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。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)代社會文明意識和環(huán)保意識的不斷增強(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)。目前使用的泥漿處理設(shè)備主要有振動篩、水力旋流除砂器、水力旋流除泥器、離心機(jī)等。
1.振動篩 振動篩利用高頻振動作用將流經(jīng)篩布上的泥漿中的固體顆粒分離。 振動篩的篩布有多種孔眼型號,一般使用100目(可分離粒徑0115mm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。
2.旋流分離器 用泵將泥漿輸入旋流分離器后,泥漿會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靠向筒壁,而密度相對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10～74 μm的固相顆粒(大部分在20～40μm范圍)。
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3200rΠmin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。
路外泥漿處理設(shè)備應(yīng)用情況
1.?石油鉆井作業(yè) 石油鉆井作業(yè)中對泥漿要求較高,處理工藝較復(fù)雜,鉆井液的固相控制一般采用振動篩+水力旋流除砂器+水力旋流除泥器+離心機(jī)四道工藝[1] 。振動篩多采用專門處理泥漿的直線振動篩,可去除粒徑在011mm以上固體物質(zhì);水力旋流除砂器去除經(jīng)振動篩處理后粒徑在01045mm以上固體物質(zhì);水力旋流除泥器去除粒徑在01010～01045mm范圍內(nèi)的固體物質(zhì);離心機(jī)可去除最小顆粒粒徑01003mm的固體物質(zhì)。鉆機(jī)設(shè)有高架的泥漿處理平臺,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.?大橋橋梁鉆孔樁 一般鉆孔樁直徑較大,鉆孔較深,對泥漿性能要求較高;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 8 鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保?2009年第36卷1期環(huán)保(1)對泥漿進(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[2] 主要采用德國產(chǎn)BE2250型泥漿處理器處理泥漿,該泥漿處理器處 理量250m3 Πh,主要由高頻振動篩和水利旋流除砂器組成。高頻振動篩振動頻率3500次Πmin,振幅2～3mm,采用40目篩網(wǎng),能將015mm以上的顆粒物篩出,水利旋流除砂器去除015mm以下的顆粒物。 孟加拉國帕克西公路橋[3] 施工中采用了我國生產(chǎn)的ZX2500型泥漿處理設(shè)備,該設(shè)備采用了振動篩加水利旋流除砂器工藝, 采用直線振動篩,激振力和篩面角度可調(diào)整,全部泥漿先經(jīng)過振動篩, 去除大顆粒固相后,再經(jīng)水利旋流除砂器處理,01074mm 以上固體物質(zhì)去除率可達(dá)90%以上。
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[4] 施工中也采用了ZX2500B×2型泥漿處理設(shè)備,處理工藝仍為振動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)0101mm,由于ZX2500B×2的分離粒徑在01045mm以上,粒徑在0101～01 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。
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[5] 施工中采用了振動篩、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。
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、利用前須對其進(jìn)行脫水。采用了振動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 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。
