土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法及系统与流程

本发明涉及泥浆处理领域，特别是一种适用于土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法及系统。

背景技术：

由于土压盾构渣土中含有表面活化剂，难以晒干，流动性大，随着城市盾构渣土量的增加，土地被占用面积逐渐加大，仍以露天堆放为主。盾构渣土如果不经环保处理进入受纳场，所含泡沫剂一旦进入水体，会产生大量泡沫，影响正常生产生活，同时对水中微生物造成不良影响。大多数城市对渣土的堆放未制定有效合理的方案，占用空间大，堆放无序，恶化了城市环境卫生，与城市的美化与文明发展不协调，影响了城市的形象，未经处理直接进行矿洞填埋或大量堆积，可能造成潜在的地质灾害。现有技术中也有将渣土稀释后采用旋流筛分、固液分离后泥饼外运的方案，例如中国专利文献cn104858048a中记载了一种土压平衡盾构渣土环保再生处理方法和设备，采用多级旋流筛分及压滤脱水处理，但该方法未充分考虑土压盾构渣土不同地层的适应性，如该标段整个区间都是粘土或淤泥地层，则采用该方法筛分不出什么砂石料，采用压滤机作为固液分离的方式也不经济且占地面积大，不能满足工程施工需求。

中国专利文献cn103752074a中记载了一种立体空间集成泥浆净化装置，包括多个标准尺寸的功能框架的组合，其中，一级储浆槽框架上方设有预筛框架，预筛框架上方设有总进浆框架；一级储浆槽框架的一侧设有二级储浆槽框架，二级储浆槽框架上方设有脱水筛框架，脱水筛框架上方设有旋流器框架；各个功能框架之间通过管阀系统连接。各个功能框架为标准集装箱的尺寸。中国专利文献cn206613225u记载了一种防板结浓密机，包括箱体，箱体的底部设有倒梯形斗，倒梯形斗的底部设有搅龙装置，搅龙装置的排料口设有闸板；倒梯形斗的底部开放，搅龙装置的顶部与倒梯形斗的底部连接的位置设有开放顶部，开放顶部与倒梯形斗的底部连接，搅龙装置的螺旋叶片部分的位于倒梯形斗的底部空间内。上述的装置均能够用于泥浆的处理，但是现有处理后的泥浆仍然含水率较高，不利与外运，通常还需要采用压滤机进一步将泥浆压制脱水成为泥饼后外运，但是压滤机的处理效率太低，而且占地面积较大，使用较为不便，不能适应现有的盾构施工工况。而且现有技术中的泥浆处理工艺均未充分考虑相关资源的回收再利用，环保压力较大，而且外运渣土处理不当，还容易出现滑坡等地质灾害。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法及系统，根据土压盾构渣土地质条件提供不同的处理方案，实现渣土的针对性处理，还能够回收资源进行再利用，提高渣土处理的经济效益。

为解决上述的技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法，包括以下步骤：

s1、对土压平衡盾构渣土含砂量进行检测；

s2、对于含砂量大于限定值的渣土采用资源化处置方法，对于含砂量小于限定值的渣土采用原位固化处置方法。

优选的方案中，含砂量限定值为50%~70%。

优选的方案中，含砂量限定值为60%。

优选的方案中，所述的资源化处置方法中包括以下步骤：

s21、将渣土与清水一起混合成渣浆；

s22、渣浆送入预筛中预分离，预筛上各层的砂料分别输送至第二输送带和第三输送带，经过洗砂后输送不同粒径的颗粒至第一储存仓和第二储存仓；

预筛输送至第一储存仓的为3-20mm粒径的颗粒，预筛输送至第二储存仓的为15mm以上颗粒；

s23、预筛筛下渣浆暂存在渣浆池，渣浆池的渣浆输送至泥浆储存池；

s24、渣浆泵将渣浆输送至旋流分离装置，上清液送至溢流箱，下部渣浆送至泥浆筛，泥浆筛的筛上渣料通过第一输送带送至螺旋洗砂机，螺旋洗砂机的筛上颗粒物送至第三储存仓，螺旋洗砂机的筛下渣浆输送至泥浆储存池；

螺旋洗砂机输送至第三储存仓的为74um以上颗粒；

s25、溢流箱溢流后的泥浆送入泥浆池，溢流箱内溢流前的渣料返回泥浆储存池；

所述的渣浆泵为可调流量泵，根据旋流分离装置的下部渣浆流量控制渣浆泵的流量；

泥浆池的泥浆送入到浓密装置内与絮凝剂混合；混合后的浓浆送入到制浆机中与固化剂混合，固化后的泥浆运出或回收再利用；

浓密装置的溢流液送入清水池循环再利用。

优选的方案中，所述的原位固化处置方法为将渣土置于原位固化池内，固化剂制备装置制备固化剂输送至原位固化机，原位固化机将固化剂送入原位固化池内并搅拌，实现渣土的固化运出或回收再利用。

一种用于上述的土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法的系统：

解泥机的出口与预筛连接，预筛的筛上通过输送带与储存仓连接；

预筛的筛下与渣浆池连接，渣浆池与泥浆分离装置连接，泥浆分离装置中泥浆筛的筛上通过输送带与螺旋洗砂机连接，螺旋洗砂机的筛上与第三储存仓连接，螺旋洗砂机的筛下与泥浆分离装置连接，泥浆分离装置的出料口与浓密装置的进料口连接，浓密装置的进料口还与絮凝剂制备装置连接，浓密装置的出料口与制浆机的进料口连接，制浆机的进料口还与固化剂储罐的出口连接，制浆机的出口与固化池连接；

浓密装置的溢流口与清水池连接。

优选的方案中，所述的固化池与发泡材料生产装置、免烧陶瓷材料生产装置和人造石生产装置中的一个或多个连接。

优选的方案中，所述的解泥机中，设有水平布置的搅拌轴，搅拌轴与电机连接；

还设有渣土暂存池，在渣土暂存池设有提升机，提升机的出口位于解泥机的上方，解泥机的上方还与清水泵的出口连接，清水泵的进口与清水池连接；

所述的预筛有多级，各级预筛的筛上分别对应一台输送带；每台输送带对应一个储存仓。

优选的方案中，泥浆分离装置的结构为：泥浆储存池的进口与螺旋洗砂机的出口连接，泥浆储存池的进口还与渣浆池的出口连接，泥浆储存池通过渣浆泵与旋流分离装置的进口连接，旋流分离装置的上清液出口与溢流箱的进口连接，溢流箱内设有溢流板，溢流箱溢流前的出口与泥浆储存池连接，溢流箱溢流后的出口与泥浆池连接；

旋流分离装置出渣口与泥浆筛的进口连接，泥浆筛的出口与泥浆储存池连接，泥浆储存池内设有液位控制装置。

优选的方案中，所述的固化剂储罐的结构为，固化剂储罐的罐体底部设有称重螺旋输送机，称重螺旋输送机的出口位于制浆机的上方。

本发明提供的一种土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用技术及方法及系统，通过针对不同的土压盾构渣土地质条件，主要是含砂率，提供不同的处理方案，实现渣土的针对性处理，还能够回收资源进行再利用，提高渣土处理的经济效益。通过将各个泥浆处理设备和工艺进行优化组合，实现了泥浆处理效率的大幅提升，而且各个设备之间的处理过程中还能够对不同粒径的颗粒物进行分级，实现混凝土骨料级配分级，提高经济效益，尤其是经过固化后的泥浆还能够被制成建筑构件再利用，并且经过固化和回收再利用的泥浆还能够避免出现滑坡等地质灾害。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中资源化处置系统的结构示意图。

图2为本发明中原位固化处置系统的结构示意图。

图中：提升机1，解泥机2，搅拌轴201，电机202，预筛3，泥浆分离装置4，旋流分离装置41，溢流箱42，泥浆筛43，泥浆储存池44，液位控制装置45，渣浆泵46，螺旋洗砂机5，泥浆池6，第一输送泵7，浓密装置8，箱体81，螺旋输送装置82，絮凝剂制备装置9，固化剂储罐10，称重螺旋输送机11，制浆机12，固化池13，发泡材料生产装置14，免烧陶瓷材料生产装置15，人造石生产装置16，第二输送泵17，第三输送泵18，第一输送带19，第二输送带20，第三输送带21，第一储存仓22，第二储存仓23，清水泵24，清水池25，第三储存仓26，渣土暂存池27，渣浆池28，固化剂制备装置29，固化剂储罐291，水箱292，第一泵293，第一固化剂搅拌罐294，第二泵295，第二固化剂搅拌罐296，原位固化装置30，原位固化机301。

具体实施方式

实施例1：

一种土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法，包括以下步骤：

s1、对土压平衡盾构渣土含砂量进行检测；检测方法可用泥浆分离装置4进行试分离。方法是称量定量的渣土，送入到泥浆分离装置4中，称量分离出的颗粒物，颗粒物重量与渣土重量之间的百分比，即得出渣土含砂量。

s2、对于含砂量大于限定值的渣土采用资源化处置方法，对于含砂量小于限定值的渣土采用原位固化处置方法。

优选的方案中，含砂量限定值为50%~70%。

优选的方案中，含砂量限定值为60%。

优选的方案中，在整个掘进区间分段进行检测，对符合不同条件的渣土采用不同的处置方法。

优选的方案中，所述的资源化处置方法中包括以下步骤：

s21、将渣土与清水一起混合成渣浆；

s22、渣浆送入预筛3中预分离，预筛3上各层的砂料分别输送至第二输送带20和第三输送带21，经过洗砂后输送不同粒径的颗粒至第一储存仓22和第二储存仓23；

预筛3输送至第一储存仓22的为3-20mm粒径的颗粒，预筛3输送至第二储存仓23的为15mm以上颗粒；

s23、预筛3筛下渣浆暂存在渣浆池28，渣浆池28的渣浆输送至泥浆储存池44；

s24、渣浆泵46将渣浆输送至旋流分离装置41，上清液送至溢流箱42，下部渣浆送至泥浆筛43，泥浆筛43的筛上渣料通过第一输送带19送至螺旋洗砂机5，螺旋洗砂机5的筛上颗粒物送至第三储存仓26，螺旋洗砂机5的筛下渣浆输送至泥浆储存池44；

螺旋洗砂机5输送至第三储存仓26的为74um以上颗粒；即d50＞74μm。本发明方法的核心即在于从泥浆中分离颗粒物，以抵消部分或全部的泥浆处理成本，同时，尽可能的使各个工序之间的处理能力互相匹配，并且还能够实现回收骨料的级配升级，减少后继的筛分工序，要达到上述的目标，优化的颗粒物粒径设置，即筛面网眼的设置非常关键。经测算，采用上述设置参数，能够实现效率、收益和级配要求之间的最佳平衡。

s25、溢流箱42溢流后的泥浆送入泥浆池6，溢流箱42内溢流前的渣料返回泥浆储存池44；

所述的渣浆泵46为可调流量泵，根据旋流分离装置41的下部渣浆流量控制渣浆泵46的流量；由此方案，在确保处理效率的同时，确保处理质量。

泥浆池6的泥浆送入到浓密装置8内与絮凝剂混合；混合后的浓浆送入到制浆机12中与固化剂混合，固化后的泥浆运出或回收再利用；

浓密装置8的溢流液送入清水池25循环再利用。

优选的方案中，所述的原位固化处置方法为将渣土置于原位固化池302内，固化剂制备装置29制备固化剂输送至原位固化机301，原位固化机301将固化剂送入原位固化池302内并搅拌，实现渣土的固化运出或回收再利用。

实施例2：

如图1中，一种用于上述的土压平衡盾构渣土综合处理及资源生态利用方法的系统：

解泥机2的出口与预筛3连接，预筛3的筛上通过输送带与储存仓连接；

优选的方案中，所述的解泥机2中，设有水平布置的搅拌轴201，搅拌轴201与电机202连接；

还设有渣土暂存池27，在渣土暂存池27设有提升机1，提升机1的出口位于解泥机2的上方，解泥机2的上方还与清水泵24的出口连接，清水泵24的进口与清水池25连接；设置的解泥机2将渣土调配合适的含水率，从而便于后继的泥浆处理设备进一步处理，该结构是提高泥浆处理效率的关键点之一。

预筛3的筛下与渣浆池28连接，渣浆池28与泥浆分离装置4连接，泥浆分离装置4中泥浆筛43的筛上通过输送带与螺旋洗砂机5连接，螺旋洗砂机5的筛上与第三储存仓26连接，螺旋洗砂机5的筛下与泥浆分离装置4连接，泥浆分离装置4的出料口与浓密装置8的进料口连接，浓密装置8的进料口还与絮凝剂制备装置9连接，浓密装置8的出料口与制浆机12的进料口连接，制浆机12的进料口还与固化剂储罐10的出口连接，制浆机12的出口与固化池13连接；

浓密装置8的溢流口与清水池25连接。通过组合的分离方式，将泥浆中的74um以上颗粒物基本分离，作为骨料使用，随着骨料的价格上涨，当渣土中的含砂量大于50%，仅骨料回收就能够将泥浆处理成本收回。浓密装置8采用中国专利文献cn206613225u记载的防板结浓密机。

优选的方案中，所述的固化池13与发泡材料生产装置14、免烧陶瓷材料生产装置15和人造石生产装置16中的一个或多个连接。固化池13内固化后的泥浆被制成发泡材料，例如发泡砌块，陶瓷面材，例如经过高压压制成陶砖装饰材料。掺入聚合物压制成装饰用人造石，例如文化石。又例如专利文献cn107021778a一种实现淤泥资源化处置的植生透水混凝土体系及其制备方法中记载的植生透水混凝土。

所述的预筛3有多级，各级预筛3的筛上分别对应一台输送带；每台输送带对应一个储存仓。本例中为两级，一级对应外接圆直径3-20mm颗粒，另一级对应外接圆直径15mm以上颗粒。采用该参数，能够大幅提高后继的泥浆处理效率，同时又能够对颗粒物进行分级，以便于混凝土骨料级配。

优选的方案中，泥浆分离装置4的结构为：泥浆储存池44的进口与螺旋洗砂机5的出口连接，泥浆储存池44的进口还与渣浆池28的出口连接，泥浆储存池44通过渣浆泵46与旋流分离装置41的进口连接，旋流分离装置41的上清液出口与溢流箱42的进口连接，溢流箱42内设有溢流板，溢流箱42溢流前的出口与泥浆储存池44连接，溢流箱42溢流后的出口与泥浆池6连接；溢流泥浆中74um以上颗粒基本被去除，从而便于后继泥浆的回收再利用。

旋流分离装置41出渣口与泥浆筛43的进口连接，泥浆筛43的出口与泥浆储存池44连接，泥浆储存池44内设有液位控制装置45。通过液位控制装置45能避免泥浆储存池44内液位太高而溢出，并能够控制整个泥浆处理系统的负载在合适的范围内，也能够防止液位太低而损坏渣浆泵46。

优选的方案中，所述的固化剂储罐10的结构为，固化剂储罐10的罐体底部设有称重螺旋输送机11，称重螺旋输送机11的出口位于制浆机12的上方。在制浆机12内，浓缩后的泥浆与固化剂充分混合，从而为下一道回收利用的工序做准备。根据后继回收方案的不同，即发泡材料生产装置14、免烧陶瓷材料生产装置15和人造石生产装置16的不同，固化剂也相应的不同。

实施例3：

本发明人在工程实践中发现，发明1传统处理工艺，在进行渣土原位固化时，暴露以下两点不足：

一是固化剂粉剂通过药剂供料装置输送时，扬程太大，对建筑物比较集中的施工工地，造成不利的环境影响；

二是固化剂粉剂与土压盾构渣土之间混合不充分，反应时间长，固化效果不理想。

为客服传统工艺的上述不足，发明人经过研究，并提出一种固化剂水剂装备方法。如图2中，固化剂储罐291通过绞龙与第一固化剂搅拌罐294连接，水箱292通过第一泵293与第一固化剂搅拌罐294连接，用于制备固化剂水剂，第一固化剂搅拌罐294与原位固化装置30中的原位固化机301连接，原位固化机301的机械臂自由端设有搅拌辊，工作时，搅拌辊置于原位固化池302内，在搅拌的同时将固化剂水剂注入到原位固化池302，实现渣土原位固化。优选的方案中，还设有第二固化剂搅拌罐296，第二固化剂搅拌罐296的容积大于第一固化剂搅拌罐294的容积，第一固化剂搅拌罐294通过第二泵295与第二固化剂搅拌罐296连接，水箱292通过第一泵293与第二固化剂搅拌罐296连接。由此方案提高土压盾构渣土的固化效果，而且能够减少扬尘。原位固化装置采用类似专利文献cn203546709u中的装置，固化剂采用例如cn108249713a一种河湖淤泥资源化利用方法中记载的固化剂。

本发明的技术优势在于：

1）不同地质条件下的土压盾构渣土构成成分不同，所采用的处理工艺也不一样，本发明的方案可最大限度的满足不同地质条件下的土压盾构渣土处理需求，适应性广，可操作性强。

2）本发明可根据用户需求实现改性泥浆循环利用，可实现外排滤液清水的循环利用。

3）本发明可实现全程自动化控制及在线监测，自动化程度高，检修、维护方便；

4）本发明采用集成式、模块化设计，安装、拆卸方便，占地面积小，易于实现不同工地的多次转场重复利用；

5）本发明的工艺技术成熟，设备安全可靠，对于渣料压缩性大或近乎于不可压缩的悬浮液均可适用，适应范围广；

6）通过对流体状的渣土到固体状的渣土的转换，从源头上解决了渣土排放监管的问题，杜绝了渣土直排带来的一系列环境污染及次生灾害问题；

7）通过系统处理后的泥浆形成的固化物含水率低（砂层≤20%，泥层≤30%），避免了渣料外运过程产生滴漏，影响城市环境卫生，或者能够便于被制成需要的建材构件；同时，分离出的清水可以直接外排至污水管网，也可进行回用，外排废水达到gb8978-1996《污水综合排放标准》标准，回用率高达85%。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。