板框廂式隔膜壓濾機(jī)
1前言
盾構(gòu)施工作為目前世界上既安全又先進(jìn)的隧道施工技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用到油氣管道建設(shè)的江河穿越施工中。西氣東輸二線有6條過江管道釆用泥水盾構(gòu)工法,現(xiàn)均已貫通。泥水盾構(gòu)在含泥量較高地層中掘進(jìn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的高濃度泥漿不僅會(huì)降佩S進(jìn)攻且后期不易處理。文獻(xiàn)闡述了泥水處理系統(tǒng)的原理及工藝流程，文獻(xiàn)］介紹了壓濾機(jī)在污泥處理中的應(yīng)用，文獻(xiàn)介紹了壓濾機(jī)在越海隧道中的應(yīng)用，但缺少在含泥量較高地層中應(yīng)用。下面以西氣東輸二線北江盾構(gòu)工程為例,介紹壓濾機(jī)的引進(jìn)并與泥水分離、壓濾機(jī)的系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合有效的提高了 進(jìn)工姉泥漿后期處理問題。
2概述
北江盾構(gòu)穿越工程是國家重點(diǎn)工程西氣東輸二線廣州?南寧支干線的“卡脖子”工程，隧道全長2233.8m,成型隧道內(nèi)徑3.08m,其中在泥質(zhì)砂巖穿越1350m、砂層穿越500m、卵石層穿越250m,黏土層穿越130m,工程釆用德國海瑞克公司(Herrenknecht)制造的AVND3080AH泥水氣壓平衡盾構(gòu)機(jī)。
為了更好的在泥質(zhì)砂巖和黏土層中掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)在投入該工程前迥高含泥量地層進(jìn)行了適應(yīng)性改造：1)刀盤艙配備高壓沖婕置;2)斷刀飜內(nèi)泥漿噴嘴;3)斷1,拖車供漿泵增大循環(huán)量，提高攜渣能力;4)合理的刀具配置,優(yōu)化刀具選型，增大刀盤開口率。
3原泥水處理系統(tǒng)
泥水平衡盾構(gòu)是非開挖中的前沿技術(shù)，泥水處理系統(tǒng)作為盾構(gòu)機(jī)的主要系統(tǒng)之一，在泥質(zhì)砂巖和黏土地層施工時(shí)，對(duì)泥水處理系統(tǒng)的處理能力、效率和效果的要求更高。泥水分離系統(tǒng)為_、二級(jí)泥水處理，釆用_臺(tái)宜昌黑旋風(fēng)工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZX-500泥漿處理系統(tǒng)對(duì)泥水進(jìn)行分離，其最大處理能力SOOirf/ij，分離粒徑45mm。為了保證最大泥漿通過及處理能力，增加了一套二^處理裝置，保證其最大泥漿處理能力達(dá)到750mVh。
3.1離心機(jī)設(shè)備
離心機(jī)為三級(jí)處理設(shè)備。
3.2添加化學(xué)藥劑増加泥漿沉淀速度
在泥質(zhì)砂巖和黏土地層時(shí)，經(jīng)過泥水分離處理后的泥漿需要添加絮凝劑，可以加速泥漿沉淀速度、降低泥漿黏度和含7k量。通過對(duì)使用的絮凝劑進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，針對(duì)北江泥質(zhì)砂巖和黏土地層，最終選擇了經(jīng)濟(jì)、適用的陰離子聚丙烯酰胺和聚季胺TDC-15絮凝劑產(chǎn)品，分子量為1000-1500萬。
北江工程泥質(zhì)砂巖和黏土地層的地層總計(jì)長達(dá)1500m,掘進(jìn)時(shí)刀盤切削下的原土有80%以上的顆粒溶解到泥漿中,造成泥漿的黏度和容重的不斷增加，而現(xiàn)泥水處理系統(tǒng)只能分離20呻左右的固相顆粒，導(dǎo)致泥漿循環(huán)系統(tǒng)攜帶渣土能力降低，需要補(bǔ)充和更換循環(huán)泥漿來降低密度和黏度，現(xiàn)場(chǎng)無大型泥漿沉淀池，直接影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，并產(chǎn)生大量廢棄泥漿。
4壓濾機(jī)的引入
泥水分離和由離心機(jī)組成的三級(jí)分離系統(tǒng)在本工程中砂層和卵石層中也確可以將泥漿中的細(xì)小顆粒進(jìn)行分離，但在高含泥地質(zhì)條件的盾構(gòu)掘進(jìn)中因設(shè)備處理能力及性能所限很難將粒徑W20呻的顆粒進(jìn)行分離，如果釆用沉淀池沉淀或外運(yùn)處理將會(huì)影響盾構(gòu)施工工效并增大成本投入，故將在本工程中將壓濾機(jī)引入與跡分離和離用。
4.1壓濾機(jī)的選型及基本原理
北江盾構(gòu)新投入使用的泥漿壓濾系統(tǒng)(見圖2),主要包括攪拌捅、儲(chǔ)氣罐、空壓機(jī)、壓濾機(jī)及其配套的APN-SIX專用隔膜泵，攪拌葉輪偏心配置的礦漿攪拌器，全自動(dòng)型EPS助濾劑添加裝置，濾餅專用破碎機(jī)組成，其中壓濾機(jī)為核心設(shè)備，其余為配套設(shè)備。壓濾機(jī)主要包括頭板、尾板、孑I板、盲板橡膠密封、主液壓缸、主油缸、輔助液壓缸、限位裝置、進(jìn)漿管系統(tǒng)、濾液收集系統(tǒng)、風(fēng)路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制箱、旋轉(zhuǎn)板、連經(jīng)過泥水系統(tǒng)分離后的廢棄泥漿，流入攪拌箱添加藥劑(生石灰)攪拌,壓濾機(jī)主油缸帶號(hào)動(dòng)板關(guān)閉各濾室，用液壓傳動(dòng)的隔膜泵，把泥漿均勻注入相鄰濾板形成的濾室中，在注滿濾室后繼續(xù)入料,給濾室內(nèi)的泥漿施壓，使得大部分濾液通過濾布,從濾板上的溝槽流出.通過隔膜壓榨來縮小濾室容積進(jìn)行二次脫水，用高壓空氣均勻通過整個(gè)濾餅的斷面進(jìn)行氣水置換，帶走濾餅內(nèi)的殘留水分。最后主液壓缸開始工作，連桿帶動(dòng)移動(dòng)板，打開壓濾機(jī)放下濾餅，完成一次壓濾過程。處理能力見表2。
| 濾餅水分/% | <28 | 循環(huán)時(shí)間/min | 10-20 |
| 泥漿最大密度/(血3) | 1.4 | 過濾容積 | 1 |
| 濾餅數(shù)量 | 30 | 濾餅尺寸/mm | 1380×980 |
| 濾餅厚度/mm | 45 |
4.2壓濾機(jī)改造
泥漿壓濾機(jī)處理設(shè)備是盾構(gòu)機(jī)在黏土質(zhì)地層施工中，泥水處理系統(tǒng)重要組成部分分。在黏土地施工時(shí)，由于黏土顆粒粒徑小、吸水性強(qiáng)、黏度大，造成泥漿壓濾時(shí)間變長，壓濾出的泥餅黏在濾板上不易脫落，需人工處理。因此對(duì)泥漿壓濾處理設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了升級(jí)改造,將濾板數(shù)量由18片增加到30片，經(jīng)過溢流沉淀后的泥漿先羅到攪拌箱(2個(gè)35m3),?過添加助凝劑(生石灰)5?lOkg/nf溥泵送到離，|1瓶和泥漿處理設(shè)備。添加助凝劑后有效的降低了泥漿黏度,大大提高了設(shè)備凈化能力和減少了泥漿壓濾運(yùn)行時(shí)間。
5實(shí)施效果
通過統(tǒng)計(jì)及計(jì)算，在泥質(zhì)砂巖及黏土地層中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)量為7環(huán)/d,刀盤切削渣土量出約為13.6m3/環(huán)X7環(huán)=95.2m3/d,廢棄泥漿72.6m3/環(huán)x7環(huán)=508.2m3/do根據(jù)當(dāng)前地質(zhì)條件進(jìn)漿釆用清水作為的循環(huán)泥漿,由于粉質(zhì)黏土顆粒小、黏性大，顆粒＜74呻占絕大多數(shù)，泥水分離系統(tǒng)分離困難，泥漿壓濾系統(tǒng)承擔(dān)了80%廢棄泥漿處理量。泥水分離設(shè)備出渣量約是3.4m3/環(huán),壓濾系統(tǒng)出渣量約為11m3/環(huán)。壓濾系統(tǒng)日最大處理量，每小時(shí)能夠完成4次壓濾循環(huán)，廢棄漿液處理量為22.5mVh,出渣量約為5m3/h,每天盾構(gòu)施工20h計(jì)算，廢棄泥漿22.5m3/hx20h=450m3,每天產(chǎn)生渣餅lOOnF,泥漿壓濾系統(tǒng)滿足盾構(gòu)機(jī)在泥質(zhì)砂巖及黏土層施工日掘進(jìn)10環(huán)的要求。
將泥水處理系統(tǒng)分成泥漿分離處理和泥漿壓濾處理兩部分進(jìn)行管理,提高了泥水處理系統(tǒng)在復(fù)合地層的適應(yīng)性，特別是在黏土地層解決了泥漿黏度高、密度大的處理問題，降低了設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)設(shè)備噪聲、解決了環(huán)境污染問題、減少泥水處理占地面積、降低了項(xiàng)目成本、保證了施工進(jìn)度等關(guān)鍵問題。泥漿經(jīng)過分離壓濾后的土砂含水率＜30%,壓濾出的液體呈pH~13的堿性無色透明液體，達(dá)到泥漿零排放要求，分離壓濾處理后的泥漿量和各項(xiàng)指標(biāo)滿足了盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)的要求。
6結(jié)語
北江盾構(gòu)工程在原泥水分離系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了一套泥漿壓濾系統(tǒng)，形成了一套復(fù)合型的泥漿分離壓濾系統(tǒng)，用這套系統(tǒng)將盾構(gòu)機(jī)挖掘輸送出來的泥漿分離壓濾，徹底將泥漿分離成清水和固態(tài)泥餅,達(dá)到泥漿零排放要求，有著良好的工程作用和經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)已在西氣東輸二線東段北江盾構(gòu)和綏江盾構(gòu)工程中成功應(yīng)用，為其他盾構(gòu)施工的泥水處理起到了一定的借鑒作用。
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