漿分離設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)匯總表

由表3數(shù)據(jù)可以計(jì)算出：

出渣量：Q=60πD2*V/4=100.16 m3/h；

排漿流量：Q排=Q*(ρ0-ρ1)/(ρ2-ρ1)=648 m3/h；

進(jìn)漿流量：Q進(jìn)=(Q排*ρ2-Q*ρ0)/ρ1=547 m3/h；

盾構(gòu)月進(jìn)度指標(biāo)240 m，盾構(gòu)推進(jìn)速度50 mm/min，計(jì)算得知泥漿系統(tǒng)的排漿流量為648 m3/h，考慮0.15的富余能力系數(shù)，泥水分離設(shè)備的處理能力不得低于750 m3/h。

2.2 泥水處理系統(tǒng)方案

(1)泥漿處理的總體流程

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，新拌制的泥漿通過P1.0進(jìn)漿泵進(jìn)入盾構(gòu)泥水倉，攜帶刀盤開挖下來的渣土由排泥泵輸送至地面分離設(shè)備，經(jīng)過粗篩進(jìn)行預(yù)分處理。預(yù)篩分是分離2 mm以上顆粒物，泥渣混合物由入料箱進(jìn)入，由脫水篩上部震動電機(jī)將渣料向出料口推動，直徑小于2 mm物料隨泥漿進(jìn)入下部水槽，經(jīng)渣漿泵抽至一級旋流器進(jìn)行泥水分離，一次旋流器分離回收直徑0.075～2 mm顆粒物；一級旋流器脫水篩脫水后，泥渣混合物經(jīng)過一次減壓箱分流管道進(jìn)入二次水槽，由渣漿泵將其抽至二級旋流器，二次旋流器專為分離直徑為0.045～0.075 mm的顆粒物。旋流器分離處理后的干凈泥漿進(jìn)入調(diào)漿池，經(jīng)泥漿調(diào)整后循環(huán)使用。當(dāng)泥漿比重超標(biāo)時，泵入沉淀池加入絮凝劑充分混合、靜置一段時間后，泵入離心機(jī)/壓濾設(shè)備進(jìn)行物理分離。

(2)泥漿處理的主要設(shè)備組成

綜合考慮本工程泥水分離設(shè)備既要滿足細(xì)顆粒的泥漿分離，又要滿足在全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、中風(fēng)化花崗巖等巖層中掘進(jìn)時的大顆粒渣塊的泥漿分離。泥漿處理的主要設(shè)備由ZTJ-150型制調(diào)漿系統(tǒng)、MTP-1000型泥水分離系統(tǒng)、APN18SL40 m型板式壓濾系統(tǒng)、CS30-T型離心機(jī)、DNYA2500三濾帶濃縮一體帶式壓濾機(jī)組成。

①制漿、調(diào)漿系統(tǒng)

其泥漿制備量：120 m3/h；泥漿密度：1.05～1.2 t/m3；泥漿粘度：18～45 s；CMC制備量：10 m3/h。

②MTP-1000型泥水分離系統(tǒng)

系統(tǒng)由預(yù)篩、一級旋流分離、二級旋流分離等組成，經(jīng)泥水分離系統(tǒng)分離后的渣土含水率均≤25%，滿足汽車運(yùn)輸。

③化學(xué)分離系統(tǒng)

在沉淀池中加入絮凝劑等漿液進(jìn)行濃縮絮凝處理，并用壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾或者采用離心機(jī)對泥漿中的細(xì)微顆粒進(jìn)行更進(jìn)一步的分離與清除。

APN18SL40 m型板式壓濾設(shè)備單臺壓濾機(jī)處理能力：30 m3/h；濾餅量：16 m3/h；濾餅含水率：≤30%；濾液水固含率：<2 g/L；DNYA2500三濾帶濃縮一體帶式壓濾機(jī)單臺壓濾機(jī)處理能力：30～60 m3/h；濾餅量：16 m3/h；濾餅含水率：≤50%；濾液水固含率：<2 g/L；

④泥漿的沉淀分離

根據(jù)施工需求在帶式壓濾機(jī)周邊地面上修建一座1 000 m3絮凝沉淀池，通過添加絮凝劑達(dá)到加速沉淀的效果，對沉淀后的渣土再進(jìn)行清理。

4 施工效果

4.1 軟土段泥漿分離情況

在軟土段掘進(jìn)時，通過預(yù)篩對泥漿進(jìn)行一級分離，預(yù)篩篩網(wǎng)下部的泥漿通過泵送至沉淀池后進(jìn)行靜置。然后添加絮凝劑、靜置后用螺桿泵泵送至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾或泵送至離心機(jī)進(jìn)行離心分離。處理能力基本滿足每臺設(shè)備每天8環(huán)/9.6 m的施工進(jìn)度要求。通過壓濾或離心處理后的漿液基本以清水的形式排出。

4.2 硬巖段渣土分離情況

在硬巖段掘進(jìn)時，通過預(yù)篩對泥漿進(jìn)行一級分離，預(yù)篩篩網(wǎng)下部的泥漿再通過一二級旋流設(shè)備進(jìn)行分離。處理能力滿足每臺設(shè)備每天12環(huán)/14.4 m的施工進(jìn)度要求。施工過程隨著漿液中小顆粒比例的增加，旋流設(shè)備分離效率明顯下降，將泥漿泵入沉淀池進(jìn)行沉淀，然后通過離心機(jī)對進(jìn)行集中處置。

在右線掘進(jìn)復(fù)合地層及硬巖段初期，充分利用左線掘進(jìn)所處地層來對右線硬巖〖CM6*3/4-6〗掘進(jìn)的泥水指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化和利用，大大節(jié)約了硬巖段掘進(jìn)需要優(yōu)質(zhì)泥水所投入的添加劑的費(fèi)用。

5 結(jié)論與建議

在福州地鐵泥水平衡盾構(gòu)工程施工過程中，針對不同地層對泥水處理設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)備配置，并結(jié)合壓濾機(jī)和離心機(jī)的使用，通過科學(xué)的現(xiàn)場管控，確保了開挖面的穩(wěn)定和泥水輸送系統(tǒng)的通暢，徹底解決了廢棄泥漿達(dá)標(biāo)排放的難題，為同類工程采用泥水盾構(gòu)施工積累了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過本項(xiàng)目泥漿分離施工，有以下意見在今后的施工中應(yīng)該注意。

(1)泥水處理系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)施工的重要配套系統(tǒng)，目前大多數(shù)項(xiàng)目在盾構(gòu)選型及配套設(shè)備選型主要依靠設(shè)備廠家進(jìn)行泥漿分離處理方案設(shè)計(jì)。應(yīng)結(jié)合(補(bǔ)充)地質(zhì)勘探資料，詳細(xì)分析各類地層顆粒含量及掘進(jìn)后渣土的顆粒篩分結(jié)果，認(rèn)真設(shè)計(jì)泥漿分離處理方案、設(shè)備配置以及配套處理措施等。

(2)泥漿分離場地施工場地的總體布局要充分考慮不同地層泥漿分離工藝與分離方案進(jìn)行合理布置，確保泥漿分離設(shè)備與分離工藝相匹配。

(3)泥漿處理沉淀池的布置必須考慮泥漿絮凝的時間效應(yīng)。

(4)泥漿分離是泥水盾構(gòu)施工的重要工序，必須派熟悉分離工藝的人員進(jìn)行嚴(yán)格管理。

(5)隨著國家環(huán)保要求的越來越嚴(yán)，渣土排放管理的逐漸規(guī)范，廢棄泥漿達(dá)標(biāo)、零污染排放必將成為泥水盾構(gòu)施工的主流方向。