泥水处理系统关键设备的选型

于高生

泥水处理系统关键设备的选型

于高生

介绍了泥水处理系统的组成,并结合武汉长江隧道、武汉越江隧道的工程实际,就其关键处理设备——分离设备、压滤机的选型进行了简单的计算,为泥水处理系统的选型提供了指导。

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泥水处理系统是泥水盾构施工不可缺少的配套系统,其优质高效运行,可以为盾构掘进提供保证,同时节约制浆材料的消耗和电力消耗,从而达到节约成本的目的。相反,泥水处理系统的处理量不够,极易造成漫浆,泥浆四溢,给文明施工及渣土外运造成极大困难,或是分离粒度不合适、设备故障率高造成分离效率低,分离后的浆液无法满足盾构施工对泥浆的需要,则弃浆、补充新浆液、储浆池清淤的操作频率都大大增加,以上情况都会造成工期加长和施工成本的极大增加。因此,为保证泥水处理系统优质高效的运行,泥水处理系统关键设备的选型变得尤为重要。

1 组成

泥水处理系统关键设备包括处理污浆的分离设备及压滤设备,调制新浆的调制浆设备,输送浆液的送浆泵和排浆泵(见图 1)。本文主要对分离设备及压滤设备的选型进行简单计算。

1.1 分离设备的组成

分离设备对泥浆处理一般分为 3个层次：

第一层：预筛分或称为粗分,是对2mm～3mm以上的颗粒进行分离,主要部件是筛板,动力源是振动电机;

第二层：一级处理,目前一级处理的分离粒度为 74μm,对74μm以上颗粒分离效率达到 80%～90%,主要部件筛板、旋流器,动力源是振动电机和输送浆液的渣浆泵;

第三层：二级处理,二级处理的分离粒度一般为 30μm左右,对 30μm以上的颗粒分离效率达到 70%～80%,主要部件筛板、直径更小的旋流器,动力源是振动电机和输送浆液的渣浆泵。

旋流器为不完全分离,对粗砂、粉细砂的分离效率能达到80%左右,达到 90%已经相当困难,并且随着浆液中小直径粘土、粉土颗粒比例的增加,分离效率明显下降,对 5μm以下的粘土、粉土颗粒基本不能分离。要处理污浆中的小颗粒,减少废浆的排放量,就要通过压滤系统。

1.2 调制浆设备

调制浆设备主要包括输送和补充浆液用的渣浆泵、防止沉淀的刮泥机和搅拌器等。

1.3 压滤设备

压滤系统主要包括处理污浆的压滤机、输送污浆的隔膜泵和提供挤压力的空压机等。

压滤设备通过调整滤布缝隙的孔径,可以处理 5μm以下的小颗粒。经处理后的浆液基本以清水的形式排出。

2 关键设备选型

2.1 分离设备选型

分离设备的选型关键是污浆处理量、旋流器直径及组数、浆液输送泵的选择。其中污浆处理量和旋流器的组数、浆液输送泵的选择是由盾构机的直径,最大掘进速度决定的;旋流器直径是由地层中主要颗粒含量决定的。有如下三组公式：

2.2 压滤机选型

压滤机选型不受颗粒最小直径的影响,主要是基于每小时的最大干渣出渣量考虑。每小时的最低处理量Qminc＞0.3QmaxD,每小时最大处理量Qmaxc＜0.5QmaxD。所以压滤机干渣处理量Q选择范围：0.3QmaxD＜Q＜0.5QmaxD。

3 工程实例

3.1 武汉长江隧道

掘进主要参数见表1。

表1 武汉长江隧道掘进参数

1)分离设备处理量的选择根据式(1)计算得到：

最大排浆量Qmax=1 221m3/h。

分离设备处理量Q＞Qmax,考虑到模块化,标准化的经济性,长江隧道的泥水分离设备处理量为单线 1 500m3/h,分为 3套处理量均为 500m3/h的标准化模块。

2)旋流器的处理量根据式(2)得到。

各参数取值及计算结果见表 2。

表2 相关参数取值及计算结果

以上计算结果表明,每套 500m3/h处理量的模块,一级旋流器选择两套直径为50.0 cm的旋流器处理能力能满足设计方量的要求。

3)旋流器直径的选择根据式(3)得到。

各参数取值及计算结果见表 3。

表3 各参数取值及计算结果

根据武汉长江隧道的地质条件,在主要地层粉细砂地层中, 74μm以上颗粒占绝大部分的勘测结果,一级旋流器选择直径50.0 cm是合适的。

3.2 武汉轨道交通二号线一期积玉桥越江隧道

掘进主要参数见表 4。

表4 积玉桥越江隧道掘进参数

1)根据以上基本参数及式(1)计算分离设备的处理量。

最大排浆量Qmax=601m3/h。

分离设备Q＞Qmax。

2)压滤机的选择。干渣处理量Q由0.3QmaxD＜Q＜0.5QmaxD得：36m3/h＜Q＜60m3/h。

值得指出的是武汉越江隧道选择了单线 1 000m3/h的分离设备在流量 800m3/h时仍有漫浆现象,这与泵的输送能力,自流管路的布置都是有很大关系的,后经过处理,漫浆已得到控制。压滤设备最初租用一台处理量 20m3/h的压滤机,全负荷运转仍不能满足需要,曾考虑增加到两台,后因为经济因素,性价比不高仍使用一台压滤机。

4 结语

泥水处理系统的适应性及正常、高效运转是盾构正常掘进的必要条件之一,而关键设备的选型正是从根本上保证泥水处理系统的适应性,只有满足了对污浆处理量的要求,满足了对不同地质分离的要求,才能保证盾构施工正常进行。在选型的过程中,还应根据项目的实际特点进行选择,如废浆的排放,综合考虑实用、环保、经济性等特点,做出最适合项目实际的正确选择。

On type selection for key equipment ofmuddy water treatment system

YU Gao-sheng

The paper introduces the components of themuddy water treatment system,and undertakes the simple calculation for the type selection for the separation equipmentand filter press,which are the key treatment equipment in the projects ofWuhan Changjiang tunneland Wuhan Yuejiang tunnel,so as to provide the direction for the type selection of themuddy water treatment system.

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TU992.3

A

1009-6825(2011)09-0226-02

2010-12-10

于高生(1983-),男,助理工程师,中铁隧道股份有限公司,河南郑州 450003