集成化盾構(gòu)渣土資源化處理系統(tǒng)

集成化盾構(gòu)渣土資源化處理系統(tǒng)

Summary：隨著中國(guó)現(xiàn)代城市盾構(gòu)工程的廣泛實(shí)施，盾構(gòu)渣土已成為發(fā)達(dá)城市建筑垃圾的主要來(lái)源，堆體邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)和城市環(huán)境帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。盾構(gòu)掘進(jìn)施工產(chǎn)生的大量廢棄渣土的脫水、運(yùn)輸、堆填等過(guò)程均對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生很大不利影響，且對(duì)于寸土寸金的大城市堆填消納很難提供土地資源，所以對(duì)盾構(gòu)渣土無(wú)害化處理、資源化利用技術(shù)研究勢(shì)在必行，依托中鐵六局深圳地鐵14號(hào)線項(xiàng)目，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)渣土情況配備相應(yīng)渣土環(huán)保處理設(shè)備，通過(guò)一系列集成化、模塊化流程，在盾構(gòu)渣土環(huán)保處理和資源化利用技術(shù)上進(jìn)一步研究，以促進(jìn)盾構(gòu)渣土處置向“無(wú)害化、資源化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化”方向發(fā)展，有效提升地鐵建設(shè)的生態(tài)環(huán)保功能，通過(guò)滿足環(huán)保要求，通過(guò)渣土回收利用、變廢為寶、減排等手段深入實(shí)現(xiàn)環(huán)保要求，進(jìn)一步挖掘施工成本效益、社會(huì)效益。關(guān)鍵字：盾構(gòu)渣土；環(huán)保化處理；資源化利用1.引言伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)日益成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，但是在軌道交通建設(shè)中出現(xiàn)的諸多環(huán)保問(wèn)題，一直是困擾政府和建設(shè)施工方的難題，這其中就包括盾構(gòu)施工產(chǎn)生大量渣土的處理問(wèn)題。從現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要城市對(duì)地鐵施工情況來(lái)看，對(duì)盾構(gòu)渣土的處理只有少部分城市因環(huán)保要求高而配置了篩分壓濾裝置，大部分項(xiàng)目處理方式都是棄置處理，目前對(duì)盾構(gòu)渣土環(huán)保處理及資源再利用極為迫切和需要。本文依托某工程盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)的設(shè)施配備以及施工工藝，對(duì)盾構(gòu)產(chǎn)生的渣土有效綜合環(huán)保循環(huán)利用方案進(jìn)行系統(tǒng)研究和評(píng)價(jià)，旨在環(huán)保的基礎(chǔ)上節(jié)約施工成本。2.傳統(tǒng)渣土處理和環(huán)保處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)階段盾構(gòu)施工，不管是泥水平衡還是土壓平衡，產(chǎn)生的渣土大都是采用傳統(tǒng)處理即：露天堆放晾曬、外運(yùn)棄置、填埋。按照傳統(tǒng)渣土處理方式若能夠晾曬后處理成本低，不需要投入專業(yè)設(shè)備，前期成本較低，但需要很大堆放場(chǎng)地，傳統(tǒng)渣土處理方法存在以下問(wèn)題：（1）盾構(gòu)產(chǎn)生的渣土含水率高，含泥率高，外運(yùn)過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生撒漏，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定污染；（2）排出的泥漿風(fēng)干后會(huì)引起揚(yáng)塵引起空氣質(zhì)量下降；（3）傳統(tǒng)棄置會(huì)造成渣土中水、石子、黏土、砂子等可再利用資源的浪費(fèi)；（4）城市軌道盾構(gòu)施工傳統(tǒng)排放場(chǎng)地?zé)o法滿足要求且破壞市容，無(wú)法保障堆放安全。3．盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1環(huán)保系統(tǒng)集成化模塊介紹考慮系統(tǒng)各處理工藝環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)處理設(shè)備的功能屬性、安裝位置、連接關(guān)系、接口尺寸，同時(shí)滿足吊裝快捷、維保便利、便于延拓等要素，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行模塊劃分；考慮功能整合、能力匹配、物料流轉(zhuǎn)、附屬結(jié)構(gòu)、連接結(jié)構(gòu)、針對(duì)性改造和便于拆解等需求，進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。最終形成功能獨(dú)立、結(jié)構(gòu)獨(dú)立、便于復(fù)制、方便加裝的系統(tǒng)子模塊，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)的集成化布置和模塊化安裝要求。盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)可分為給料篩分模塊、洗砂旋流模塊、加藥絮凝模塊和壓濾模塊。圖1盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)流程圖3.1.1篩分模塊篩分模塊由1套分料斗、2臺(tái)給料機(jī)、2臺(tái)振動(dòng)篩、1套篩下溜槽以及1套集成鋼結(jié)構(gòu)組成。給料機(jī)使入料量和分布均勻并使入料特性松散，利于保持篩分設(shè)備工作狀態(tài)穩(wěn)定，發(fā)揮篩分設(shè)備能力并提高篩分效果。給料機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、安裝維護(hù)方便、效率高、噪音低等特點(diǎn)；振動(dòng)篩用以物料分離，得到較大顆粒砂石，并對(duì)物料進(jìn)行脫泥、清洗和脫水，提高粗砂潔凈程度并降低粗砂含水率。振動(dòng)篩采用三軸強(qiáng)迫同步振動(dòng)方式，可以方便的實(shí)現(xiàn)圓振動(dòng)、直線振動(dòng)或橢圓振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，激振力、振幅以及頻率均可調(diào)節(jié)。振動(dòng)篩具有處理能力大、篩分效率高、不易堵塞等特點(diǎn)。3.1.2洗砂旋流模塊洗砂模塊由2臺(tái)葉輪洗砂機(jī)、4臺(tái)旋流器（含4臺(tái)配套供漿泵）、1臺(tái)脫水篩、1套脫水篩溜板、1套分液箱以及1套集成鋼結(jié)構(gòu)組成。葉輪洗砂機(jī)用以泥砂分離，得到含泥率極低的潔凈中細(xì)砂和含砂較少的溢流泥漿。具有洗凈度高、處理量大、功率消耗小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，；旋流器用以實(shí)現(xiàn)高精度的泥砂分離，得到幾乎不含砂的泥漿和含泥率較低的中細(xì)砂。具有分離精度高、分離效率高、占地面積小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，脫水篩主要用以振動(dòng)脫水，降低中細(xì)砂的含水率，并帶有輔助脫泥功能，可降低中細(xì)砂的含泥率。具有處理能力高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。3.1.3加速絮凝模塊絮凝模塊由1臺(tái)自動(dòng)制藥/加藥裝置和多套絮凝罐（根據(jù)具體項(xiàng)目選則罐體數(shù)量，本項(xiàng)目為4套）組成。加藥裝置用以自動(dòng)制作、攪拌和添加絮凝劑，絮凝罐用以使泥漿與藥劑充分混合并絮凝沉淀，上部螺旋進(jìn)料使泥漿與藥劑充分混合并絮凝，中心進(jìn)料后高效沉淀。3.1.4壓濾模塊壓濾模塊由4臺(tái)壓濾機(jī)組成。壓濾機(jī)用以固液分離，得到含水率較低的干化泥餅和清澈的壓濾清液，具有工作壓力大、安全可靠等特點(diǎn)。4臺(tái)壓濾機(jī)并聯(lián)設(shè)置，獨(dú)立工作，高效可靠，提高了系統(tǒng)靈活度和容錯(cuò)率。4.處理結(jié)果及評(píng)價(jià)4.1處理后的資源利用減少排放達(dá)到環(huán)保效果經(jīng)過(guò)環(huán)保處理系統(tǒng)處理后，盾構(gòu)渣土被分離成大粒徑骨料、粗砂、中細(xì)砂、干化泥餅和水，這些資源都可以變廢為寶、回收利用，粗砂和中細(xì)砂可以使用與現(xiàn)場(chǎng)施工，既減少了排放又減少了采購(gòu)，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；水和泥餅可據(jù)需利用，無(wú)法利用的也已達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求；通過(guò)解決環(huán)保問(wèn)題促使了施工成本節(jié)約。4.1.1大粒徑骨料、粗砂大粒徑骨料由于篩分機(jī)篩出，機(jī)器配置的篩網(wǎng)分三層，尺寸為3mm-50mm，篩分的不同粒徑的大骨料和粗砂可堆放于倉(cāng)庫(kù)中備用，這些骨料可用于臨建路面修補(bǔ)，制備路面磚，植草磚等砌塊。4.1.2中細(xì)砂為確保篩分出來(lái)的砂子能用于盾構(gòu)同步漿液現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)不同地層、不同時(shí)間生產(chǎn)出來(lái)的砂子，根據(jù)規(guī)范GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》建筑用砂要求對(duì)篩分的砂子進(jìn)行檢測(cè)：顆粒級(jí)配、含泥量指標(biāo)，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的天然砂級(jí)配曲線良好，顆粒粒徑含量均在規(guī)范限值范圍內(nèi)4.1.3清水經(jīng)處理后的清水可繼續(xù)參與系統(tǒng)循環(huán)，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)幾乎不需補(bǔ)充額外水，若渣土含水率較高時(shí)，系統(tǒng)還可排出清水用于施工現(xiàn)場(chǎng)沖洗場(chǎng)地、噴淋降塵、綠化灑水等。4.1.4干化泥餅經(jīng)過(guò)壓濾后的干化泥餅可以制作種植土，黏土是干化泥餅的主要成分，也是種植土的重要組成部分，具有良好的保水、保肥能力。干化泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高，滿足植物對(duì)土壤肥力的需求。種植土是將盾構(gòu)泥餅中加入土沙、礫石、木屑、泥炭、枯葉等，輔以有機(jī)質(zhì)含量高的發(fā)酵糞肥、發(fā)酵餐廚垃圾以及發(fā)酵園林廢棄物等。4.2處理效率、經(jīng)濟(jì)效益分析盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)模塊數(shù)量需求可根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)出渣量核算所需的處理效率進(jìn)行安裝。渣土處理效率表設(shè)備名稱一體式洗砂機(jī)壓濾機(jī)（壓出干燥泥餅量）數(shù)量/臺(tái)12處理能力（m3/h）807×2總處理量（m3/天）1920336以某工程為例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)每掘進(jìn)1環(huán)，平均篩分出細(xì)砂約4.5t，這些砂可全部用于盾構(gòu)同步注漿材料，按照四坳區(qū)間左右線共3495環(huán)，若能全部采用篩分的砂子，可減少砂子采購(gòu)15727t，按照每噸細(xì)砂價(jià)格195元計(jì)算，可節(jié)約砂子采購(gòu)成本306萬(wàn)元；篩分出的15272噸砂子約11234方，此部分砂子無(wú)需外運(yùn)棄置費(fèi)，按照深圳目前市場(chǎng)渣土外運(yùn)棄置250元/m3計(jì)算，可節(jié)約外運(yùn)棄置費(fèi)用約280萬(wàn)元；壓濾出的水平均每環(huán)按照10t回收用于注漿材料，可利用的水約34950t，按照每噸5元計(jì)算，節(jié)約成本17.5萬(wàn)；此外壓濾干結(jié)泥餅在進(jìn)過(guò)處理后可以燒制成磚，在未來(lái)解決泥餅中雜質(zhì)含量后理論上盾構(gòu)渣土環(huán)保處理后可達(dá)到零排放，可大幅降低外運(yùn)棄置成本；目前統(tǒng)計(jì)預(yù)計(jì)四坳區(qū)間盾構(gòu)處理系統(tǒng)可節(jié)約成本400-500萬(wàn)元。除這些直觀成本節(jié)約外，因篩分壓濾的渣土運(yùn)輸方便、受納容易減小了因渣土外運(yùn)困難導(dǎo)致的盾構(gòu)掘進(jìn)停機(jī)，降低了天氣影響渣土不能外運(yùn)導(dǎo)致盾構(gòu)停機(jī)等工期成本。4.3總結(jié)盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)渣土處理更符合更實(shí)用現(xiàn)代城市發(fā)展的進(jìn)程，雖然現(xiàn)在無(wú)害化處理技術(shù)還不夠成熟，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)水平的提高，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，盾構(gòu)渣土無(wú)害化處理技術(shù)將得到更大的進(jìn)步。5.結(jié)論隨著城市化進(jìn)程不斷加快，綠水青山就是金山銀山的理念已經(jīng)深入人心，傳統(tǒng)的渣土處理方式已不適用綠色施工的理念，國(guó)家和政府正大力支持和發(fā)展綠色施工和資源再利用技術(shù)，積極引導(dǎo)盾構(gòu)渣土處置向“無(wú)害化、資源化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化”的方向發(fā)展，同時(shí)渣土環(huán)保處理技術(shù)也將不斷完善成熟，確保綠色施工不斷發(fā)展和推廣，盾構(gòu)渣土環(huán)保處理系統(tǒng)在之后的盾構(gòu)施工中應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。1）環(huán)?；幚恚和ㄟ^(guò)合理配置渣土篩分系統(tǒng)，能夠做到渣土環(huán)保分離，在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)真正“零排放、零污染”。2）資源化利用：處理后的粗砂、中細(xì)砂、干化泥餅和水均有巨大的資源利用價(jià)值。在地質(zhì)條件合適的情況下，粗砂、中細(xì)砂可再售賣，相較于未經(jīng)處理的渣土，其經(jīng)濟(jì)效益高，中細(xì)砂還可用于現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)注漿，清水可用于道路清潔、系統(tǒng)自循環(huán)，最大程度上實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。Reference[1]郭衛(wèi)社,王百泉,李沿宗,等.盾構(gòu)渣土無(wú)害化處理、資源化利用現(xiàn)狀與展望[J].隧道建設(shè)(中英文),2020,40(8):1101.[2]楊寰宇,趙東平,王文謀,等.廣