引言

泥水分離壓濾機處理系統是泥水盾構施工中不可缺少的配套系統，其優質高效運行，可以為盾構持續掘進施工提供保證，本文結合珠海橫琴杧洲隧道工程項目實際情況，進行泥水分離系統主要技術參數的選型計算，兼顧施工需求及文明施工要求，達到濕渣零排放標準。該類問題的探討在以往的文獻中較少探討。

1 討論與計算

1.1 泥水分離設備的組成及工作流程泥水處理系統常規配置主要包括預分篩、脫水篩、一級旋流器、二級旋流器、壓濾機等，輔以制漿、調漿、廢漿轉移、化學藥劑、清水等設備系統，其工作流程為盾構推進前把調制好的新漿送到調漿池，由P1.1泵將泥漿輸送至盾構機開挖倉，泥漿與刀盤開挖下來的渣土混合后形成的泥漿利用排漿泵和中繼泵送到地面泥水處理站，經過泥水分離處理后的合格漿液繼續進行掘進循環，不合格的漿液通過加水和新漿等措施，調整合格后重新供給泥水循環系統，通過循環式的棄漿、補漿確保漿液指標滿足設計的攜渣能力、泵送能力、泥膜形成等技術要求。

1.2 泥水分離設備額定處理量的選擇本項目盾構隧道穿越的主要地層及盾構機主要參數為：盾構掘進機外徑D15.01m，推進速度Vs50mm/min，排泥水側的渣土相對比重S2.5，排漿最大比重1.3，中值粒徑20um，泥水循環系統流量計算主要考慮輸送的泥漿的臨界沉降速度，只有保證了管路內泥漿的流速高于泥漿的臨界沉降速度，才能保證管路不堵塞。對于直徑大于200mm的管路，臨界沉降速度可以按凱夫公式計算。1.04*15.01*1.50.75ln1.25【ln77.922】0.13=17.09167m/s。Vl為臨界流速m/s；d管道直徑m；S渣土相對比重；中值粒徑，um；Cv泥漿中固體物體積占泥漿體積之比。根據凱夫公式，計算出泥漿臨界沉降速度，然后根據流量計算公式可得到臨界沉降流量：17.09167*3.14*15.01*15.01/4=3023m3/h通過以上計算可知，排漿流量約為3023m3/h，則泥水分離設備選型中額定處理量應為3000m3/h，按照以往施工經驗泥水設備分離有效利用率取0.85較為合理，分離設備最大處理量應為3556m3/h。

1.3 泥水分離設備選型中旋流篩分配置盾構施工泥水分離設備常規配置有三個處理單元：預分篩（1~10mm）、一級旋流（74um）及二級旋流（20um或45um）篩分。經過泥水分離設備篩分后和壓濾機壓榨后渣土含水率一般小于30%，滿足干渣外運需求，壓榨出來的清水可以循環利用，以達到廢漿零排放。傳統設計主要存在以下問題：

①74μm以上粒徑占比僅為6.02%。一級旋流處理單元（74μm）因設計切割粒徑大于絕大部分泥漿中的顆粒粒徑，造成分離效果差，存在設備事實上的空轉或者效率低下；

②一級旋流處理單元占用設備空間大，造成空間及場地的浪費；

③一級旋流處理單元設備空轉消耗大量電力，造成投入和產出不成正比；

④增加設備的投入和運維成本；根據顆粒分析結果來看，20μm以下細顆粒分離是本項目泥水處理系統中的關鍵環節，采用最經濟合理的設備選型方案，有利于渣土篩分，減少棄漿量，減小后續處理費用，降低膨潤土、藥劑、電力等物料消耗。主要從以下幾個方面著手。

①提前進行渣土取樣并進行顆粒分析，摸清楚各區間粒徑顆粒在整體出渣中的占比。

②重點考慮淤泥、黏土地層中超細顆粒旋流分離的切割粒徑，提高循環泥漿的質量，減少棄漿量；

③優化設備選型設計。74μm分離粒徑旋流器分離對象為粗顆粒，本項目粗顆粒少，長距離淤泥黏土地層，74μm單元長時間處在空轉狀態。故與二級旋流器重組，選擇中值粒徑為一級旋流器的切割分離點，即20μm。

④增加20μm以下細顆粒處理設備，可以有效將棄漿密度泥漿從1.3g/cm3提高到1.6g/cm3，極大地減少了棄漿量。

1.4 設備選型簡介根據本項目地質情況特點認真進行顆粒分析及選型設計，初步確定由一級初篩單元、二級20μm旋流分離、三級10μm濃縮、高頻脫水篩、渣漿泵及自動控制單元組成，取消74μm和45μm的旋流器切割粒徑設計。整體設計采用標準集裝箱模塊化設計，并聯布置，占地面積小，操作簡單、維修方便、安全可靠。

①預分篩單元（篩分3mm以上渣土，根據不同地層選擇不同篩板配置）。從盾構機排出的泥漿由排泥泵送入預分篩單元進入粗篩分階段。經預分篩篩分，直徑大于3mm的顆粒直接落至設備前段渣土坑。小于3mm顆粒泥漿過流至預分篩收集槽，泵送進入下道工序，即二級處理單元。

②二級處理單元（篩分0.02~3mm）。二級處理單元由脫水篩和旋流器組成，二級重組后的旋流器選用直徑6UHC150切割粒徑0.02mm的旋流器，預分篩收集槽的漿液經過渣漿泵送入二級旋流器進行超細顆粒分離，旋流出來的底部漿液到達脫水篩進行脫水固化，脫水后的渣土含水率小于30%，落至設備前端渣土坑等待外運。旋流器上端溢流出來的漿液（粒徑小于0.02mm）經過管道輸送至沉淀池，經過沉淀后到達調漿池，由P1.1泵輸送至盾構機完成整個泥水循環。

③三級處理單元（提濃）。由于地層中顆粒粒徑非常細且分離后底流帶有黏性，脫水幾乎不可行（糊篩或透篩嚴重），為保證泥水循環系統中的漿液質量，在調漿池入口處或最后一級沉淀池上方設置三級旋流器組，采用旋流濃縮方式將漿液中的細顆粒再次進行提濃分離，即將三級處理的旋流器底流排至廢漿池，溢流漿液返回調漿池進行掘進循環，排至廢漿罐的泥漿比重（比重可達1.5-1.6）保持在一個較高且易調整的狀態，以便進行壓濾處理。

1.5 壓濾設備選型計算壓濾設備的功用就是泥漿在反復掘進循環使用后漿液質量（密度、黏度、濾矢量及泥膜厚度等）不達標時，或細顆粒較多地層旋流篩分設備不能分離出足夠的固相，不能快速將泥漿比重處理到適合掘進需求的技術指標時，需要將由此產生的廢漿進行徹底的固液分離，通過分離出低含水率（23%～27%以下）干渣和清水，以完成干濕分離，便于干渣外運和清水回收利用。壓濾系統主要由壓濾機、空壓機、泥漿泵、泥漿罐及控制系統組成。為提高壓濾效率，可根據實際需要選配助濾劑、絮凝劑等輔助功能單元。本項目采用公司自有壓濾設備，過流面積600㎡，干渣量12m3，為滿足施工需求，需對壓濾機的數量進行核算，具體配置數量計算過程如下。

①計算基礎數據盾構機開挖直徑φ=15.01m；最大掘進速度V=50mm/min，即3m/h；環長 ：L=2m；平均掘進環數n=6環/天；進漿比重ρB=1.10g/cm3；排漿比重ρS=1.35g/cm3；隧道截面積：Se=176.86m2；原狀土比重：ρSM=1.89t/m3；原狀土含水率k1=23%；固體物質干比重ρ1=2.70t/m3；0~30μm占比58.11%，30~75μm占比4.85%，75μm~2mm占比5.37%，大于2mm占比31.67%。

②廢漿量計算每環開挖體積V1=S*L=353.72m3；每環開挖總重量W1=V1*ρSM=668.53t；每環開挖干物質重量W2=W1*（1-K1）=514.77t；每環開挖細微干物質重量W3=W2*58.11%=299.13t；預設廢漿排漿比重ρ3=1.35t/m3；廢漿固含量a1=0.35每環排廢漿重量W4=W3/a1=854.66m3；每環排廢漿體積V2=W4/ρ3=633.08m3；每天排廢漿體積V3=V2*n=3798.48m3；總廢漿量=V2*1923/2=608706.42m3

③壓濾機處理量計算壓濾機濾室有效容積V4=12m3；濾餅含水率k2=25%；濾餅比重ρ3=1.89t/m3；每回次濾餅濕重量W5=V4*ρ3=22.68t；每回次濾餅干重量W6=W5*（1-k2）=17.01t；每臺壓濾機每回次處理廢漿重量W7=W6/a1=46.412t；每臺壓濾機每回次處理廢漿體積V5=W7/ρ3=34.379m3；每臺壓濾機每天工作回次R=14cycle/day；每臺壓濾機每天處理廢漿體積V6=V5*R=481.306m3；所需壓濾機數量A=V3/V6=7.89，即8臺壓濾機。

2 結論根據本項目地質情況特點認真進行顆粒分析及選型設計，初步確定由一級初篩單元、二級20μm旋流分離、三級10μm濃縮、高頻脫水篩、渣漿泵及自動控制單元組成，取消74μm和45μm的旋流器切割粒徑設計。整體設計采用標準集裝箱模塊化設計，并聯布置，占地面積小，操作簡單、維修方便、安全可靠。隨著社會的發展，對工程建設中的文明施工要求越來越高，泥水分離系統作為泥水盾構施工中的關鍵性配套設備，既要滿足盾構正常掘進施工需求，又要滿足高標準的文明施工建設要求，同時還要兼顧安全、經濟、環保等技術要求，而其中關鍵設備的選型更是要充分保證設備對工程項目的適應性，只有滿足了不同項目對泥水分離設備的性能要求，才能做出最適合項目的正確選擇。

---

聲明：本文章版權歸原作者及原出處所有。歡迎來電咨詢、技術交流、來料實驗。

咨詢電話：188517-18517