第三章 四、泥水分离处理系统
将掘削下来的土砂形成泥水，通过流体进行输出。经分离成土砂和水，最后将土砂排弃的处理系统。在这个处理系统中，将大直径砾石和砂作机械筛分， 小颗粒粉砂土、粘土胶体用凝集剂使其形成团粒后，采取强制脱水。通过一次处理分离大颗粒，二次处理分离小颗粒和泥水处理后，部分泥水再次与开挖面循环，其 中泥水浓度的控制、开挖面稳定、泥水处理设备的运转以及弃土等所有各个环节，是作为泥水加压式盾构工法系统的一部分，对此一定要从整体的相互关系上来考 察。处理中使用的机械设备，根据诸多实绩，正在搜索其最大公约数，以便设备的改造和大型化。对凝集剂的使用也一样，即要适合泥水加压式盾构要求，还要满足 环境卫生等问题。对于高分子系有机凝集剂采取避而不用，而仅使用无机凝集剂的施工实例正在日趋增多。
兼用高分子系凝集剂泥水处理系统见图 66，仅使用无机凝集剂的泥水处理系统见图 67，抓斗式和高压喷水式高速分离型分别见图 68、图 69。
图 66
兼用高分子系凝集剂泥水处理系统
图 67
仅使用无机凝集剂泥水处理系统
图 68
抓斗式
图 69
高压喷水式高速分离型
1 1 一次处理设备
原则上，作为分级 74μ以上大颗粒设备，由以下部件组成，其性能是根据掘进速度(掘进处理量)、能力、设备基地规模及脱水机能力进行选择，见照片 9。
①滚网筛
用于大直径砾石或砾石量多的场合；
②螺旋分级
能力大，适合于砂土，但脱水困难；
③低水头过滤网
用于粗滤，也包括振动式都受到广泛使用；
④旋流器
利用粒子重力，作旋流旋转分级。粗滤时使用率极高；
⑤砂料集流(砂料分选机)
多数是同振动式过滤网、拦门沙之类的连用形式。能分级成相当小的粒子，脱水效率高，使用率极高，见图 70；
⑥旋转式
采用再次和旋流器同时并用；
⑦沉淀槽
是增大沉淀面积，加快沉淀速度的箱形槽，较多采用同时并用形式，见图71。
照片 9
一次处理设备
图 70
砂料分选机
图 71
沉淀槽
2 2 二次处理设备
原则上 74μ以下的小颗粒土砂(粉砂土、粘土、胶体)，呈电化学结合。由于作机械性分离困难，并且粒子小，沉降速度慢，所以自然沉淀需要很 长时间，而且要有规模大的沉淀池。目前多数采用添加凝集剂，使其形成团粒(絮凝)，成为便于处理的大颗粒后再强制脱水。二次处理设备也使用诸多机械，但能 量消耗较大而脱水分离效果并不理想。在城市建设工程中，迫于运输弃土的需要，多少还是要做出些能量牺牲，机械也相应受到压缩。其装置有：
①圆筒型造粒脱水装置
滚动团粒使其造粒的装置，如液压滚筒机等，作为辅助设备使用；
②脱水传送带
在向上捞取的同时进行脱水的装置，如筛滤机等，是脱水辅助装置；
③带式加压脱水机
是用滚轮，履带加压滤布皮带的脱水机，如加压机等，脱水效率不高，但能连续处理，见图 72、图 73、图 74；
图 72
带式加压脱水机
图 73
滚动加压
图 74
真空加压脱水机
④压滤机
利用泥水压力，经滤布使其脱水，如索尼加压机等。脱水效率高，能进行设备改造和设备大型化，也能与压榨机合并使用，见图 75、图 76、图 77、图 78、照片 10、照片 11、照片 12。
图 75
压滤机标准图
图 76
过滤工序(压滤机)
图 77
大型压滤机 80″(例)
图 78
压榨式压滤机
照片 10
压滤机
照片 11
滤饼
照片 12
压榨压滤机
二次处理强制脱水装置见表 20。
二次处理强制脱水装置
表 表 20 型式 方法 装置名 圆筒型造粒脱水机 在圆筒内滚动絮凝体，使其造粒，并脱水 旋转分离器 脱水输送机 脱水絮凝物的同时捞起脱水物 D 型脱水输送机(超声波)、整体分离器、网式压榨机 真空过滤机 在真空状态下脱水 圆筒过滤器、钢丝过滤器 带式加压脱水 用滚轮和履带加压滤布上的皮带，并使其中的泥脱水 网型加压机 压滤机 利用泥水压力，由滤布使其脱水 索尼加压机(超声波) 离心脱水机 利用泥水的流速进行离心分离，此外，用强制性离心力使其脱水 旋流器 日立离心脱水机 液压脱水机 利用油缸的油压脱水 整体加压机 火热干燥机 在圆筒中燃火，使其干燥 泥浆干燥机
泥水处理设备的设施计划是对各器械处理的土砂量和剩余水量进行探讨的同时，以最大掘进量和最大处理量为基础，留有一定的余量后作决定和设施的。该计算是利用物质平衡原理，制订出图表后进行计算的。
3 3 泥水处理的物质平衡计算实例
下列计算是在土质为粉砂土(粘土占 90%，砂占 10%)、隧道直径 5850mm 场合下的计算实例，以一次处理、二次处理、压滤机为主的组合。
(1)掘削条件
①掘削直径
φ5850mm
②环长
900mm
③断面积
26.9m2
④掘削量
24.21m3 /环
⑤掘削速度
5cm/min
18min/环
⑥掘削周期
60min/环
⑦送泥水量
3.2m3 /
57.6m 3 /环
⑧泥水浓度
36.4%(重量)
(2)土质条件
①真比重
2.7
②含水比
60%
③容重
1.65
④颗粒组成
砂 10%，粉砂土、粘土 90%
(3)物质平衡(见表 21)
假设土体中 90%的粉砂土粘土溶解于送泥水中。
表 表 21
以上结果如流程图及物质平衡图(图 79)所示
泥水处理地面设备见照片 13，泥水处理装置主要设备一览表见表 22，泥水处理流程图及物质平衡图(实例)见图 79，泥水处理设备(实例)平面布置见图 80，泥水处理设备(实例)剖面布置见图 81，图 80、图 81 附表见表 22。
照片 13
泥水处理地面设备土砂漏斗、接水槽
泥水处理装置主要设备一览表( ( 例) )
表 表 22 No. 名称 规格 数量 kW×n=kW 1 低水头筛 1，200B×2，400 l 简式沉排 1 7.5×1=7.5 2 原水槽 2，500×4，000×2，500
18m3
1
3 P 1
水中拌浆泵 DP-50 2 37×2=74 0.3m3 /min×25mH 4 第 1 旋流器 300φ胶衬 2
5 脱水筛 800B×3，000 l 低水头型 2 7.5×2=15 SUS 条状格栅 6 P 2
1m3 /min×20mH 4 11×4=44 7 第 2 旋流器 225φ胶衬 4
8 比重调整器 比重检测，稀释水量自动调节 1
9 调整槽 4，850φ×3.051H
55m3
1 3.7×2=7.4 10 P 3
水中搅拌机 1 7.5×1=7.5 1.5m3 /min×10mH 11 余剩泥水槽 4，850φ×3.050H
55m3
2 7.5×4=14.8 12 PAC 槽 2，360φ×2.660 H
10m3
1
聚乙烯 13 P 6
4，150CC/min
5kg/cm2
1 0.4×1=0.4 B×D-53 14 高分子溶解槽 2，400φ×3.200H
12m3
2 7.5×2=15 15 P 7
60l/min×10mH 旋转型 2 1.5×2=3.0 FP 1
1/2 16 混合凝集槽 1，500φ×2.030H
1.7m3
1
17 沉淀槽 6，800φ×4.500H
163m2
1 2.2×2=4.4 有效面积 317m2
18 净水槽 4，850φ×3.750H
69m3
1
19 P 4
2.0m3 /min×10mH 1 7.5×
1=7.5 20 P 5
1.5m3 /min×10mH 1 5.5×1=5.5 21 P 8
耐摩涡流式 2 22×2=44 22 压滤机 60 吋 100 型
自动开框 3 1.5×3=4.5 过滤面积 400m2
滤饼量 6m 3
23 脱水槽 1，375B×10，900 l
2
24 液压设备 150kg/cm2
1 7.5×1=7.5 25 过滤水槽 2，900φ×2，250H
15m3
1
26 P 9
1.5m3 /min×10mH 1 5.5×1=5.5 27 滤布清洗泵 25l/min×30kg/cm2 可搬型 1 2.2×1=2.2 28 皮带输送机
A 900B×13，500 l
水平 2 3.7×2=7.4 29 皮带输送机
B 750B×20，000 l
水平 1 3.7×1=3.7 30 皮带输送机
C 600B×22，000 l
倾斜 1 5.5×1=5.5 31 皮带输送机
D 400B×10，000 l
水平 1 2.2×1=2.2 32 皮带输送机 0.5m3 /min×10kg/cm 2
2 3.7×2=7.4 33 土砂料斗 25m3
1
34 小型皮带输送机 1.09m3 /min×10kg/cm 2
1 3.7×1=3.7 35 受水槽 2，420φ×3，050H
13m3
1
36 P 10
1.0m3 /min×15mH 1 5.5×1=5.5
计
305.1
图 79
泥水处理流程图及物质平衡图(实例)
图 80
泥水处理设备(实例)平面布置
图 81
泥水处理设备(实例)剖面布置
图 图 80 、1 81 附表 No. 品
名 材
质 数
量 摘
要 1 低水头筛 2 1500B×3000L
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 泥水槽 集砂器 集砂器 比重调整器 设整槽 余剩泥水槽 P－2 P－3 PAC 槽 P－4 泥浆槽 索尼加压设备 滤水槽 P－6 稀释水槽 P－7 CMC 深解槽 粘土深解槽 贮泥槽 P－8 P－9 P－10 皮带输送机
A 皮带输送机
B 皮带输送机
C 皮带输送机
D 皮带输送机
E 土砂槽 中和设备 井内排水处理设备 P－16 补给水槽 余剩泥水槽
2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 3 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
2m×3m×3mH 18m3
SGS-160-6 SGS-120-4
4850φ×3050H 55m3
4850φ×3050H 55m3
2360φ×2935H 10m3
6300φ×4500H 130m3
80 吋 120 空 全自动 3600φ×3050H 30m3
6790φ×4500H 160m3
1500φ×2160H 3m3
1500φ×2160H 3m3
3880φ×1900H 20m3
500B×16mL 900B×17mL 750B×19mL ＜2° 750B×29.5mL ＜12° 900B×27.5mL ＜13°
10m3 /h 10m3 /h
3600φ×3050H30m3
5780φ×3050φ80m3
4 4 泥水处理凝聚剂
(1)无机系凝聚剂
凝聚剂种类繁多，在无机凝聚剂中，用于泥水盾构的材料有以下几种：
· 明矾
Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O
· 聚氯铝
PAC=［Al 2 (OH)nCl 6-n ］m
· 铝酸盐
NaAlO 2
· 石灰
CaO
· 膨润土
Al 2 O 3 Fe 2 O 3 3MgO4SiO 2 nH 2 O 等，因担心环境污染，对高分子材料避而不用，即使效果略偏低，也只使用 PAC 进行施工。在泥水加压盾构工法中，几乎只使用 PAC 凝聚剂。
(2)有机系凝聚剂
有机系凝聚剂属高分子系材料，其大部分是在先用无机系凝聚剂使其粗凝聚后再使用的，其中效果最好的丙烯酰胺材料，由于受聚合物中残留的单位量约束，加之有弃土时的污染和排水时的污染之虑，使用率正逐渐减少。但是实际使用量，从 PPM 数量单位的订单上看，未必是在回避。
高分子凝聚剂中有聚丙烯酰胺和聚乙烯胺等，它能生成任何一种阳离子、阴离子、非离子的各种离子性物质，要在试着检查土质的同时来决定是否适合。
此外，还有阳、阴离子界面活性剂，但作为分散剂，很少只作为膨润土劣化防止剂来使用。
丙烯酰胺系高分子凝聚剂的规定值见表 23，排放基准见表 24。
丙烯酰胺系高分子凝聚剂的规定值
表 表 23
质量上的规定值 使用上的规定值 日本厚生省环境卫生局 丙烯酰胺单体含有量在0.05%以下 丙烯酰胺单体用浓度在0.01ppm 以下 美国环境保护局 丙烯酰胺单体含有量在0.05%以下 饮用水处理最大添加物 1ppm
排放基准
表 表 24
滤饼、弃土情况见照片 14，皮带输送、料斗工作情况见照片 15。
照片 14
滤饼、弃土
照片 15
皮带输送、料斗
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