大直径泥水盾构泥浆绿色处理技术探讨

摘 要：本文以杭州望江路过江隧道施工过程中对隧道泥浆处理绿色施工为背景，对目前国内大直径盾构隧道泥水处理绿色施工进行探讨， 结合杭州钱塘江两岸地质情况，盾构施工中废弃泥浆从泥浆固化、压滤、离心等处理方法综合分析，废浆进行零排放无公害处理，为后续陆续开始的穿江大直径盾构隧道泥水废浆处理方案提供参考，提供思路，做到盾构施工过程中“废浆零排放”。

关键词：大盾构；泥浆；处理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.115

1 国内现状

目前国内大直径盾构隧道（隧道直径超过10m以上）在建或已通车项目已经达到20余座，包含上海长江隧道、南京纬七路长江隧道、武汉三阳路过江隧道等一批超大直径盾构隧道，基本以复合式泥水平衡盾构机施工为主。目前杭州市已经通车的有钱江通道过江隧道、庆春路过江隧道。望江路过江隧道、博奥过江隧道等大直径过江隧道项目已经陆续开工。随着城市的建设发展，土地不断开发利用，隧道施工所处施工场地将越来越趋向城市中心地带，周边环境要求也会越来越高，对泥水盾构施工所产生的废浆处理要求也会越来越严格，如何在有限的施工场地将施工产生的废浆进行无公害化处理将会显得越来越重要。

杭州目前在建的大直径过江隧道项目有杭州望江路过江隧道工程、博奥路过江隧道工程，后期陆续地铁1、3号线将采用单洞双线，使用大直径泥水盾构陆续过江，本文以杭州望江路过江隧道施工过程中对隧道泥浆处理绿色施工为背景，对目前国内大直径盾构隧道泥水处理绿色施工进行探讨。

2 国内目前泥水处理方式

泥水盾构是利用泥水的携带碴土能力将盾构开挖下来的碴土通过管道泵送至地面泥浆处理系统进行分离，分离出来的干渣通过汽车或其方式运输至指定场所进行排放，剩余指标合格的泥浆则继续进行循环至盾构机用于下一循环的掘进施工。泥水处理循环系统流程见图1。泥水处理设备如图2所示。

通过泥水分离设备筛分处理后，指标合格的泥浆则继续进行循环至盾构机用于下一循环的掘进施工。当泥浆不达标时，则需要进行弃浆处理。弃浆集中至废浆池，经沉淀后捞渣外运；剩余的难以沉淀的泥浆就需要经过特殊的处理，满足环保要求后方可外运。

目前国内废浆处理的方式主要有以下三种：压滤处理、离心处理和固化处理。电渗、泥浆船运等其他处理方式本文将不再赘述。

2.1 压滤处理

泥浆处理过程分为以下几个步骤：泥浆收集→泥浆改性→压滤（含送浆、建压）→排水→隔膜压榨→吹气脱水→卸料→管路冲洗。

废弃浆液泵送入待压泥浆罐，用悬臂吊将生石灰提至待壓泥浆罐上部，在搅拌桶中进行水化处理后进入待压泥浆罐。

泥浆泵将待压泥浆罐中的泥浆泵送至压滤机滤板间的密闭腔室，泥浆中的固相颗粒被滤布拦截并逐渐富集形成滤饼，滤液透过滤布流出进入滤液收集池。

2.2 离心处理

离心机由粉末储存和加料系统、干粉计量投加系统、溶解水系统、储存搅拌系统和就地控制系统组成。

操作人员把药剂加到离心机药剂配制装置的药剂料箱中，启动系统后，进水阀门先打开，然后进料器会自动打开，药剂与水预混合后首先进入到第一组溶药箱，并在这里通过搅拌器进行充分搅拌和混合；当第一组溶药箱充满后便自行推流至第二组溶药箱——熟化箱，在这里进一步混合溶解；经过两次搅拌混合后的药液最后再到第三组溶药箱——成品溶药箱，这时配置好的药液便可通过加药泵投入到加药点上。

2.3 固化处理

盾构泥浆固化稳定化处理技术首先对盾构泥浆进行分类，然后对盾构的弃浆进行固化稳定化处理，将处理后的泥浆排入养护区进行养护排水处理，从而使泥浆的含水率降低，机械强度增加，对养护区的泥浆进行跟踪检测分析，检测达标泥浆进行外运处理。

废弃泥浆泵送至系统，经阀门选择切换进入搅拌模块，当液位达到一定高度时，搅拌泥浆泵、循环阀门和搅拌器开启，对模块内泥浆进行循环搅拌；同时药剂称重输送系统开始将固化剂粉末均匀投送至搅拌模块的混合区，此时循环搅拌系统对泥浆与药剂进行充分混合。当泥浆量达到液位上限，药剂投送量达到设定值后，再对泥浆进行设定时间的搅拌混合，使泥浆与药剂均匀混合。达到设定搅拌时间后，开启外排阀门同时关闭循环阀门，使泥浆外排至养护池进行固化反应，系统进入下一流程。

3 废浆处理经济效益综合对比

三种废弃泥浆处理均有各自的特点，从占地面积、设备投入费用以及处理效率综合对比见表1。

一套压滤设备占地约100平方（不考虑废浆池用地），实际处理量能达到500～700m3/d，根据不同的泥浆含砂率或者含泥量对废浆添加外加剂能提高压滤设备的处理效率，但会增加整个废浆处理的成本。压滤处理一般处理费用在30～50元/方，对于处理出来的泥饼含水率可以进行调整，废浆通过虑室分离出来的清水通过导槽收集后可继续用于生产施工，以达到处理效率和经济费用的平衡，在满足渣土外运的同时，达到综合效果最优化。

废浆离心处理设备占地面积基本和压滤设备差不多，但单套处理能力优于单套压滤设备，能达到2000～3000m3/天，但离心分离设备费用要远高于压滤设备，主要使用国外设备，设备投入费用高，后续的维护成本高，处理1m3废浆的成本综合核算在50元/m3以上，一般项目投入使用1～2台，设备一旦故障将对生产施工产生极大影响。在施工过程中要注意对噪音的控制，防止噪音污染。

废浆固化施工处理效率低，为满足废浆处理达到与盾构施工速度匹配，所以场地要求高，场地的大小直接影响到废浆的处理量，能否满足废浆的处理要求，达到与盾构施工匹配。一般采用固化处理项目，处理场地按亩计算，在城市施工很难达到，基本在郊区或土地未开发区域建立处理池进行施工，处理费用相对比较低，不足30元/m3，场地越大，费用越低。

4 杭州钱塘江地层分析

杭州钱塘江两侧沿线场地地貌主要为钱塘江河床及两岸的钱塘江冲海积平原。盾构隧道穿越地为淤泥质粉质黏土夹粉砂、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂、粉质黏土、含砂粉质黏土、粉砂、粉砂、圆砾层。以杭州望江路过江隧道为例区间穿越地层全线路包含黏土，由于黏土颗粒较小，50μm以下细颗粒所占比例高达50%以上，泥水分离设备无法完全筛分，随着掘进距离的增加，泥浆比重会持续增高，从而影响正常的泥浆循环携渣能力，所以泥水盾构施工过程中泥浆的废弃处理是无法避免的问题。

通过泥水分离设备筛分处理后，指标合格的泥浆则继续进行循环至盾构机用于下一循环的掘进施工。当泥浆不达标时，则需要进行弃浆处理。弃浆集中至废浆池，经沉淀后捞渣外运；剩余的难以沉淀的泥浆就需要经过特殊的处理，满足环保要求后方可外运。

5 杭州望江路过江隧道泥浆处理工艺

杭州市望江路过江隧道项目根据地质资料盾构在两端工作井处主要以粉砂夹粉土、砂质粉土夹淤泥质粉质粘土为主，进入钱塘江下后以粉质粘土为主，下侧有少量粉砂，在ZK1+633前后段有圆砾出现，江底段地层为淤泥质粉质粘土夹粉砂。参考本文表一的颗粒分析结果，在结合考以往工程施工经验，目前采用二级旋流分离的泥浆处理系统，同时引进4套压滤系统，对循环中的多余泥浆进行处理，直接将废弃泥浆压滤成干渣和清水，干渣直接通过运输车辆进行外运弃置，从而达到废浆零排放的要求。

5.1 泥水处理系统设设计理念

该工程盾构机参数开挖直径：φ11.73m，横断面：108.43m2，最大掘进速度：50mm/min，3.00m/h，日掘进速度：10环/天，日最大掘进速度：12环/天，即24m/天；采用预筛分、一二级旋流分离，实现盾构循环泥浆中砂、泥的良好分离。采用脱水筛高频振动脱水，实现对外弃渣含水率≤25%，适合自卸汽车直接运输而不漏浆。采用制调浆系统，实现盾构环流系统的流量平衡、物质平衡及环流泥浆调节与快速补偿。采用压滤方式对施工中的废浆、多余泥浆进行处理，实现工程施工外弃泥浆零排放。采用PLC集中控制室远程控制模式，实现地面泥水处理系统的远程集中控制及实时监控。

5.2 废弃泥浆处理方案

项目结合项目场地情况，综合必选，选用四套压滤设备对废弃泥浆进行处理，达到泥浆全部处理，废浆零排放的效果。

压滤机工作时，有以下参数对压滤的效率有直接影响：影响压滤机工作循环周期的因素有：物料过滤状态下的温度和粘度、压滤参数、泥浆物理和化学特性、单位时间处理量，滤饼含水率，泥浆中的固体含量，滤饼的洗涤程度等。压滤系统的能力计算是建立在压滤机的能力得到充分发挥的前提下，结合施工过程中的物质平衡计算，以单台压滤机出土能力进行得出压滤机数量。

表3中是从10种土样中预选5种有代表性的土样（③4、⑥2、⑧1、⑨2、?4）做出的计算。从第8项可以看出，选2台压滤机（单线）时，按每台压滤机每小时一个循环计，每台压滤机每天的工作时间分别为18.28、23.32、19.96、24.8、5.54小时，即在⑨2地层时是不够用的，其余基本足夠。

以上的物质平衡计算忽略了预筛的影响，根据在类似地层的出渣情况，可以初步设定预筛能出渣30%左右，因此以上数据可以进行0.7的系数折算。同时计算中没有考虑脱水筛的透筛底流，通过实际数据测算，大约需进行1.3的系数折算。

综合考虑，双线泥水盾构配置4台压滤机，压滤设备管路进行并联，单线高峰期压滤互相调配，即使是在施工高峰期（12环/天/线），也能满足工程要求。

6 总结

本文通过对目前国内大盾构直径隧道废浆处理工艺进行分析，依托杭州望江路过江隧道项目对杭州钱塘江地层进行分析，并对该项目压滤设备对盾构施工废浆进行零排放无公害处理能力计算，为后续陆续开始的穿江大直径盾构隧道泥水废浆处理方案提供参考，提供思路，盾构施工过程中“废浆零排放”，避免对周边施工环境污染，符合当今社会对环保意识、环保标准日益增高的主潮流。

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作者简介：袁永学（1977-），男，山东东营人，本科，工程师，杭州望江路过江隧道项目书记，土木工程专业。