盾构渣土资源化技术研究

盾构渣土资源化技术研究

李野

中铁六局集团有限公司交通工程分公司 广东深圳   518115

摘要：随着盾构施工的不断发展，盾构渣土的产量日益增长，其含水率高，传统的直接外运方式存在运输成本高、效率低、污染环境、排放受限、资源浪费等诸多弊端。盾构渣土环保处理系统用于在施工现场进行盾构渣土的分级固液分离，分离后的粗砂、中细砂、泥饼和水有巨大的资源利用价值且无环保运输风险。实现盾构渣土的减量化、环保化处理及资源化利用，解决传统出渣造成的诸多环境问题。

关键词：盾构；渣土环保处理系统；环保；资源化利用

1、引 言

在国内盾构施工中，通常情况下渣土进入渣土池后，不用处理便直接运走，不用配置特定的渣土处理设备。但是土压平衡盾构经过改良之后的流塑性渣土，含有大量的流动性泥浆，渣土含水量明显增加，直接外运存在运输成本高、效率低、污染环境、排放受限、资源浪费等诸多弊端，甚至产生次生灾害以及破坏生态环境与城市周边环境。虽然市政环卫部门都有对渣土密闭运输的要求，但在施工实际中，渣土密闭式运输很难达到，渣土车沿途遗撒，已经成为影响市容环境卫生的“老大难”问题。而地铁施工场地有限，如渣土无法及时运出，将影响施工进度。

无论何时何地，环境保护和资源利用都是工程单位施工的重点。推动工程废弃物回收利用，实现绿色施工，减少城市交通与环境压力，节约土地资源是每个业主的要求。盾构渣土环保处理系统在减少运输成本的同时，带来了砂石料建筑材料，能够将改善后的盾构渣土回填于土体，在坚持环境保护的基础上带来了经济效益。

本文以深圳地铁14号线土建三工区六约北站~石六风井区间的六约北站盾构渣土环保处理系统为例，此系统所采用的资源化优化措施大大提升了盾构渣土资源化转化效率，且在环保、节能的控制上收到了较好的效果，得到参建各方的广泛认同，带来了良好的社会效益。

2、工程概况

深圳地铁14号线土建三工区六约北站~石六风井区间自六约北站小里程端出发后，向西沿红棉路下方敷设，分别上穿东深雁田供水隧道、侧穿六约人行天桥桩基，然后拐向西南方向侧穿金正鼎不锈钢厂房、下穿次高压燃气、侧穿红棉路跨盐排高速桥、下穿盐排高速、侧穿平安桥、下穿高压燃气管线、成品油管线、LNG燃气管线，然后再次拐向西南方向沿红棉路进入石六区间风井。六约北站~石六风井区间盾构右线里程范围为：DK15+998.167-YDK17+949.281，左线里程范围为：DK15+998.167-ZDK17+949.281，全长1951.11m。全断面硬岩近800环。

区间采用复合式土压平衡盾构施工；最小曲线半径750m，线间距3.47~8.5m，最大坡度为28‰，埋深约13.6-57.4m；设计管片外径6.7m、内径6m，厚度0.35m，管片宽度1.5m。

3、处理流程

盾构原始渣土由挖机送入送料模块入料斗，输送皮带将渣土输送至振动筛分模块的给料设备中，给料设备将渣土进行均匀松散作业后送入模块内水平振动筛，经多层多级高压喷淋后洗去砂石上粘附的粘土，筛分得到干净的大颗粒粗砂排出系统，筛分筛下物泥砂水混合物进入洗砂旋流模块的洗砂机轮斗中进行清洗作业，细砂经两级洗砂后，进入模块内脱水筛内，脱水得到成品洁净中细砂；轮斗溢流进入旋流供液池内，泵入旋流器内进行尾砂处理，得到的底流汇入脱水筛得到中细砂，溢流进入加速絮凝及清液收集模块进行加药沉淀处理，罐体上部得到溢流清液进入清水池；罐体内沉淀泥浆泵入压滤机，得到干化泥饼和清水，清水进入清水池；清水池内水在系统内循环使用。

至此，盾构渣土被分级分离为粗砂、中细砂、干化泥饼和水。粗砂、中细砂和干化泥饼含水率均能达到环保运输要求，粗砂、中细砂有理想的经济价值。清水参与系统循环，设备正常运行时不需补充额为水，在渣土含水率较高时，系统还可排出清水可用于项目现场喷淋降尘、绿化洒水等。

图3-1盾构渣土环保处理系统流程图

4、集成化模块化

考虑系统各处理工艺环节对应处理设备的功能属性、安装位置、连接关系、接口尺寸，同时满足吊装快捷、维保便利、便于延拓等要素，对系统设备进行模块划分；考虑功能整合、能力匹配、物料流转、附属结构、连接结构、针对性改造和便于拆解等需求，进行模块设计。最终形成功能独立、结构独立、便于复制、方便加装的系统子模块，实现盾构渣土环保处理系统的集成化布置和模块化安装要求。盾构渣土环保处理系统可分为给料筛分模块、洗砂旋流模块、加速絮凝模块和泥浆压滤模块。

4.1给料筛分模块

筛分模块由1套分料斗、2台给料机、2台振动筛、1套筛下溜槽以及1套集成钢结构组成。给料机使入料量和分布均匀并使入料特性松散，利于保持筛分设备工作状态稳定，发挥筛分设备能力并提高筛分效果。给料机具有结构简单紧凑、安装维护方便、效率高、噪音低等特点；振动筛用以物料分离，得到较大颗粒砂石，即粗砂，并对物料进行脱泥、清洗和脱水，提高粗砂洁净程度并降低粗砂含水率。振动筛采用三轴强迫同步振动方式，可以方便的实现圆振动、直线振动或椭圆振动的转换，激振力、振幅以及频率均可调节。振动筛具有处理能力大、筛分效率高、不易堵塞等特点。

4.2洗砂旋流模块

洗砂模块由2台叶轮洗砂机、4台旋流器（含4台配套供浆泵）、1台脱水筛、1套脱水筛溜板、1套分液箱以及1套集成钢结构组成。叶轮洗砂机用以泥砂分离，得到含泥率极低的洁净中细砂和含砂较少的溢流泥浆。具有洗净度高、处理量大、功率消耗小、使用寿命长等特点，；旋流器用以实现高精度的泥砂分离，得到几乎不含砂的泥浆和含泥率较低的中细砂。具有分离精度高、分离效率高、占地面积小、使用寿命长等特点，脱水筛主要用以振动脱水，降低中细砂的含水率，并带有辅助脱泥功能，可降低中细砂的含泥率。具有处理能力高、使用寿命长等特点。

4.3加速絮凝模块

絮凝模块由1台自动制药/加药装置和多套絮凝罐（根据具体项目选则罐体数量，本项目为4套）组成。加药装置用以自动制作、搅拌和添加絮凝剂，絮凝罐用以使泥浆与药剂充分混合并絮凝沉淀，上部螺旋进料使泥浆与药剂充分混合并絮凝，中心进料后高效沉淀。

4.4泥浆压滤模块

压滤模块由4台压滤机组成。泥浆压滤机用以固液分离，得到含水率较低的干化泥饼和清澈的压滤清液，具有工作压力大、安全可靠等特点。在泥浆经过二次调理絮凝之后，成胶状的沉淀在泥浆罐的底部，用泥浆泵将其抽至板框式压滤机内进行压滤，根据含水率来确定压滤时间一搬将泥浆压滤成含水率在20%~30%之间的泥饼（良好的回填材料，与盾构施工用到的渣土改良材料）。

图3.4-1压滤模块示意图

5、优化措施

盾构渣土成分复杂多样，特别是在全断面硬岩地质掘进过程中，盾构渣土含有大量的水资源、细沙资源、碎石资源，其均可以被回收利用。

六约北站~石六风井区间的六约北站盾构渣土环保处理系统针对地质情况主要以土状强风化岩、强风化岩、中等风化岩、微风化岩的特点，粗砂比例占比较高，筛分模块将承担较大的压力，为此系统配置了高激振力、大振幅、大处理能力的三轴水平振动筛，激振力、振幅和振动频率等可现场调节，满足现场使用需求。

水平振动筛具有筛分处理能力大、筛分效率高、运行平稳可靠、不易堵塞、安装高度较低、运动平稳、易损件使用寿命长、维护检修方便等优点，适合大规格物料的大处理筛分以及各种干、湿场合的筛分。

图6.2-2筛分设备外形图

表6.2-3筛分设备数表

6、实例对比

深圳地铁14号线土建三工区六约北站~石六风井区间与四联站~坳背站区间均由中铁六局交通工程分公司承建，下面主要对两个区间的盾构渣土环保处理系统进行分析对比，总结它们各自的优缺点，为以后类似的工程提供施工案例参考，来创造更优秀的盾构渣土环保处理系统。

6.1场地布置对比

一般的渣土分离系统包含筛分区、洗砂区、絮凝区。在顶板上方浇筑450mm厚混凝土的基础上，布置包括旋流供液池、粗砂堆放池、细砂堆放池、沉淀池、泥饼堆放池和清水池。六约北站~石六风井区间在上述条件基础下，将渣池设计为一个大渣池，在渣池中间搭建了供挖机上料的道路，优点是渣土集中倒置，上料出渣互不影响，缺点是只能使用一台挖机把渣土装车，运输效率较低。在场地布置方面四坳区间因地制宜，只能将渣池一分为二，其优点是在不需要经过筛分或者筛分设备出现问题时，渣池里储存的渣土能及时外运。缺点是渣土存储较为分散，两台上料挖机只有一台能上料，给料筛分效率较低。通过两个区间的场地布置均各有利弊。

6.2洗砂旋流模块对比

四坳区间洗砂模块由1台叶轮洗砂机、2台旋流器（含2台配套供浆泵）、1台脱水筛、1套脱水筛溜板、1套分液箱以及1套集成钢结构组成。六中区间的洗砂模块由2台叶轮洗砂机、4台旋流器（含4台配套供浆泵）、1台脱水筛、1套脱水筛溜板、1套分液箱以及1套集成钢结构组成。通过筛分过后的沙子可以明显发现，四坳区间经一台洗砂机筛分后的沙子中含有少量的水、泥，不能直接使用，得经过二次处理之后进一步降低所含泥水量。六中区间经两台洗砂机得到的沙子，含水量较低，且直接可以作为注浆材料来使用。

图6.2-1叶轮洗砂机示意图 图6.2-2六中区间洗砂旋流模块

图6.2-3六中区间洗砂机得到的沙子

6.3泥浆压滤模块对比

六中区间的压滤模块由4台压滤机组成。4台压滤机并联设置，独立工作，高效可靠，提高了系统灵活度和容错率。四坳区间压滤机由两台串联组成，干化泥饼的含水率低，但工作效率较差。六中区间压滤系统压滤时间在15-25min，而四坳压滤系统压滤时间在30min~40min之间。在相同的时间里六中压滤系统处理的泥饼是四坳的三倍之多。

图6.3-1六中区间的压滤模块及泥饼

图6.3-2四坳区间的压滤模块及泥饼

7、总结

深圳地铁14号线土建三工区六约北站~石六风井区间充分考虑地质组成、场地限制等因素，对盾构渣土环保处理系统进行优化，大大提升了盾构渣土资源化转化效率。对六中盾构区间以及四坳盾构区间的盾构渣土集成化处理系统进行研究与对比，详细的比较了盾构渣土集成化处理系统的各个工作模块以及场地布置，让我们对两个区间的长处与短处有了了解，为以后类似工程提供了参考依据，有利于进一步提升盾构渣土的利用率。

土压平衡盾构渣土的处理是一个系统性的社会问题，既涉及技术层面，也涉及管理层面，需要建设方、城市管理部门、环保部门以及施工单位多方参与，协同推进。六约北站~石六风井区间的六约北站采用的盾构渣土环保处理系统，不但良好的解决了工业渣土所带来的自然以及环境危害，而且使得盾构渣土资源得到了良好的利用，在环境保护、绿色发展等方面具有重要意义，得到参建各方的广泛认同，带来了良好的社会效益。

参考文献

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