泥浆系统主要应用于桥梁桩基工程、非开挖 穿越工程、石油钻井工程、地下隧道盾构工程的施工中。泥浆也称钻井液,由液体和粘土组成,辅以添加剂,主要起保护孔壁、携带钻渣出孔和冷却钻具的作用。泥浆在钻进过程中,由于钻渣不断地进入到泥浆中,泥浆的比重、黏度、含沙量等发生变化,不能满足泥浆性能的要求,必须对其进行处理或净化,主要是进行固液分离,将泥浆中的钻渣分离排放后再循环使用。泥浆系统主要应用于桥梁桩基工程、非开挖 穿越工程、石油钻井工程、地下隧道盾构工程的施工中。泥浆也称钻井液,由液体和粘土组成,辅以添加剂,主要起保护孔壁、携带钻渣出孔和冷却钻具的作用。泥浆在钻进过程中,由于钻渣不断地进入到泥浆中,泥浆的比重、黏度、含沙量等发生变化,不能满足泥浆性能的要求,必须对其进行处理或净化,主要是进行固液分离,将泥浆中的钻渣分离排放后再循环使用。

      净化的方法主要有沉淀池和机械设备两种。采用沉淀池处理需占用部分土地;沉淀池清掏出的钻渣含水量高,使得泥浆外溢,施工环境恶劣,而且可能造成环境污染或水质污染等公害。随着现代社会文明意识和环保意识的不断增强,泥浆带来的环境问题越来越多受到关注,泥浆处理技术和设备也随之问世。目前泥浆处理技术主要有振动筛、除砂器、除泥器、离心机等,根据泥浆处理的场合、钻渣的组成和泥浆性能要求,采用不同工艺组合。国际上日本“奥村”、德国“莎堡”、法国“MS”公司研制的设备几乎垄断了国际泥浆处理工程市场。 在我国市政等大型地下盾构工程施工中也引进使用了上述公司的泥浆处理设备。另外海上石油钻井平台也采用了成套进口泥浆处理设 备,以达到海洋环保和海洋倾废管理要求。国内建筑施工系统在用的泥浆处理设备主要是湖北宜昌黑旋风工程机械有限公司生产的黑旋风泥浆处理装置。 目前路外系统采用的泥浆处理设备一般不适合铁路情况,铁路桥梁钻孔灌注桩施工中泥浆处理绝大多数情况下仍采用沉淀池沉淀钻渣。为保护铁路施工期施工沿线的环境,有必要研制开发适合铁路桥梁钻孔桩泥浆处理的专用设备 。

      本文在调研的基础上,对国内的泥浆处理设备进行了综述,为开发研制铁路桥梁钻孔桩泥浆处理设备提供科学依据。目前使用的泥浆处理设备主要有振动筛、水力旋流除砂器、水力旋流除泥器、离心机等。

      1.振动筛 振动筛利用高频振动作用将流经筛布上的泥浆中的固体颗粒分离。 振动筛的筛布有多种孔眼型号,一般使用100目(可分离粒径0115mm以上的颗粒)或更粗的筛布,现场使用最密的筛布为200目。振动筛一般设置在处理工艺的最前端, 主要用来处理大颗粒固相。

      2.旋流分离器 用泵将泥浆输入旋流分离器后,泥浆会受到旋流分离器形状的限制而产生高速旋流,在离心力的作用下,比液体密度高的固相会靠向筒壁,而密度相对较低的液体则在筒的中间,这样就可以 将较粗的颗粒从泥浆中分离出来。按被分离颗粒大小的不同,旋流分离器分为: (1)旋流除砂器。分离固相颗粒直径一般在74μm以上(也可以分离少部分40～74μm的固相颗粒 )。 (2)旋流除泥器。分离10～74 μm的固相颗粒(大部分在20～40μm范围)。

      3. 离心机 离心机是唯一能去除固相颗粒表面自由液体的固液分离装置,离心机的转速越大,能分离出来的固相颗粒粒径越小,当离心机转速达到3200rΠmin时,可分理出的最小粒径可达2μm,离心机一般设置在处理工艺的末端,主要用来处理小颗粒固相。 依据泥浆中的固相物质的颗粒大小和粒径级配,考虑处理后泥浆的性能要求,可选择不同的处理工艺,但须按照先处理大颗粒物质、后处理小颗粒物质的顺序进行处理。

路外泥浆处理设备应用情况

       1. 石油钻井作业 石油钻井作业中对泥浆要求较高,处理工艺较复杂,钻井液的固相控制一般采用振动筛+水力旋流除砂器+水力旋流除泥器+离心机四道工艺[1] 。振动筛多采用专门处理泥浆的直线振动筛,可去除粒径在011mm以上固体物质;水力旋流除砂器去除经振动筛处理后粒径在01045mm以上固体物质;水力旋流除泥器去除粒径在01010～01045mm范围内的固体物质;离心机可去除最小颗粒粒径01003mm的固体物质。钻机设有高架的泥浆处理平台,各处理设备依次排开,钻孔中出来的泥浆经各道工序处理后,钻渣排入沉渣池,处理后的泥浆重复使用。 振动筛以美国DERRICK为最好 , 但价格较高,只有少数钻井队使用,多数钻井队均使用国产的各种泥浆处理设备。

       2. 大桥桥梁钻孔桩 一般钻孔桩直径较大,钻孔较深,对泥浆性能要求较高;桥位处地质条件多为砂质地层,即使有粘土层,也不能用来造浆;水中墩不好设置沉淀池 8 铁道劳动安全卫生与环保 2009年第36卷1期环保(1)对泥浆进行处理,实际工程中一般采用设备处理泥浆。 广东长大公路崖门大桥[2] 主要采用德国产BE2250型泥浆处理器处理泥浆,该泥浆处理器处 理量250m3 Πh,主要由高频振动筛和水利旋流除砂器组成。高频振动筛振动频率3500次Πmin,振幅2～3mm,采用40目筛网,能将015mm以上的颗粒物筛出,水利旋流除砂器去除015mm以下的颗粒物。 孟加拉国帕克西公路桥[3] 施工中采用了我国生产的ZX2500型泥浆处理设备,该设备采用了振动筛加水利旋流除砂器工艺, 采用直线振动筛,激振力和筛面角度可调整,全部泥浆先经过振动筛, 去除大颗粒固相后,再经水利旋流除砂器处理,01074mm 以上固体物质去除率可达90%以上。

       3.过江隧道 过江隧道盾构法施工中,来自盾构机的由排 泥管输运到地面的泥水中混有大量的土石颗粒,须经固液分离处理后方能循环使用。重庆过江隧道[4] 施工中也采用了ZX2500B×2型泥浆处理设备,处理工艺仍为振动筛加水利旋流除砂器,处理后的泥浆进入调浆池,和制浆机的泥浆进行适当调配,调配后的泥浆重新进入盾构机使用。在泥岩中钻进时,碎屑粒径最小可达0101mm,由于ZX2500B×2的分离粒径在01045mm以上,粒径在0101～01 045mm 之间的粘土颗粒没有分离出去,施工中采用了在泥浆中加絮凝剂的方法,以提高除泥效率。

       4.非开挖定向钻 大口径、长距离的定向钻穿越是最近几年中发展起来的,在油气管线工程中得到了广泛的应用。定向钻穿越施工中需要大量使用泥浆。陕京 二线大清河定向钻[5] 施工中采用了振动筛、除砂器、除泥器、离心机的处理工艺流程,除了采用割缝式双层筛外,处理工艺和石油固控系统相同。

       5.市政淤泥 市政淤泥包括建筑泥浆、雨水管道污泥等。 市政污泥的固体组成以无机物为主,可将其作为替代土源,但在运输、利用前须对其进行脱水。采用了振动条筛加卧螺式离心机的处理工艺脱水,整个机组集成在拖车上,可移动 于各工点之间,生产性试验结果表明, 脱水后的泥饼就含水率和土工稳定性而言,已经达到城市替代土的要求。