1工程概況

杭州地鐵8號(hào)線一期工程位于浙江省杭州市東部，為連接地鐵1號(hào)線與大江東區(qū)域的重要地鐵線路。隧道外徑11.3 m，每環(huán)理論出渣量217方。河南鄭州城際鐵路項(xiàng)目自鄭州新鄭機(jī)場(chǎng)引出，連接鄭州南站。隧道外徑12.3 m，內(nèi)徑11.3 m，采用一臺(tái)開(kāi)挖直徑12.81 m的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，管片環(huán)寬2 m，每環(huán)理論出渣量257方。文橋區(qū)間風(fēng)井～橋頭堡站區(qū)間地層中10μm以下顆粒占比25%，該項(xiàng)目細(xì)粒處理選用板框式壓濾方案。河南鄭州城際鐵路項(xiàng)目盾構(gòu)區(qū)間地層中10μm以下顆粒占比27%，該項(xiàng)目選用帶式壓濾方案處理極細(xì)顆粒。文橋區(qū)間風(fēng)井～橋頭堡站區(qū)間及豫機(jī)城際一標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間由類似的地層組成，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)果，二者在粒徑構(gòu)成上具有顯著的相似性。

2板框壓濾

（1）壓緊濾板：主液壓缸動(dòng)作，通過(guò)連桿帶動(dòng)移動(dòng)板，使相鄰兩濾板間形成濾室。

（2）進(jìn)漿壓濾：隔膜泵將料漿通過(guò)料漿集流管注入濾室，繼續(xù)對(duì)濾室內(nèi)的料漿施壓，通過(guò)壓濾形成固液分離。

（3）隔膜壓榨：采用0.8 MPa～1.20 MPa的高壓水將濾板隔膜鼓起，對(duì)濾餅擠壓進(jìn)行二次脫水。

（4）卸餅：主液壓缸通過(guò)連桿作用，將移動(dòng)板推至遠(yuǎn)端并打開(kāi)第一組濾室，然后利用液壓缸依次打開(kāi)剩下濾室，人工擾動(dòng)將濾餅卸下。該套流程可有效除去污泥泥漿中富含的細(xì)微顆粒，壓濾渣料含水率23%～27%，在杭州市環(huán)保要求極為嚴(yán)格的條件下，可以滿足汽車直接運(yùn)輸?shù)臈l件，同時(shí)濾液水固含量＜100 mg/L，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)廢漿零排放。

3帶式壓濾豫區(qū)間采用帶式壓濾處理方案，對(duì)于帶式壓濾機(jī)，泥漿進(jìn)入混凝池后，經(jīng)渣漿泵泥漿打入壓濾機(jī)中，期間加入一定配比的藥劑，使其經(jīng)過(guò)混料器后將藥劑與泥漿充分混勻，上到壓濾機(jī)后經(jīng)重力脫水，高壓壓榨脫水形成含水率約80%的泥餅落入傳送帶后運(yùn)到渣料場(chǎng)。經(jīng)重力脫水區(qū)的水質(zhì)較清，沖洗濾布的水質(zhì)也較清，這兩部分水混合后經(jīng)清水泵打入沉淀罐沉淀，沉淀泥漿可排入混凝池，清水可用于配制藥劑和沖洗泵。高壓壓榨脫水和沖洗水水質(zhì)較為渾濁，含泥量大，可排入沉淀池，經(jīng)加藥和三級(jí)沉淀后清水可用于配藥和沖洗泵，沉淀泥可排入混凝池或者直接用挖掘機(jī)挖出來(lái)運(yùn)輸，帶式壓濾機(jī)脫水過(guò)程分重力脫水、楔形區(qū)預(yù)壓脫水及壓榨脫水三個(gè)階段。經(jīng)過(guò)預(yù)處理絮凝后的泥漿均勻送入網(wǎng)帶時(shí)，泥漿隨濾帶向前運(yùn)行，游離態(tài)水在自重作用下下落到污水池，重力脫水主要作用是脫去泥漿中的自由水，減小泥漿的流動(dòng)性，為進(jìn)一步擠壓做準(zhǔn)備。重力脫水后，泥漿流動(dòng)性幾乎完全喪失，隨著帶式壓濾機(jī)濾帶的向前運(yùn)行，上下濾帶間距逐漸減少，物料開(kāi)始受到輕微壓力，并隨著濾帶運(yùn)行，壓力逐漸增大，楔形區(qū)的作用是延長(zhǎng)重力脫水時(shí)間，增加絮團(tuán)的擠壓穩(wěn)定性，為進(jìn)入壓力區(qū)做準(zhǔn)備。物料脫離楔形區(qū)就進(jìn)入壓力區(qū)，物料在此區(qū)內(nèi)受擠壓，沿濾帶運(yùn)行方向壓力隨擠壓輥直徑的減少而增加，物料受到擠壓體積收縮，物料內(nèi)的間隙游離水被擠出，此時(shí)，基本形成濾餅，繼續(xù)向前至壓力尾部的高壓區(qū)經(jīng)過(guò)高壓后濾餅的含水量可降至最低，為50%～60%。

4兩種處理方式生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)異同

4.1成本對(duì)比以兩項(xiàng)目施工中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，文～橋區(qū)間當(dāng)處理泥漿比重在1.25 g/m3時(shí)，4臺(tái)壓濾機(jī)處理量達(dá)到1200方/d，豫區(qū)間處理該比重泥漿時(shí)，6臺(tái)帶式壓濾機(jī)處理方量達(dá)1800方/d。為比較相同處理量下兩種壓濾方式的成本情況，對(duì)單臺(tái)帶式壓濾機(jī)及板框式壓濾機(jī)（300方/臺(tái)/d）單日運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行分析。

4.1.1板框式壓濾機(jī)

（1）壓濾運(yùn)行成本：?jiǎn)闻_(tái)板框式壓濾機(jī)單日租賃費(fèi)用為1644元/d，單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行期間平均需配備人員2人，人工成本每人每日200元；藥劑費(fèi)用800元/t，處理1方泥漿需使用藥劑12 kg；電、水費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用每臺(tái)每天約700元。綜合以上因素，單臺(tái)板框式壓濾機(jī)運(yùn)行成本約為5624元/d。（2）土方外運(yùn)成本：?jiǎn)螜C(jī)處理300方泥漿約產(chǎn)生泥餅100方（松散系數(shù)1.3），土方外運(yùn)成本均價(jià)130元/方。

4.1.2帶式壓濾機(jī)（1）壓濾運(yùn)行成本：?jiǎn)闻_(tái)帶式壓濾機(jī)單日租賃費(fèi)用為822元/d，單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行期間平均需配備人員0.5人，人工成本每人每日200元；藥劑費(fèi)用12 000元/t，處理1方泥漿需添加藥劑0.4 kg；電、水費(fèi)及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用每臺(tái)每天約800元。綜合以上因素，帶式壓濾機(jī)單臺(tái)當(dāng)天運(yùn)營(yíng)成本約為3162元/d。（2）土方外運(yùn)成本：?jiǎn)螜C(jī)處理300方泥漿產(chǎn)生泥餅約154方（松散系數(shù)2.0），土方外運(yùn)成本均價(jià)40元/方。

4.1.3結(jié)論———板框式壓濾的運(yùn)營(yíng)價(jià)格略低于帶式壓濾壓濾系統(tǒng)將細(xì)粒處理為泥餅后，需要將堆積泥餅外運(yùn)才能維持系統(tǒng)的連續(xù)供工作，否則存在渣土堆積影響存在被迫停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。泥餅的外運(yùn)成本是泥漿處理系統(tǒng)中占比較高的部分，但是土方外運(yùn)的價(jià)格受地區(qū)、環(huán)境、政策、時(shí)期的影響波動(dòng)較大，通常在25～130元/方之間，若將渣土的外運(yùn)成本一并考慮，已知板框式壓濾機(jī)單日處理300方泥漿產(chǎn)生松散系數(shù)為1.3的泥餅約100方；帶式壓濾機(jī)單日處理300方泥漿產(chǎn)生膨脹系數(shù)為2的泥餅約154方。將單日運(yùn)營(yíng)成本與渣土外運(yùn)的價(jià)格關(guān)系作圖，計(jì)算得臨界點(diǎn)為45.5元/方。當(dāng)土方單方外運(yùn)價(jià)格小于45.5元/方時(shí)，帶式壓濾運(yùn)營(yíng)的綜合成本低于板框式壓濾；當(dāng)土方外運(yùn)價(jià)格大于45.5元/方時(shí)，板框式壓濾的綜合成本低于帶式壓濾的成本。由上可知，帶式壓濾的機(jī)械運(yùn)行成本低于板框式壓濾，整體運(yùn)行成本受土方外運(yùn)成本的波動(dòng)較大。帶式壓濾在土方外運(yùn)成本較低時(shí)性價(jià)比更高，板框式壓濾更適合土方外運(yùn)價(jià)格較高或土方外運(yùn)管控較為嚴(yán)格的地區(qū)。

4.2產(chǎn)物對(duì)比帶式壓濾及板框式壓濾對(duì)泥漿處理后的產(chǎn)物分別為泥餅和濾液水。板框式壓濾由于隔膜壓榨的壓力較高，壓濾產(chǎn)生的泥餅膨脹系數(shù)較小，含水率也更低（25%～30%），帶式壓濾產(chǎn)生的泥餅較為稀散，含水率也高于板框式壓濾（40%～60%）。帶式壓濾通常采用高分子絮凝劑（PAM等），處理后的濾液水pH在6～9，可以回收利用用于沖洗、調(diào)整泥漿指標(biāo)等。由于板框式壓濾過(guò)程中添加大量石灰，濾液水呈較強(qiáng)的堿性。通過(guò)pH試紙測(cè)得板框式壓濾的濾液水pH在11～13，較高的pH使板框式壓濾產(chǎn)生的濾液水難以回收利用，若使用板框式壓濾濾液水作為沖洗用水，會(huì)加快對(duì)設(shè)備的腐蝕；若使用強(qiáng)堿性濾液水進(jìn)行調(diào)漿，氫氧根離子易與地層中的金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致循環(huán)泥漿產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，降低循環(huán)泥漿攜渣能力，破壞掌子面穩(wěn)定。故板框式壓濾產(chǎn)生的濾液水通常需經(jīng)過(guò)一定的酸化處理后重復(fù)利用或是直接作為廢液排放。4.3故障處理及故障率對(duì)比4.3.1帶式壓濾常見(jiàn)故障及處理（1）濾板炸板：增強(qiáng)操作和技術(shù)培訓(xùn)，嚴(yán)厲控制閥門開(kāi)啟速度，經(jīng)常檢查進(jìn)料口狀態(tài)。一側(cè)液壓改為兩側(cè)液壓或進(jìn)泥管增加進(jìn)泥量等。（2）濾餅不干：清洗或改換濾布；停止調(diào)理進(jìn)泥，進(jìn)一步增加擠壓力和擠壓時(shí)間；維修或改換閥門。（3）排渣口堵塞：檢查投配槽泥位；改換濾布和帶式密封條。（4）帶間噴泥：改換或維修密封條；肅清雜物；調(diào)解壓力和對(duì)濾布糾偏。（5）傳感器失靈：鞏固傳感器，調(diào)整位置，降低負(fù)荷。

4.3.2板框式壓濾機(jī)常見(jiàn)故障及處理（1）板塊損壞：使用尼龍清洗刮刀，除去進(jìn)料口的泥再對(duì)濾布進(jìn)行檢查，整理排水口，檢查出口，翻開(kāi)相應(yīng)閥門，釋放壓力。最后整理濾板，修正濾板。（2）板框間滲水：添加液壓、替換濾布或者使用尼龍刮刀鏟除密封外表的塊狀物。（3）無(wú)法形成濾餅或?yàn)V餅不均勻：添加供料、調(diào)整工藝，改進(jìn)供料、整理濾布或替換濾布、整理阻塞處、整理供料孔、整理排水孔、整理或替換濾布、添加壓力或泵功率、低壓發(fā)動(dòng)，不斷增壓等。（4）濾板行動(dòng)緩慢或易掉：導(dǎo)向桿上油漬、污漬過(guò)多也會(huì)導(dǎo)致濾板行走緩慢，甚至?xí)咂粝聛?lái)。這時(shí)就要及時(shí)整理導(dǎo)向桿，并涂上黃油，保證其潤(rùn)滑性。（5）進(jìn)灰漏斗故障：將進(jìn)灰漏斗拆除清理，對(duì)漏斗進(jìn)行檢查，存在堵塞則進(jìn)行疏通。長(zhǎng)期進(jìn)灰導(dǎo)致漏斗磨損根據(jù)情況進(jìn)行補(bǔ)焊或者更換文丘里漏斗。（6）壓濾機(jī)進(jìn)漿困難：檢查進(jìn)漿泵泵口是否存在堵塞，若泵口未堵塞，清空待壓池，待待壓池出漿口露出檢查是否堵塞，存在堵塞則進(jìn)行疏通。更改進(jìn)漿壓力及泵功率，增大瞬時(shí)功率多次啟動(dòng)。

4.3.3板框式壓濾及帶式壓濾故障率對(duì)比基于對(duì)兩項(xiàng)目施工同一周期長(zhǎng)度（6個(gè)月）中壓濾機(jī)故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將壓濾影響因素的時(shí)間分別統(tǒng)計(jì)制作條形圖如下。可以看出，濾餅不干及排渣口堵塞是對(duì)帶式壓濾影響較大的要因，出現(xiàn)次數(shù)也較為頻繁，施工過(guò)程中可以通過(guò)優(yōu)化壓濾參數(shù)及更改出渣口設(shè)計(jì)進(jìn)一步提升壓濾效率；板框式壓濾影響較大的因素包括主液壓油缸拉缸、進(jìn)漿困難、進(jìn)灰漏斗故障，影響板框式壓濾的要因素屬不頻發(fā)，但單次影響時(shí)間較長(zhǎng)，可通過(guò)配置專業(yè)人員，加強(qiáng)設(shè)備巡查及維保提升板框式壓濾的處理效率。

5結(jié)語(yǔ)帶式壓濾及板框式壓濾在處理泥水盾構(gòu)泥漿中10μm以下細(xì)粒都有良好的效果。對(duì)于如何選用二者進(jìn)行細(xì)粒處理，需根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)及環(huán)境進(jìn)行選用。總的來(lái)說(shuō)，帶式壓濾較板框式壓濾具有更好的普適性、更低的運(yùn)行成本、更清潔的濾液水、更簡(jiǎn)單的設(shè)備維保。板框式壓濾在土方消納存在一定困難的環(huán)境下更有優(yōu)勢(shì)。

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