0 前言

污泥處理設(shè)備中泥漿系統(tǒng)主要應(yīng)用于橋梁樁基工程、非開挖穿越工程、石油鉆井工程、地下隧道盾構(gòu)工程的施工中。泥漿也稱鉆井液?由液體和粘土組成?輔以添加劑?主要起保護(hù)孔壁、攜帶鉆渣出孔和冷卻鉆具的作用。泥漿在鉆進(jìn)過程中?由于鉆渣不斷地進(jìn)入到泥漿中?泥漿的比重、黏度、含沙量等發(fā)生變化?不能滿足泥漿性能的要求?必須對(duì)其進(jìn)行處理或凈化?主要是進(jìn)行固液分離?將泥漿中的鉆渣分離排放后再循環(huán)使用。

凈化的方法主要有沉淀池和機(jī)械設(shè)備兩種。采用沉淀池處理需占用部分土地；沉淀池清掏出的鉆渣含水量高?使得泥漿外溢?施工環(huán)境惡劣?而且可能造成環(huán)境污染或水質(zhì)污染等公害。隨著現(xiàn)代社會(huì)文明意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)?泥漿帶來的環(huán)境問題越來越多受到關(guān)注?泥漿處理技術(shù)和設(shè)備也隨之問世。目前泥漿處理技術(shù)主要有振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等?根據(jù)泥漿處理的場合、鉆渣的組成和泥漿性能要求?采用不同工藝組合。國際上日本“奧村”、德國“莎堡”、法國“MS”公司研制的設(shè)備幾乎壟斷了國際泥漿處理工程市場。在我國市政等大型地下盾構(gòu)工程施工中也引進(jìn)使用了上述公司的泥漿處理設(shè)備。另外海上石油鉆井平臺(tái)也采用了成套進(jìn)口泥漿處理設(shè)備?以達(dá)到海洋環(huán)保和海洋傾廢管理要求。國內(nèi)建筑施工系統(tǒng)在用的泥漿處理設(shè)備主要是湖北宜昌黑旋風(fēng)工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的黑旋風(fēng)泥漿處理裝置。目前路外系統(tǒng)采用的泥漿處理設(shè)備一般不適合鐵路情況?鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工中泥漿處理絕大多數(shù)情況下仍采用沉淀池沉淀鉆渣。為保護(hù)鐵路施工期施工沿線的環(huán)境?有必要研制開發(fā)適合鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理的專用設(shè)備。本文在調(diào)研的基礎(chǔ)上?對(duì)國內(nèi)的泥漿處理設(shè)備進(jìn)行了綜述?為開發(fā)研制鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理設(shè)備提供科學(xué)依據(jù)。

1 泥漿處理設(shè)備簡介

目前使用的泥漿處理設(shè)備主要有振動(dòng)篩、水力旋流除砂器、水力旋流除泥器、離心機(jī)，板框壓濾機(jī)等。

1?1 振動(dòng)篩振動(dòng)篩利用高頻振動(dòng)作用將流經(jīng)篩布上的泥漿中的固體顆粒分離。振動(dòng)篩的篩布有多種孔眼型號(hào)?一般使用100目（可分離粒徑0?15mm 以上的顆粒）或更粗的篩布?現(xiàn)場使用最密的篩布為200目。振動(dòng)篩一般設(shè)置在處理工藝的最前端?主要用來處理大顆粒固相。

1?2 旋流分離器用泵將泥漿輸入旋流分離器后?泥漿會(huì)受到旋流分離器形狀的限制而產(chǎn)生高速旋流?在離心力的作用下?比液體密度高的固相會(huì)靠向筒壁?而密度相對(duì)較低的液體則在筒的中間?這樣就可以將較粗的顆粒從泥漿中分離出來。按被分離顆粒大小的不同?旋流分離器分為：

（1） 旋流除砂器。分離固相顆粒直徑一般在74μm 以上（也可以分離少部分40～74μm 的固相顆粒）。

（2） 旋流除泥器。分離10～74μm 的固相顆粒（大部分在20～40μm 范圍）。

1?3 離心機(jī)離心機(jī)是唯一能去除固相顆粒表面自由液體的固液分離裝置?離心機(jī)的轉(zhuǎn)速越大?能分離出來的固相顆粒粒徑越小?當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3200r/min時(shí)?可分理出的最小粒徑可達(dá)2μm?離心機(jī)一般設(shè)置在處理工藝的末端?主要用來處理小顆粒固相。依據(jù)泥漿中的固相物質(zhì)的顆粒大小和粒徑級(jí)配?考慮處理后泥漿的性能要求?可選擇不同的處理工藝?但須按照先處理大顆粒物質(zhì)、后處理小顆粒物質(zhì)的順序進(jìn)行處理。

1.4板框壓濾機(jī)

隔膜式板框壓濾機(jī)由機(jī)座和支撐結(jié)構(gòu)體、機(jī)架、進(jìn)料口和進(jìn)氣口、濾板與濾布、水洗架、壓力泵、壓緊板、液壓系統(tǒng)以及電控柜等組成。１．２工作原理污泥通過進(jìn)料口進(jìn)入機(jī)身，利用壓力泵向壓濾機(jī)隔膜板中高壓注水，產(chǎn)生的隔膜張力用于擠壓污泥，從而得到脫水效果。經(jīng)過濾布排出濾液后，留下固體經(jīng)濾布阻隔進(jìn)一步集聚，形成高固含量污泥。一次進(jìn)料污泥量應(yīng)保持在設(shè)計(jì)量的８５％以上，不能低于最低限值。壓榨壓力通常要小于１ＭＰａ。一旦進(jìn)料完成，就需要在隔膜板中注入高壓水，從而有效鼓張隔膜，使得隔膜產(chǎn)生足夠量的隔膜張力，擠壓板間污泥進(jìn)料后完成脫水工作。

2 路外泥漿處理設(shè)備應(yīng)用情況

2?1 石油鉆井作業(yè)石油鉆井作業(yè)中對(duì)泥漿要求較高?處理工藝較復(fù)雜?鉆井液的固相控制一般采用振動(dòng)篩＋水力旋流除砂器＋水力旋流除泥器＋離心機(jī)四道工藝。振動(dòng)篩多采用專門處理泥漿的直線振動(dòng)篩?可去除粒徑在0?1mm 以上固體物質(zhì)；水力旋流除砂器去除經(jīng)振動(dòng)篩處理后粒徑在0?045mm以上固體物質(zhì)；水力旋流除泥器去除粒徑在0?010～0?045mm 范圍內(nèi)的固體物質(zhì)；離心機(jī)可去除最小顆粒粒徑0?003mm 的固體物質(zhì)。鉆機(jī)設(shè)有高架的泥漿處理平臺(tái)?各處理設(shè)備依次排開?鉆孔中出來的泥漿經(jīng)各道工序處理后?鉆渣排入沉渣池?處理后的泥漿重復(fù)使用。振動(dòng)篩以美國 DERRICK 為最好?但價(jià)格較高?只有少數(shù)鉆井隊(duì)使用?多數(shù)鉆井隊(duì)均使用國產(chǎn)的各種泥漿處理設(shè)備。

2?2 大橋橋梁鉆孔樁一般鉆孔樁直徑較大?鉆孔較深?對(duì)泥漿性能要求較高；橋位處地質(zhì)條件多為砂質(zhì)地層?即使有粘土層?也不能用來造漿；水中墩不好設(shè)置沉淀池對(duì)泥漿進(jìn)行處理?實(shí)際工程中一般采用設(shè)備處理泥漿。廣東長大公路崖門大橋主要采用德國產(chǎn)BE-250型泥漿處理器處理泥漿 ?該泥漿處理器處理量250m3/h?主要由高頻振動(dòng)篩和水利旋流除砂器組成。高頻振動(dòng)篩振動(dòng)頻率3500次/min?振幅2～3mm?采用40目篩網(wǎng)?能將0?5mm 以上的顆粒物篩出?水利旋流除砂器去除0?5mm 以下的顆粒物。孟加拉國帕克西公路橋施工中采用了我國生產(chǎn)的ZX-500型泥漿處理設(shè)備?該設(shè)備采用了振動(dòng)篩加水利旋流除砂器工藝?采用直線振動(dòng)篩?激振力和篩面角度可調(diào)整?全部泥漿先經(jīng)過振動(dòng)篩?去除大顆粒固相后?再經(jīng)水利旋流除砂器處理?0?074mm 以上固體物質(zhì)去除率可達(dá)90％以上。

2?3 過江隧道過江隧道盾構(gòu)法施工中?來自盾構(gòu)機(jī)的由排泥管輸運(yùn)到地面的泥水中混有大量的土石顆粒?須經(jīng)固液分離處理后方能循環(huán)使用。重慶過江隧道［施工中也采用了ZX-500B×2型泥漿處理設(shè)備?處理工藝仍為振動(dòng)篩加水利旋流除砂器?處理后的泥漿進(jìn)入調(diào)漿池?和制漿機(jī)的泥漿進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配?調(diào)配后的泥漿重新進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)使用。在泥巖中鉆進(jìn)時(shí)?碎屑粒徑最小可達(dá)0?01mm?由于ZX-500B×2的分離粒徑在0?045mm 以上?粒徑在0?01～0?045mm 之間的粘土顆粒沒有分離出去?施工中采用了在泥漿中加絮凝劑的方法?以提高除泥效率。

2?4 非開挖定向鉆大口徑、長距離的定向鉆穿越是最近幾年中發(fā)展起來的?在油氣管線工程中得到了廣泛的應(yīng)用。定向鉆穿越施工中需要大量使用泥漿。陜京二線大清河定向鉆施工中采用了振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)的處理工藝流程?除了采用割縫式雙層篩外?處理工藝和石油固控系統(tǒng)相同。

2?5 市政淤泥市政淤泥包括建筑泥漿、雨水管道污泥等。市政污泥的固體組成以無機(jī)物為主?可將其作為替代土源?但在運(yùn)輸、利用前須對(duì)其進(jìn)行脫水。采用了振動(dòng)條篩加臥螺式離心機(jī)的處理工藝脫水?整個(gè)機(jī)組集成在拖車上?可移動(dòng)于各工點(diǎn)之間?生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明?脫水后的泥餅就含水率和土工穩(wěn)定性而言?已經(jīng)達(dá)到城市替代土的要求。

3 鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理現(xiàn)狀3?1 泥漿系統(tǒng)鐵路橋梁鉆孔樁成孔方式有3種：旋挖鉆、旋轉(zhuǎn)鉆和沖擊鉆?施工中都需要使用泥漿。旋挖鉆主要適用于松軟土地層和鉆孔較淺情況?鉆進(jìn)過程中利用泥漿護(hù)壁；旋轉(zhuǎn)鉆多用于較硬地層和鉆孔較深情況?鉆進(jìn)過程中利用泥漿護(hù)壁和攜帶鉆渣出孔；沖擊鉆適用于堅(jiān)硬地層?泥漿的作用同旋轉(zhuǎn)鉆。京滬高速鐵路泥漿配制方式有3種：

（1）自造漿在粘土地層鉆進(jìn)時(shí)?直接利用粘土造漿。在鉆具和地層接觸及向孔外輸運(yùn)鉆渣的過程中?粘土顆粒水化到泥漿中?使得泥漿中固體顆粒增加?在泥漿的容重、含砂率、黏度等性能指標(biāo)能得到滿足的前提下?可以采用此種泥漿配制方式。此種方式簡單、經(jīng)濟(jì)?因?yàn)榫咚勹F路粘土地層鉆孔采用自造漿方式一般能滿足京滬高速鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝要求?故在京滬高速鐵路粘土地層鉆孔施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）配制泥漿在對(duì)泥漿要求較高時(shí)?一般采用水、粘土（或膨潤土）和添加劑按適當(dāng)比例配制而成。京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江特大橋樁基施工中泥漿配合比。其余橋梁樁基施工時(shí)泥漿配合比類似

（3）化學(xué)造漿利用化學(xué)造漿液產(chǎn)品和粘土等在現(xiàn)場配制而成。京滬高速1標(biāo)段采用此種方式造漿。

3?2 泥漿處理現(xiàn)狀目前

目前?鐵路橋梁施工中?一般均采用沉淀池處理泥漿。來自鉆孔的泥漿經(jīng)過沉淀池?泥漿中的固體顆粒在沉淀池中自然沉淀?處理后的泥漿回流至鉆孔內(nèi)。一般情況下?旋挖鉆每4個(gè)墩設(shè)置1個(gè)沉淀池?旋轉(zhuǎn)鉆和沖擊鉆每1～2個(gè)墩設(shè)置1個(gè)沉淀池?沉淀池的容積按最大的鉆孔樁容積的2～3倍計(jì)算。只有極少數(shù)大橋施工工地采用了泥漿處理設(shè)備。以京滬高速為例：南京大勝關(guān)長江大橋工地使用了黑旋風(fēng)ZX-250泥漿凈化器?1標(biāo)段采用了石油固相控制設(shè)備中的除砂器用作清孔?濟(jì)南黃河大橋工地采用了自制的振動(dòng)篩加沉淀池處理水中墩出孔泥漿?其余工點(diǎn)均未使用泥漿處理設(shè)備。未廣泛采用泥漿處理設(shè)備的原因是：現(xiàn)有的泥漿處理設(shè)備不適合鐵路鉆孔樁施工工藝要求?而且功率較大?運(yùn)行成本較高。

4 結(jié)束語采用沉淀池分離泥漿中的鉆渣效率較低?并帶來一些環(huán)境問題；路外系統(tǒng)已廣泛采用泥漿處理設(shè)備處理泥漿；鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理仍多采用沉淀池；目前正在使用的泥漿處理設(shè)備不適應(yīng)鐵路橋梁施工工藝；因此有必要研究適合鐵路橋梁施工的工藝較簡單的泥漿處理技術(shù)和設(shè)備?以達(dá)到減少沉淀池的容積和廢棄泥漿的數(shù)量、保護(hù)環(huán)境的目的。

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