集成化盾构渣土资源化处理系统

集成化盾构渣土资源化处理系统

Summary：随着中国现代城市盾构工程的广泛实施，盾构渣土已成为发达城市建筑垃圾的主要来源，堆体边坡滑坡风险和城市环境带来了极大挑战。盾构掘进施工产生的大量废弃渣土的脱水、运输、堆填等过程均对城市环境产生很大不利影响，且对于寸土寸金的大城市堆填消纳很难提供土地资源，所以对盾构渣土无害化处理、资源化利用技术研究势在必行，依托中铁六局深圳地铁14号线项目，根据现场渣土情况配备相应渣土环保处理设备，通过一系列集成化、模块化流程，在盾构渣土环保处理和资源化利用技术上进一步研究，以促进盾构渣土处置向“无害化、资源化、标准化、产业化”方向发展，有效提升地铁建设的生态环保功能，通过满足环保要求，通过渣土回收利用、变废为宝、减排等手段深入实现环保要求，进一步挖掘施工成本效益、社会效益。关键字：盾构渣土；环保化处理；资源化利用1.引言伴随社会经济飞速发展，城市轨道交通的建设日益成为城市基础设施建设的重要组成部分，但是在轨道交通建设中出现的诸多环保问题，一直是困扰政府和建设施工方的难题，这其中就包括盾构施工产生大量渣土的处理问题。从现在国内主要城市对地铁施工情况来看，对盾构渣土的处理只有少部分城市因环保要求高而配置了筛分压滤装置，大部分项目处理方式都是弃置处理，目前对盾构渣土环保处理及资源再利用极为迫切和需要。本文依托某工程盾构渣土环保处理系统的设施配备以及施工工艺，对盾构产生的渣土有效综合环保循环利用方案进行系统研究和评价，旨在环保的基础上节约施工成本。2.传统渣土处理和环保处理系统的优缺点对于现阶段盾构施工，不管是泥水平衡还是土压平衡，产生的渣土大都是采用传统处理即：露天堆放晾晒、外运弃置、填埋。按照传统渣土处理方式若能够晾晒后处理成本低，不需要投入专业设备，前期成本较低，但需要很大堆放场地，传统渣土处理方法存在以下问题：（1）盾构产生的渣土含水率高，含泥率高，外运过程中不可避免的产生撒漏，会对环境造成一定污染；（2）排出的泥浆风干后会引起扬尘引起空气质量下降；（3）传统弃置会造成渣土中水、石子、黏土、砂子等可再利用资源的浪费；（4）城市轨道盾构施工传统排放场地无法满足要求且破坏市容，无法保障堆放安全。3．盾构渣土环保处理系统简介3.1环保系统集成化模块介绍考虑系统各处理工艺环节对应处理设备的功能属性、安装位置、连接关系、接口尺寸，同时满足吊装快捷、维保便利、便于延拓等要素，对系统设备进行模块划分；考虑功能整合、能力匹配、物料流转、附属结构、连接结构、针对性改造和便于拆解等需求，进行模块设计。最终形成功能独立、结构独立、便于复制、方便加装的系统子模块，实现盾构渣土环保处理系统的集成化布置和模块化安装要求。盾构渣土环保处理系统可分为给料筛分模块、洗砂旋流模块、加药絮凝模块和压滤模块。图1盾构渣土环保处理系统流程图3.1.1筛分模块筛分模块由1套分料斗、2台给料机、2台振动筛、1套筛下溜槽以及1套集成钢结构组成。给料机使入料量和分布均匀并使入料特性松散，利于保持筛分设备工作状态稳定，发挥筛分设备能力并提高筛分效果。给料机具有结构简单紧凑、安装维护方便、效率高、噪音低等特点；振动筛用以物料分离，得到较大颗粒砂石，并对物料进行脱泥、清洗和脱水，提高粗砂洁净程度并降低粗砂含水率。振动筛采用三轴强迫同步振动方式，可以方便的实现圆振动、直线振动或椭圆振动的转换，激振力、振幅以及频率均可调节。振动筛具有处理能力大、筛分效率高、不易堵塞等特点。3.1.2洗砂旋流模块洗砂模块由2台叶轮洗砂机、4台旋流器（含4台配套供浆泵）、1台脱水筛、1套脱水筛溜板、1套分液箱以及1套集成钢结构组成。叶轮洗砂机用以泥砂分离，得到含泥率极低的洁净中细砂和含砂较少的溢流泥浆。具有洗净度高、处理量大、功率消耗小、使用寿命长等特点，；旋流器用以实现高精度的泥砂分离，得到几乎不含砂的泥浆和含泥率较低的中细砂。具有分离精度高、分离效率高、占地面积小、使用寿命长等特点，脱水筛主要用以振动脱水，降低中细砂的含水率，并带有辅助脱泥功能，可降低中细砂的含泥率。具有处理能力高、使用寿命长等特点。3.1.3加速絮凝模块絮凝模块由1台自动制药/加药装置和多套絮凝罐（根据具体项目选则罐体数量，本项目为4套）组成。加药装置用以自动制作、搅拌和添加絮凝剂，絮凝罐用以使泥浆与药剂充分混合并絮凝沉淀，上部螺旋进料使泥浆与药剂充分混合并絮凝，中心进料后高效沉淀。3.1.4压滤模块压滤模块由4台压滤机组成。压滤机用以固液分离，得到含水率较低的干化泥饼和清澈的压滤清液，具有工作压力大、安全可靠等特点。4台压滤机并联设置，独立工作，高效可靠，提高了系统灵活度和容错率。4.处理结果及评价4.1处理后的资源利用减少排放达到环保效果经过环保处理系统处理后，盾构渣土被分离成大粒径骨料、粗砂、中细砂、干化泥饼和水，这些资源都可以变废为宝、回收利用，粗砂和中细砂可以使用与现场施工，既减少了排放又减少了采购，有一定的经济价值；水和泥饼可据需利用，无法利用的也已达到环保排放标准，满足环保要求；通过解决环保问题促使了施工成本节约。4.1.1大粒径骨料、粗砂大粒径骨料由于筛分机筛出，机器配置的筛网分三层，尺寸为3mm-50mm，筛分的不同粒径的大骨料和粗砂可堆放于仓库中备用，这些骨料可用于临建路面修补，制备路面砖，植草砖等砌块。4.1.2中细砂为确保筛分出来的砂子能用于盾构同步浆液现场实际生产中，对不同地层、不同时间生产出来的砂子，根据规范GB/T14684-2011《建设用砂》建筑用砂要求对筛分的砂子进行检测：颗粒级配、含泥量指标，获得试验数据中的天然砂级配曲线良好，颗粒粒径含量均在规范限值范围内4.1.3清水经处理后的清水可继续参与系统循环，设备正常运行时几乎不需补充额外水，若渣土含水率较高时，系统还可排出清水用于施工现场冲洗场地、喷淋降尘、绿化洒水等。4.1.4干化泥饼经过压滤后的干化泥饼可以制作种植土，黏土是干化泥饼的主要成分，也是种植土的重要组成部分，具有良好的保水、保肥能力。干化泥中的有机质含量较高，满足植物对土壤肥力的需求。种植土是将盾构泥饼中加入土沙、砾石、木屑、泥炭、枯叶等，辅以有机质含量高的发酵粪肥、发酵餐厨垃圾以及发酵园林废弃物等。4.2处理效率、经济效益分析盾构渣土环保处理系统模块数量需求可根据盾构掘进出渣量核算所需的处理效率进行安装。渣土处理效率表设备名称一体式洗砂机压滤机（压出干燥泥饼量）数量/台12处理能力（m3/h）807×2总处理量（m3/天）1920336以某工程为例，经统计每掘进1环，平均筛分出细砂约4.5t，这些砂可全部用于盾构同步注浆材料，按照四坳区间左右线共3495环，若能全部采用筛分的砂子，可减少砂子采购15727t，按照每吨细砂价格195元计算，可节约砂子采购成本306万元；筛分出的15272吨砂子约11234方，此部分砂子无需外运弃置费，按照深圳目前市场渣土外运弃置250元/m3计算，可节约外运弃置费用约280万元；压滤出的水平均每环按照10t回收用于注浆材料，可利用的水约34950t，按照每吨5元计算，节约成本17.5万；此外压滤干结泥饼在进过处理后可以烧制成砖，在未来解决泥饼中杂质含量后理论上盾构渣土环保处理后可达到零排放，可大幅降低外运弃置成本；目前统计预计四坳区间盾构处理系统可节约成本400-500万元。除这些直观成本节约外，因筛分压滤的渣土运输方便、受纳容易减小了因渣土外运困难导致的盾构掘进停机，降低了天气影响渣土不能外运导致盾构停机等工期成本。4.3总结盾构渣土环保处理系统相对于传统渣土处理更符合更实用现代城市发展的进程，虽然现在无害化处理技术还不够成熟，但随着经济发展，社会水平的提高，在不远的将来，盾构渣土无害化处理技术将得到更大的进步。5.结论随着城市化进程不断加快，绿水青山就是金山银山的理念已经深入人心，传统的渣土处理方式已不适用绿色施工的理念，国家和政府正大力支持和发展绿色施工和资源再利用技术，积极引导盾构渣土处置向“无害化、资源化、标准化、产业化”的方向发展，同时渣土环保处理技术也将不断完善成熟，确保绿色施工不断发展和推广，盾构渣土环保处理系统在之后的盾构施工中应用必将越来越广泛。1）环保化处理：通过合理配置渣土筛分系统，能够做到渣土环保分离，在技术层面实现真正“零排放、零污染”。2）资源化利用：处理后的粗砂、中细砂、干化泥饼和水均有巨大的资源利用价值。在地质条件合适的情况下，粗砂、中细砂可再售卖，相较于未经处理的渣土，其经济效益高，中细砂还可用于现场盾构注浆，清水可用于道路清洁、系统自循环，最大程度上实现资源循环利用。Reference[1]郭卫社,王百泉,李沿宗,等.盾构渣土无害化处理、资源化利用现状与展望[J].隧道建设(中英文),2020,40(8):1101.[2]杨寰宇,赵东平,王文谋,等.广