泥漿系統主要應用于橋梁樁基工程、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,主要起保護孔壁、攜帶鉆渣出孔和冷卻鉆具的作用。泥漿在鉆進過程中,由于鉆渣不斷地進入到泥漿中,泥漿的比重、黏度、含沙量等發生變化,不能滿足泥漿性能的要求,必須對其進行處理或凈化,主要是進行固液分離,將泥漿中的鉆渣分離排放后再循環使用。泥漿系統主要應用于橋梁樁基工程、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,主要起保護孔壁、攜帶鉆渣出孔和冷卻鉆具的作用。泥漿在鉆進過程中,由于鉆渣不斷地進入到泥漿中,泥漿的比重、黏度、含沙量等發生變化,不能滿足泥漿性能的要求,必須對其進行處理或凈化,主要是進行固液分離,將泥漿中的鉆渣分離排放后再循環使用。
凈化的方法主要有沉淀池和機械設備兩種。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,施工環境惡劣,而且可能造成環境污染或水質污染等公害。隨著現代社會文明意識和環保意識的不斷增強,泥漿帶來的環境問題越來越多受到關注,泥漿處理技術和設備也隨之問世。目前泥漿處理技術主要有振動篩、除砂器、除泥器、離心機等,根據泥漿處理的場合、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工程施工中也引進使用了上述公司的泥漿處理設備。另外海上石油鉆井平臺也采用了成套進口泥漿處理設 備,以達到海洋環保和海洋傾廢管理要求。國內建筑施工系統在用的泥漿處理設備主要是湖北宜昌黑旋風工程機械有限公司生產的黑旋風泥漿處理裝置。 目前路外系統采用的泥漿處理設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情況下仍采用沉淀池沉淀鉆渣。為保護鐵路施工期施工沿線的環境,有必要研制開發適合鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理的專用設備 。
本文在調研的基礎上,對國內的泥漿處理設備進行了綜述,為開發研制鐵路橋梁鉆孔樁泥漿處理設備提供科學依據。目前使用的泥漿處理設備主要有振動篩、水力旋流除砂器、水力旋流除泥器、離心機等。
1.振動篩 振動篩利用高頻振動作用將流經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,現場使用最密的篩布為200目。振動篩一般設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 離心機是唯一能去除固相顆粒表面自由液體的固液分離裝置,離心機的轉速越大,能分離出來的固相顆粒粒徑越小,當離心機轉速達到3200rΠmin時,可分理出的最小粒徑可達2μm,離心機一般設置在處理工藝的末端,主要用來處理小顆粒固相。 依據泥漿中的固相物質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、后處理小顆粒物質的順序進行處理。
路外泥漿處理設備應用情況
1.?石油鉆井作業 石油鉆井作業中對泥漿要求較高,處理工藝較復雜,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;水力旋流除砂器去除經振動篩處理后粒徑在01045mm以上固體物質;水力旋流除泥器去除粒徑在01010～01045mm范圍內的固體物質;離心機可去除最小顆粒粒徑01003mm的固體物質。鉆機設有高架的泥漿處理平臺,各處理設備依次排開,鉆孔中出來的泥漿經各道工序處理后,鉆渣排入沉渣池,處理后的泥漿重復使用。 振動篩以美國DERRICK為最好 , 但價格較高,只有少數鉆井隊使用,多數鉆井隊均使用國產的各種泥漿處理設備。
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;橋位處地質條件多為砂質地層,即使有粘土層,也不能用來造漿;水中墩不好設置沉淀池 8 鐵道勞動安全衛生與環保?2009年第36卷1期環保(1)對泥漿進行處理,實際工程中一般采用設備處理泥漿。 廣東長大公路崖門大橋[2] 主要采用德國產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,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的ZX2500型泥漿處理設備,該設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整,全部泥漿先經過振動篩, 去除大顆粒固相后,再經水利旋流除砂器處理,01074mm 以上固體物質去除率可達90%以上。
3.過江隧道 過江隧道盾構法施工中,來自盾構機的由排 泥管輸運到地面的泥水中混有大量的土石顆粒,須經固液分離處理后方能循環使用。重慶過江隧道[4] 施工中也采用了ZX2500B×2型泥漿處理設備,處理工藝仍為振動篩加水利旋流除砂器,處理后的泥漿進入調漿池,和制漿機的泥漿進行適當調配,調配后的泥漿重新進入盾構機使用。在泥巖中鉆進時,碎屑粒徑最小可達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展起來的,在油氣管線工程中得到了廣泛的應用。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物為主,可將其作為替代土源,但在運輸、利用前須對其進行脫水。采用了振動條篩加臥螺式離心機的處理工藝脫水,整個機組集成在拖車上,可移動 于各工點之間,生產性試驗結果表明, 脫水后的泥餅就含水率和土工穩定性而言,已經達到城市替代土的要求。
