一种盾构泥渣净化回收再利用系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构泥渣净化回收再利用系统及其方法，该系统包括泥浆搅拌池（1）、搅拌机（2）、旋流除砂器（3）、储浆罐（4）、砂浆搅拌站（5）、弃渣堆放场（6）和管路组成；本发明使盾构施工产生的泥渣经过净化回收后作为盾构同步注浆的原材料重复利用，解决了以往盾构施工中泥渣废弃量大、污染环境的问题，以及盾构同步注浆膨润土等原材料消耗量的问题，节约了膨润土用量，减少了废弃泥渣对环境的污染，降低了盾构施工成本。利用本发明的系统以及方法，在砂浆搅拌站中采用本发明的浆液配比制备的浆液，进行同步注浆，注浆的性能与质量与使用膨润土泥浆的质量相同，能够满足盾构施工的需要。
【专利说明】一种盾构泥渣净化回收再利用系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及盾构施工【技术领域】，尤其涉及一种盾构泥渣净化回收再利用系统及其方法。
【背景技术】
[0002]盾构机作为当今最先进的隧道掘进超大型专用设备，是实现掘进、出土、支护等一次开挖成洞的高科技施工设备，广泛用于城市轨道交通、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
[0003]隧道盾构掘进施工过程中盾构机切削地层土体，产生大量泥渣。目前此类泥渣处理是以外运至指定的弃土场为主，运输量多，占用场地大，易产生环境污染，难觅合适的弃土场，其处理费用占盾构隧道成本的10%左右。实际上如对盾构泥渣进行改良处理，循环利用，泥渣处理费用可缩小一半以上。
[0004]当前一些发达国家已经开始对盾构泥渣处理技术进行研究，采用改良的方法进行处理，处理后作为回填土、筑堤土、路基土等，我国现有的泥渣处理，基本上是以外运至指定的弃土场或用于回填为主，除了可用于回填的渣土外，其余方式都将占用较大的场地。
[0005]盾构施工中，向土仓注入泥浆和盾构同步注浆是盾构施工中的两个关键环节。一方面需要不断的向盾构机刀盘前端的掌子面及盾构刀盘后部的土仓注入膨润土泥浆，用以湿润掌子面土体以利刀盘切削土体和输出泥渣，另一方面，盾构施工中每掘进一环就需要对盾构管片与盾构机外壳之间产生的空隙进行注浆，注浆材料主要是将膨润土搅拌成为泥浆，再加入水泥、粉煤灰等添加料形成。因此盾构施工中的膨润土消耗量是相当大的。
【发明内容】
[0006]为了解决现在盾构施工中产生大量泥渣，处理困难，且使用大量膨润土泥浆，导致施工成本高的问题，本发明提出了一种盾构泥渣净化回收再利用系统及其方法。
[0007]本发明将盾构施工产生泥渣经过加水搅拌形成泥浆，再经过旋流除砂器净化，形成符合盾构同步注浆要求的浆液应用于盾构施工中，并在盾构废弃泥浆处理中进行了中试，取得了良好效果，为盾构泥渣的回收利用提供了技术支持。
[0008]本发明采用如下技术方案:
本发明的盾构泥渣净化回收再利用系统包括泥浆搅拌池、搅拌机、旋流除砂器、储浆罐、砂浆搅拌站、弃渣堆放场和管路组成；泥浆搅拌池位于盾构地面渣土仓附近；搅拌机架设于泥浆搅拌池内；泥浆搅拌池通过管道一与旋流除砂器连接；旋流除砂器通过管道二与储浆罐连接；储浆罐通过管道三与砂浆搅拌站连接；砂浆搅拌站与管道四连接通往盾构机同步注浆；管道三与管道五连接通往盾构机土仓；泥浆搅拌池通过管道六与管道二连接；旋流除砂器与弃渣堆放场通过传送皮带连接；泥浆搅拌池与管道一的连接处设有泥浆泵。
[0009]管道一与旋流除砂器连接处的管道上设有阀门一；管道二与储浆罐连接处的管道上设有阀门二 ；储浆罐与管道三连接处的管道上设有阀门三；管道三与砂浆搅拌站连接处的管道上设有阀门四；管道五上设有阀门五。
[0010]旋流除砂器为卧式螺旋离心机。
[0011]泥浆泵为3PN泵。
[0012]泥浆搅拌池为钢筋混凝土结构或砌体结构内抹灰。
[0013]储浆罐为钢筋混凝土结构、砌体结构内抹灰或钢结构。
[0014]管路为镀锌管、波纹管或钢管。
[0015]本发明的盾构泥渣净化回收再利用系统用于盾构掘进施工的方法包括以下步骤:
(a)首先用龙门吊把盾构泥渣由隧道台车上提升，并倒入泥浆搅拌池；
(b)然后向泥浆搅拌池注水，并同时启动泥浆搅拌机进行搅拌，经检测泥浆比重达到1.25?1.30时，停止注水，再继续搅拌l_4h ；
(c)启动泥浆泵，将泥浆搅拌池内泥浆泵入旋流除砂器；
(d)启动旋流除砂器，对泥浆进行处理，将其中的砂及大颗粒杂质分离，并经过传送皮带送往弃渣堆放场；
(e)经旋流除砂器处理后的泥浆，进行粘度检测，粘度为30?50Pa--s时，将泥浆送入储浆罐备用，如果泥浆的粘度不满足要求，将不合格的泥浆通过管道六送回泥浆搅拌池重新制备；
.(f)将储浆罐中的一部分泥浆通过管道五送往盾构机土仓，在盾构施工时代替膨润土泥浆使用。
[0016](g)储浆罐的剩余泥浆送往砂浆搅拌站，并往砂浆搅拌站内加入水泥、粉煤灰、砂、水，充分搅拌，配制成盾构机同步注浆的浆液，然后将配制好的浆液送往盾构机进行同步注浆。
[0017]步骤(g)中，浆液组成的重量比为:水泥:粉煤灰冰:砂:泥浆=60?130:350?600:500 ?750:400 ?750。
[0018]优选:水泥:粉煤灰:水:砂:泥浆=90?110:400?500:550?650:500?600。
[0019]旋流除砂优选卧式螺旋离心机，是废弃泥渣固液分离处理系统最核心的机构，其主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略低的带空心转轴的螺旋输送器和差速器等部件组成。当要处理的废弃泥渣由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩入转鼓腔内。高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒甩贴在转鼓内壁上，形成固体层(因为成环状，称为固环层)；水分由于密度较小，离心力小，因此只能在固环层内侧形成液体层，称为液环层。由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动(即转速差)，利用螺旋和转鼓的相对运动把固环层的污泥缓慢地推动到转鼓的锥端，并经过干燥区后，由转鼓圆周分布的出口连续排出；液环层的液体则靠重力由堰口连续〃溢流〃排至转鼓外，形成分离液。通过各部件的持续工作，可以达到连续处理废弃泥浆的目的。
[0020]本发明的积极效果如下:
(I)减少了废弃泥渣量，节省了泥渣外运工作量及处理费用，解决了以往盾构施工中泥渣废弃量大、污染环境的问题。
[0021](2)把泥渣净化回收再利用，减少了盾构掘进和同步注浆中的膨润土等原材料消耗量，节约了膨润土用量，降低了盾构盾构同步注浆成本。
[0022](3)利用本发明的系统以及方法，在砂浆搅拌站中采用本发明的浆液配比制
备的浆液，进行同步注浆，注浆的性能与质量与使用膨润土泥浆的质量相同，能够满足盾构施工的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的盾构泥渣净化回收再利用系统的示意图。
[0024]1.泥浆搅拌池2.搅拌机3.旋流除砂器4.储浆罐渣堆放场 7.管道一 8.管道二 9.管道三 10.管道四 11.13.传送皮带14.泥浆泵15.阀门一 16.阀门二 17.阀门三五。
5.砂衆搅拌站6.弃管道五 12.管道六 18.阀门四19.阀门
【具体实施方式】
[0025]下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0026]实施例1
参见附图1，盾构泥渣净化回收再利用于同步注浆施工系统，包括设置于盾构地面渣土仓附近的泥浆搅拌池1、设置于泥浆搅拌池内的搅拌机2 ;设置于浆液搅拌池附近的泥浆泵
14、设置于泥浆泵附近的旋流除砂器3、设置于盾构同步注浆砂浆搅拌站的储浆罐4、同步注浆砂浆搅拌站5、连接各处的浆液管路和设置于各处的阀门。
[0027]实施步骤如下:
步骤一:在盾构渣仓附近开挖一个长X宽不小于10 X 5m深不小于2m的基坑作为泥浆搅拌池I ;
步骤二:龙门吊把盾构泥渣由隧道台车上提升并倒入泥浆搅拌池I ;
步骤三:向泥浆池注水，开动泥浆搅拌机2进行搅拌，经检测泥浆比重达到1.25?
1.30左右可进行下一步工作；
步骤四:开动泥浆泵14，将泥浆池上部泥浆泵入旋流除砂器3 ;
步骤五:泥浆流经旋流除砂器3将其中的砂及大颗粒杂质分离排除；
步骤六:流过旋流除砂器3的纯净泥浆，经检测粘度为30?50Pa--s之间时送入砂浆站的储浆罐4备用，不合格的泥浆流回泥浆池I重新制备；
步骤七:储浆罐4中的泥浆一部分直接泵送到盾构机土仓内；
步骤八:储浆罐4中的泥浆的另一部分在同步注浆砂浆搅拌站5加入水泥、粉煤灰等搅拌形成同步注浆浆液泵入盾构机。浆液配比为(重量比):
水泥:粉煤灰:水:砂:泥浆=90?110:400?500:550?650:500?600。
[0028]采用以上配比的浆液进行同步注浆之后，对注浆后的隧道进行质量性能检测，检测结果表明:本发明的系统以及方法制备的泥浆质量性能完全能够满足盾构施工的要求，并且本发明的系统以及方法制备的泥浆质量不低于膨润土泥浆。
[0029]卧式螺旋离心机是泥渣净化再利用的核心设备，利用其离心沉降原理对泥浆悬浮液进行分离，通过螺旋推料器上的叶片推至转鼓小端排渣口排出，液相则通过转鼓大端的溢流孔溢出。如此不断循环，以达到连续分离的目的。[0030]其主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略低的带空心转轴的螺旋输送器和差速器等部件组成。当要处理的废弃泥浆由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩入转鼓腔内。高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒甩贴在转鼓内壁上，形成固体层(因为成环状，称为固环层)；水分由于密度较小，离心力小，因此只能在固环层内侧形成液体层，称为液环层。由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动(即转速差)，利用螺旋和转鼓的相对运动把固环层的污泥缓慢地推动到转鼓的锥端，并经过干燥区后，由转鼓圆周分布的出口连续排出；液环层的液体则靠重力由堰口连续"溢流"排至转鼓外，形成分离液。通过各部件的持续工作，可以达到连续处理废弃泥浆的目的。
[0031]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.1)、搅拌机(2)、旋流除砂器(3)、储浆罐(4)、砂浆搅拌站(5)、弃渣堆放场(6)和管路组成；泥浆搅拌池(I)位于盾构地面渣土仓附近；搅拌机(2)架设于泥浆搅拌池(I)内；泥浆搅拌池(I)通过管道一(7 )与旋流除砂器(3 )连接；旋流除砂器(3 )通过管道二( 8 )与储浆罐(4)连接；储浆罐(4)通过管道三(9)与砂浆搅拌站(5)连接；砂浆搅拌站(5)与管道四(10)连接通往盾构机同步注浆；管道三(9)与管道五(11)连接通往盾构机土仓；泥浆搅拌池(I)通过管道六(12)与管道二(8)连接；旋流除砂器(3)与弃渣堆放场(6)通过传送皮带(13)连接；泥浆搅拌池(I)与管道一(7)的连接处设有泥浆泵(14)。
2.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:管道一(7)与旋流除砂器(3)连接处的管道上设有阀门一(15);管道二(8)与储浆罐(4)连接处的管道上设有阀门二( 16 );储浆罐(4 )与管道三(9 )连接处的管道上设有阀门三(17 );管道三(9 )与砂浆搅拌站(5)连接处的管道上设有阀门四(18);管道五(11)上设有阀门五(19)。
3.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:旋流除砂器(3)为卧式螺旋离心机。
4.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:泥浆泵(14)为.3PN 泵。
5.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:泥浆搅拌池(I)为钢筋混凝土结构或砌体结构内抹灰。
6.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:储浆罐(4)为钢筋混凝土结构、砌体结构内抹灰或钢结构。
7.如权利要求1所述的盾构泥渣净化回收再利用系统，其特征在于:管路为镀锌管、波纹管或钢管。
8.如权利要求1-7任一项权利要求所述的盾构泥渣净化回收再利用系统用于盾构掘进施工的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤:Ca)首先用龙门吊把盾构泥渣由隧道台车上提升，并倒入泥浆搅拌池(I)；(b )然后向泥浆搅拌池(I)注水，并同时启动泥浆搅拌机(2 )进行搅拌，经检测泥浆比重达到1.25?1.30时，停止注水，再继续搅拌l_4h ；(c)启动泥浆泵(14)，将泥浆搅拌池(I)内泥浆泵入旋流除砂器(3)；(d)启动旋流除砂器(3)，对泥浆进行处理，将其中的砂及大颗粒杂质分离，并经过传送皮带(13)送往弃洛堆放场(6)；(e)经旋流除砂器(3)处理后的泥浆，进行粘度检测，粘度为30?50Pa--s时，将泥浆送入储浆罐(4)备用，如果泥浆的粘度不满足要求，将不合格的泥浆通过管道六(12)送回泥浆搅拌池(I)重新制备；(f)将储浆罐(4)中的一部分泥浆通过管道五(11)送往盾构机土仓，在盾构施工时代替膨润土泥浆使用；(g)储浆罐(4)的剩余泥浆送往砂浆搅拌站(5)，并往砂浆搅拌站(5)内加入水泥、粉煤灰、砂、水，充分搅拌，配制成盾构机同步注浆的浆液，然后将配制好的浆液送往盾构机进行同步注浆。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤(g)中，浆液组成的重量比为:水泥:粉煤灰:水:砂:泥浆=60 ?130:350 ?600:500 ?750:400 ?750。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤(g)中，浆液组成的重量比为:水泥:粉煤灰:水:砂:泥浆=90 ?110:400 ?500:550 ?650:500 ?600。
【文档编号】E21D11/10GK103437786SQ201310397192
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】邓美龙, 郭宏智, 郝本峰, 朱军军, 石小军, 邓少闻, 王利宁, 王翠莲, 吕波 申请人:中建交通建设集团有限公司