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含砂地層盾構(gòu)渣土減量化資源化利用技術(shù)介紹

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中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司科技創(chuàng)效推廣應(yīng)用技術(shù)名錄
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（一四三）含砂地層盾構(gòu)渣土減量化資源化利用技術(shù)介紹
1. 技術(shù)背景
目前，在城市地鐵隧道施工中主要應(yīng)用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)掘進(jìn)產(chǎn)生大量的渣土，盾構(gòu)渣土采用
泥頭車外棄存在能耗高、棄置消納困難、成本高的缺點(diǎn)，且盾構(gòu)渣土中的砂、石等也被棄置，浪費(fèi)
資源。在以“低碳環(huán)?！睘橹黝}的新時(shí)期下，對盾構(gòu)渣土減量化處置、資源化利用已經(jīng)迫在眉睫。
國內(nèi)單獨(dú)針對土壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)泥漿的處理技術(shù)廣泛應(yīng)用，但存在技術(shù)不成熟，產(chǎn)業(yè)線不穩(wěn)定，
未形成現(xiàn)場閉環(huán)管理等弊端。因此，如何快速、有效地對盾構(gòu)渣土分離，并加以資源化利用，打通
盾構(gòu)渣土的減量化資源化利用通道形成現(xiàn)場閉環(huán)管理，成為盾構(gòu)渣土處理工程能否順利實(shí)施的關(guān)鍵
問題之一。
本技術(shù)擬依托于深圳地鐵13 號線北延土建工程項(xiàng)目，結(jié)合地層含砂率高的特點(diǎn)，進(jìn)行了土壓盾
構(gòu)、泥水盾構(gòu)渣土的減量化分類處理，資源化綜合利用的探索，形成盾構(gòu)渣土減量化資源化利用技
術(shù)。
2. 技術(shù)簡介
該技術(shù)在泥水分離、壓濾技術(shù)基礎(chǔ)上，針對含砂地層研發(fā)了一種盾構(gòu)渣土減量化資源化技術(shù)，
由泥水分離、洗砂、壓濾三大系統(tǒng)組成。利用不同技術(shù)原理分三個(gè)步驟對渣土和泥漿中的泥、砂和
水進(jìn)行有序分離和資源化利用。
泥水分離。泥水盾構(gòu)掘進(jìn)開挖渣土與泥漿混合，用壓力管道輸送到地面泥水分離設(shè)備。泥漿通
過振動篩分分離出渣和泥砂，泥砂通過兩次旋流離心以及振動篩分分離出泥漿和砂。渣土和砂自然
掉落到地面堆場；泥漿輸送到盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)使用或直接壓濾。
洗砂。泥水分離的渣土和砂以及土壓盾構(gòu)渣土經(jīng)過鏟車上料進(jìn)入洗砂系統(tǒng)，通過物理打散，振
動篩分，沖擊破碎將砂制成小于3mm 的細(xì)砂；在打散、篩分、螺旋抽砂三個(gè)階段對砂進(jìn)行水洗除泥；
除泥后的潔凈砂通過振動脫水降低砂的含水率。洗砂產(chǎn)生的泥漿通過管道輸送到壓濾系統(tǒng)。
壓濾。洗砂排出的廢漿和泥水分離的廢漿通過管道輸送到濃縮罐，在罐內(nèi)加藥攪拌，使泥漿和
藥劑充分融合并產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，罐體底部沉淀形成濃泥漿，上部濾出清水；濃泥漿泵送到壓濾
機(jī)內(nèi)，濾布內(nèi)的泥漿在壓力擠壓作用下過濾清水并阻隔土顆粒富集成干化土。干化土運(yùn)輸至環(huán)保型
企業(yè)生成環(huán)保型建材。清水二次利用于洗砂、調(diào)整盾構(gòu)用泥漿或用于廠區(qū)沖洗保潔。
本技術(shù)具有低碳環(huán)保、節(jié)約成本和工藝先進(jìn)三大特點(diǎn)。
低碳環(huán)保。本技術(shù)主要利用電能，減少使用化石能源；生產(chǎn)過程中、干化土過程減少能源消耗，
節(jié)約用水、干化渣土、再生細(xì)砂，減少資源開采，大幅減少碳排放。
節(jié)約成本。對比于常規(guī)棄置盾構(gòu)土，盾構(gòu)土干化后體量大幅減少，降低成本；緩解了城市棄土
區(qū)緊張、盾構(gòu)土無處可棄的困境，避免因外運(yùn)困難導(dǎo)致盾構(gòu)停機(jī)；資源化再生砂供盾構(gòu)繼續(xù)使用，
減少成本，增加收入。
工藝先進(jìn)，處理效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好。技術(shù)集成三大系統(tǒng)裝備，各模塊之間獨(dú)立運(yùn)行，互不干
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擾，使得整個(gè)系統(tǒng)更穩(wěn)定。對各大系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化配置，對關(guān)鍵篩分設(shè)備、關(guān)鍵壓濾工序進(jìn)行改進(jìn)，
提高效率。采用PLC 集中控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工藝遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控，便于一站式管理。資源化產(chǎn)
品質(zhì)量較好，粗細(xì)骨料經(jīng)過兩次打散、三道水洗，使成品砂含泥量、含水率符合再生砂標(biāo)準(zhǔn)；清水
含固率低，資源化利用率高。
3. 適用范圍
本技術(shù)適用于含砂地層的土壓盾構(gòu)渣土及泥水盾構(gòu)泥漿的減量化資源化處理，當(dāng)?shù)貙雍奥省?
40%時(shí)經(jīng)濟(jì)效果好。
4. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)
4.1. 施工工藝流程
圖4.1 盾構(gòu)渣土減量化資源化工藝流程圖
4.2. 施工操作要點(diǎn)
4.2.1. 泥水盾構(gòu)掘進(jìn)
泥水盾構(gòu)掘進(jìn)的渣土通過粘度18s~30s、比重1.1~1.3 的泥漿攜帶渣土，泥漿通過DN300mm 壓
力管道輸送到泥水分離設(shè)備。
4.2.2. 土壓盾構(gòu)掘進(jìn)
土壓盾構(gòu)掘進(jìn)的渣土經(jīng)過螺旋輸送機(jī)、皮帶運(yùn)輸、電瓶車渣車水平運(yùn)輸、龍門吊垂直運(yùn)輸并傾
倒到渣土池，渣土池內(nèi)的渣土通過泥頭車運(yùn)輸至洗砂場地。
4.2.3. 泥漿初篩
泥水盾構(gòu)攜渣泥漿進(jìn)入初篩，篩孔直徑3mm。送漿前5min 啟動初篩振動電機(jī)，調(diào)整到適宜的振
動頻率和激振力，一般采用50Hz，激振力約400kN（宜小于最大激振力的70%）。通過振動篩分將
泥漿內(nèi)的粗顆粒與泥砂分離，篩出粒徑大于3mm 的渣土，渣土落至渣場堆置，余下的含砂泥漿通過
管路泵送進(jìn)入旋流儲漿槽。
4.2.4. 泥漿旋流、篩分
泥砂存儲到儲漿槽液位高度超過設(shè)定啟動液位線后，啟動渣漿泵和旋流器，泥漿進(jìn)入一級旋流
器，一級旋流離心除砂，處理粒徑：3mm～74μm，泥漿自流到底部的一級篩，篩孔直徑0.5mm；二
級旋流除砂處理粒徑：74μm～45μm，底部的二級篩篩孔直徑0.3mm，二級旋流操作流程同一級旋
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流。細(xì)砂分離出來落至渣場堆置，分離后合格泥漿供盾構(gòu)掘進(jìn)使用，超標(biāo)的廢漿進(jìn)行壓濾處理。
4.2.5. 打散、水洗
泥水分離的渣土和土壓盾構(gòu)渣土通過鏟車上料，啟動對滾和料斗，對滾打散渣土，渣土落入料
斗底部的水洗槽并運(yùn)輸?shù)狡剿Y。開啟平水篩上部水管，對渣土進(jìn)行沖洗，啟動平水篩，粒徑小于
50mm 的砂通過皮帶運(yùn)輸至密閉篩。
圖4.2.5 洗砂系統(tǒng)總成
4.2.6. 密閉篩二次水洗
依次啟動密閉篩振動電機(jī)，兩臺電機(jī)啟動時(shí)間間隔宜為6s~8s，同時(shí)開啟高壓水沖洗，振動篩
運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后再啟動皮帶機(jī)給料。給料后，粒徑小于3mm 的砂在密閉篩上方的高壓水沖洗作用下，除
去骨料中的泥，高壓水沖洗壓力0.9~1.1MPa，沖水量約200m³/h，電機(jī)激振力約100kN。密閉篩篩
面寬度2.8m，長度10m，上層篩篩孔直徑10mm，下層篩篩孔直徑3mm，粒徑小于3mm 的砂落到
螺旋洗砂的水槽進(jìn)行三次水洗，粒徑大于3mm 的砂經(jīng)過皮帶運(yùn)輸?shù)經(jīng)_擊破進(jìn)行破碎整形。
圖4.2.6 密閉復(fù)合篩
4.2.7. 沖擊破碎
粒徑大于3mm 的砂通過皮帶運(yùn)輸存儲到?jīng)_擊破上部的給料器，當(dāng)給料器存儲重量超過100t 時(shí)，
啟動下部的破碎機(jī)進(jìn)行破碎整形，使砂的粒徑小于3mm，細(xì)砂從排料管排除，經(jīng)皮帶運(yùn)輸?shù)矫荛]篩。
4.2.8. 螺旋洗砂三次水洗
向水槽中加水，啟動電機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，密閉篩篩分后的砂落入水槽。砂被順向、逆向水流沖
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刷去泥，潔凈砂經(jīng)過螺旋葉片抽到出料口，落入振動脫水篩。打開排漿口，排出水槽內(nèi)的渾濁水。
圖4.2.8 螺旋洗砂機(jī)
4.2.9. 脫水處理
啟動振動脫水篩，打開螺旋洗砂機(jī)出料口。含水潔凈砂落入脫水篩篩板，篩孔直徑120μm，電
機(jī)激振功率25kW，含水砂通過脫水處理，含水率降低至4%以下。脫水后的砂經(jīng)過皮帶運(yùn)輸?shù)匠善?
砂堆場。
4.2.10. 絮凝沉淀
啟動渣漿泵，洗砂過程產(chǎn)生的泥漿以及泥水盾構(gòu)廢漿泵送到1500m³容量的濃縮原料池（濃縮
罐）。向濃縮罐內(nèi)自動添加聚丙烯酰胺與泥漿漿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，聚丙烯酰胺在處理洗砂泥漿時(shí)摻
量宜為0.6-0.8g/L，處理泥水盾構(gòu)泥漿時(shí)摻量宜為1.0-1.2g/L。待藥劑與泥漿充分反應(yīng)后，濃泥漿與
清水在重力作用下分層，濃縮罐底部為濃泥漿，上部溢出上清液。開啟濃縮罐底部的渣漿泵，下部
的濃泥漿抽至壓濾機(jī)。上清液通過水槽自然流入清水罐供循環(huán)利用。
4.2.11. 壓濾
濃泥漿泵送運(yùn)輸?shù)桨蹇蚴綁簽V機(jī)內(nèi)，依次開啟進(jìn)料閥、泥漿泵，使泥漿填充滿濾布和濾板之間
的空隙。然后繼續(xù)輸送泥漿，加壓到0.5~1.5MPa，在壓力作用下，濾板和濾布之間形成過濾室。洗
砂產(chǎn)生的泥漿在穩(wěn)定壓力下壓濾時(shí)間約60min，泥水盾構(gòu)泥漿壓濾時(shí)間約75min，壓濾過程中觀察清
水出水量大小作為停止壓濾的標(biāo)準(zhǔn)。清水透過濾布通過接液槽流入清水罐，濾布和濾板之間的土顆
粒壓成干化泥餅。當(dāng)幾乎無清水排出后，關(guān)閉進(jìn)料閥，開啟回流閥，關(guān)閉泥漿泵。最后逐塊松張濾
板、泥餅自然掉落，干化泥餅的含水率約23%~27%。
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圖4.2.11 壓濾系統(tǒng)設(shè)備
5. 材料與設(shè)備（參考廠家）
主要材料見表5.1。
表5.1 主要材料表
序號名稱規(guī)格型號單位用途
1 聚丙烯酰胺合格品kg 泥漿脫水
2 消泡劑L 消除土壓盾構(gòu)渣土泡沫
3 潤滑油脂L 設(shè)備潤滑
4 柴油0# L 鏟車、挖掘機(jī)
5 設(shè)備配套易損件套設(shè)備易損件更換
6 清洗工具及材料套廠區(qū)場地及設(shè)備保潔
7 pH 試紙?zhí)姿釅A度測試
8 亞加藍(lán)試劑g 骨料含粉量測試
主要機(jī)械設(shè)備見表5.2。
表5.2 主要機(jī)械設(shè)備表
序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量
1 泥水分離振動篩篩孔直徑3mm，0.5mm，0.3mm 臺6
2 泥水分離旋流器分離3mm～74μm 和74μm～45μm 顆粒臺4
3 挖掘機(jī)PC220 臺1
4 裝載機(jī)3m³ 臺1
5 洗砂對滾滾距150mm 臺1
6 鏈斗0.08m³ 套1
7 平水篩篩孔直徑4mm 臺1
8 皮帶機(jī)1m 帶寬套1
9 密閉篩篩孔直徑10mm，3mm 臺2
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10 沖擊破碎機(jī)200t/h 臺1
11 螺旋洗砂機(jī)180m³/h 臺1
12 脫水篩篩孔120μm 臺1
13 泵送管路系統(tǒng)DN100，DN300 等套2
14 濃縮罐及配套設(shè)備容量1500m³ 套1
15 板框式壓濾機(jī)18m³/h 臺5
16 環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)套1
17 視頻監(jiān)控系統(tǒng)海康威視臺29
18 工藝集中控制系統(tǒng)中央控制PC/西門子/施耐德套1
19 震擊式震篩機(jī)ZBSX-92A 臺1
20 干燥箱101-2A 型臺1
21 靜水天平5000g/0.1g 臺1
22 電子天平1000g/0.01g，15kg/0.5g 臺2
23 新標(biāo)準(zhǔn)砂石篩直徑30cm 套1
24 新標(biāo)準(zhǔn)石子壓碎值儀臺1
25 氯離子測定儀SSWY-810 臺1
26 容積升1-30 升套1
27 泥漿三件套1000g/0.01g 套1
28 壓力機(jī)15kg/0.5g 臺1
29 砂子壓碎值儀臺1
30 石粉含量檢測儀DyE/500 臺1
31 砂當(dāng)量測定儀及試劑套1
6. 效益計(jì)算分析
工期效益
相對于傳統(tǒng)渣土外運(yùn)，渣土減量化資源化就地消納渣土，盾構(gòu)施工不因出土不及時(shí)導(dǎo)致停止施
工。根據(jù)深圳地鐵13 號線正線、9 號線等線路建設(shè)期間的施工記錄分析總結(jié)，因渣土外運(yùn)困難導(dǎo)致
盾構(gòu)停機(jī)平均約3d/月，原計(jì)劃盾構(gòu)工程施工工期18 個(gè)月，采用新型渣土處理系統(tǒng)后工期約16 個(gè)
月，對比原計(jì)劃工期節(jié)約54d。
經(jīng)濟(jì)效益
表6.1 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算表
序號項(xiàng)目名稱項(xiàng)目構(gòu)成主要工程量渣土減量化資
源化費(fèi)用
常規(guī)棄置
費(fèi)用
1 建安工程設(shè)備基礎(chǔ)1.8 萬㎡ 432 0
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費(fèi)設(shè)備采購與安裝洗砂系統(tǒng)1 套，壓濾機(jī)3 臺1370 0
圍護(hù)結(jié)構(gòu)及配套
設(shè)施安裝
密閉式廠房，管道傳輸系統(tǒng)和皮帶
運(yùn)輸系統(tǒng)各1 套
200 0
2
生產(chǎn)運(yùn)營
費(fèi)用
水電費(fèi)
總裝功率1186kW，同步系數(shù)0.45，
運(yùn)行16 個(gè)月
307 0
人工費(fèi)30 人/月，16 個(gè)月384 0
材料費(fèi)、試驗(yàn)檢
測費(fèi)
藥劑費(fèi)1 噸/千立方米泥漿288 0
3 渣土棄置
費(fèi)
渣土棄置渣土總量16 萬m³ 2240 5120
4 再生砂入再生砂5 萬m³ 600 0
5 合計(jì)1+2+3-4 4621 5120
注：1 盾構(gòu)未經(jīng)處理的渣土棄置費(fèi)約320 元/m³，減量化后土方剩余約一半且干土棄置費(fèi)為280 元/m³，
本技術(shù)處理的渣土總量16 萬m³，減量化后（減少50%）形成干土，干土總量計(jì)8 萬m³。
2 再生砂根據(jù)地層含砂量及實(shí)際產(chǎn)出計(jì)算，資源化利用砂約5 萬m³，砂的產(chǎn)值為120 元/m³。
3 試驗(yàn)檢測費(fèi)按照質(zhì)量控制要求按實(shí)際發(fā)生計(jì)。
4 單位工時(shí)費(fèi)用按10 萬元計(jì)算
按照效益計(jì)價(jià)指標(biāo)公式進(jìn)行計(jì)算，本技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為增加產(chǎn)量類（04）、降低成本類（07）、
減少三廢排放類（09）、節(jié)約工時(shí)類（13）四項(xiàng)疊加產(chǎn)生的綜合效益，具體計(jì)算如下:
序
號
效益類別計(jì)價(jià)指標(biāo)計(jì)算過程計(jì)算結(jié)果
（萬元）
備注
1 增加產(chǎn)量
( 工作量)
類，04
新增產(chǎn)值5*120=600（萬元） 600 M 為項(xiàng)目的實(shí)施費(fèi)，
共計(jì)2981 萬元，第2、
3、4 項(xiàng)都有涉及。本
項(xiàng)目計(jì)算時(shí)，成本只
需扣除一次，故只在
合計(jì)項(xiàng)扣除
2 降低成本
類，07
成本降低8*（320-280）=320
（萬元）
320
3 減少三廢的
排放類，09
成本降低8*320=2560 （ 萬
元）
2560
4 節(jié)約工時(shí)
類，13
工期縮短
（ 節(jié)約的
資金）
54*10*16=540（萬
元）
540
合計(jì)—— 1+2+3+4-M( 企業(yè)
實(shí)施成本)
1039
對比于盾構(gòu)渣土采用泥頭車常規(guī)棄置，采用盾構(gòu)渣土減量化資源化技術(shù)，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益
約為499 萬元。
工期效益產(chǎn)生的成本節(jié)約約為540 萬元，對比常規(guī)泥頭車渣土棄置，盾構(gòu)渣土減量化資源化利
用節(jié)約成本約1039 萬元。
社會效益
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響應(yīng)低碳戰(zhàn)略。相對于傳統(tǒng)渣土棄置和開采砂石原料，盾構(gòu)渣土減量化資源化利用，有利于降
低碳排放。響應(yīng)無廢城市政策。實(shí)現(xiàn)渣土現(xiàn)場處置的閉環(huán)管理，固體廢棄物接近零排放。
對比當(dāng)前國內(nèi)盾構(gòu)渣土減量化資源化利用技術(shù)。本技術(shù)實(shí)施的生產(chǎn)線產(chǎn)能穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量良好。
實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，有利于推進(jìn)盾構(gòu)渣土資源化利用技術(shù)發(fā)展。
7. 應(yīng)用實(shí)例（典型照片）
圖7-1泥水盾構(gòu)掘進(jìn)圖圖7-2土壓盾構(gòu)掘進(jìn)圖
圖7-3泥漿初篩分離渣土和泥漿圖圖7-4旋流、篩分砂和泥漿圖
圖7-5打散、水洗渣土圖圖7-6密閉篩二次水洗圖
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圖7-7沖擊破碎，骨料整型圖圖7-8 螺旋抽砂三次水洗圖
·
圖7-9砂脫水圖圖7-10泥漿絮凝沉淀圖
圖7-11濃稠泥漿壓濾圖圖7-12再生砂圖
圖7-13清水圖圖7-14干化土圖
8. 技術(shù)咨詢服務(wù)單位聯(lián)系方式
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技術(shù)提供單位中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司華南區(qū)域公司
主要完成人曹太波李偉陳剛楊芳盛楊肖
技術(shù)咨詢聯(lián)系人曹太波聯(lián)系電話15675184666

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