一种盾构泥水的三级提浓循环处理系统

技术领域

本发明属于盾构泥浆处理技术领域，具体涉及一种盾构泥水的三级提浓循环处理系统。

背景技术

泥水平衡盾构在盾构切削前方土体推进时通过可调节压力的泥浆稳定前方土体，又因泥水平衡盾构在整个掘进过程中完全处于密封状态，其对地层的稳定性好于土压盾构，所以泥水平衡盾构凭借其更好的稳定性及更可靠的安全性，也越来越受欢迎。

泥水平衡盾构通过刀盘切削前方土体，切削后土体与开挖仓泥浆混合后通过设置在盾构底部的泥浆门进入泥浆排出管路再由泥浆排出管路输送至地面泥水处理场，由泥水处理场对输送至地面泥水进行多级分离处理。

泥水平衡盾构通过粘土、淤泥、强风化、全风化等地层掘进时，由于泥浆粘度较高、其中的细颗粒较多，旋流器的分离指标会下降。经二级分离设备处理后的泥浆中细微的粘土颗粒逐渐富集，如果不及时予以去除，则引起泥浆的比重和粘度上升，直接降低了泥浆的携渣能力及环流系统的泵送能力，进而降低了泥水平衡盾构的掘进效率。

最为重要的就是控制进泥泥浆的比重，使其在某个地层掘进时保持相对稳定。而不是等到整个循环泥浆比重恶化、环流泵超负荷、盾构机扭矩过大推不动的时候，才不得不用清水置换，以避免泥浆循环体系容量超限的浆液溢流而大量弃浆。

基于此，本领域技术人员急需一种能够进行三级提浓循环处理的系统设备。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种盾构泥水的三级提浓循环处理系统，该三级提浓循环处理系统通过旋流单元进行二级提浓，并通过压滤机与离心机的协同工作实现对浆液的三级提浓，作为旋流筛分的补充，使泥浆指标变化趋缓，减少泥浆调整次数。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种盾构泥水的三级提浓循环处理系统，其特征在于所述处理系统包括制浆单元、调浆单元、废浆处理单元、二级筛分单元、储浆槽冲砂单元、旋流单元、振动筛分脱水单元、沉淀池单元、二级浓缩单元以及三级提浓单元，其中，制浆单元接入所述调浆单元，所述调浆单元上的出浆口连接至泥水平衡盾构上以进泥，所述泥水平衡盾构的排泥口连通至所述二级筛分单元，所述二级筛分单元连接所述储浆槽冲砂单元，所述储浆槽冲砂单元连接所述旋流单元，所述旋流单元的底流排出口连接所述振动筛分脱水单元，所述振动筛分脱水单元中的透筛浆液回流至所述储浆槽冲砂单元内，所述旋流单元的溢流出口连接所述沉淀池单元，所述沉淀池单元连接所述调浆单元，所述调浆单元的废浆转移出口连接所述废浆处理单元，所述废浆处理单元的出液口经所述二级浓缩单元分别连接所述沉淀池单元和所述三级提浓单元。

所述制浆单元包括清水池、新浆池以及灰罐，所述灰罐向所述新浆池送料以制备膨润土泥浆，所述清水池的出水口设置有清水泵，所述清水泵将所述清水池的清水分别泵送至所述新浆池内和所述调浆单元内，所述新浆池内设置有制浆搅拌设备，所述新浆池的出浆口设置有补浆泵并经所述补浆泵接通至所述调浆单元内。

所述调浆单元包括调浆池，所述调浆池内设置有调浆搅拌设备，所述调浆池的出浆口设置有第一泵、废浆出口设置有废浆泵，所述第一泵接通至所述泥水平衡盾构内，所述废浆泵接通至所述废浆处理单元，所述清水泵的其中一路管路将所述清水池中的清水泵送至所述调浆池内。

所述泥水平衡盾构经第二泵进行排泥，在所述第二泵与所述二级筛分单元之间设置有分配器；所述二级筛分单元包括大块分离机和预筛分装置，所述分配器上延伸出的排泥管路上分叉为第一排泥支管和第二排泥支管且分叉处设置有一转换阀门，其中所述第一排泥支管接通至所述大块分离机上，所述第二排泥支管接通至所述预筛分装置上，所述大块分离机的出液端接通至所述预筛分装置上；所述转换阀门根据所述泥水平衡盾构当前所掘进的地层来控制所要切换的排泥支管，若所述泥水平衡盾构于淤泥层中进行掘进，则所述转换阀门接通所述第一排泥支管，所述大块分离机将块径大于50mm的土块或淤泥团分离出后进入所述预筛分装置进行二级筛分，所述预筛分装置将粒径3-50mm的砂石或小泥团筛分出；若所述泥水平衡盾构于砂层或岩层中进行掘进，则所述转换阀门接通所述第二排泥支管，所述预筛分将粒径3-50mm的砂石或小泥团筛分出。

所述储浆槽冲砂单元包括储浆槽和输浆泵，所述储浆槽接收并储存经所述二级筛分单元预筛分后的浆液；

所述旋流单元包括一级旋流器组和二级旋流器组，所述一级旋流器组包括一级进浆管、一级溢流管以及若干一级旋流器，各所述一级旋流器的进浆口并联于所述一级进浆管上，各所述一级旋流器的溢流口并联于所述一级溢流管上；所述二级旋流器组包括二级溢流管以及若干二级旋流器，各所述二级旋流器的进浆口并联于所述一级溢流管上，各所述二级旋流器的溢流口并联于所述二级溢流管上；

所述输浆泵将所述储浆槽内的浆液泵送至所述一级进浆管上并分别进入各所述一级旋流器的进浆口内，各所述一级旋流器的底流排出口将底流浆液输送至所述振动筛分脱水单元内，各所述一级旋流器的溢流口将溢流浆液经所述一级溢流管流入各所述二级旋流器的进浆口内；各所述二级旋流器的底流排出口将底流浆液输送至所述振动筛分脱水单元内，各所述二级旋流器的溢流口将溢流浆液经所述二级溢流管输送至所述沉淀池单元内；所述振动筛分脱水单元将底流浆液中的0.045-3mm的砂粒筛分出且经筛分后的底流浆液透筛至所述储浆槽中。

所述一级旋流器包括旋流壳体，所述旋流壳体的侧壁上开设有进浆口，所述进浆口管体与所述旋流壳体之间相切；所述旋流壳体的下端开设有所述底流排出口，所述底流排出口上安装有桨板式排出器，所述桨板式排出器由两片侧边缘密封连接的橡胶片所组成，两片所述橡胶片的上部组成圆形接口以与所述底流排出口密封连接，两片所述橡胶片的下部可分离式贴合；所述旋流壳体上端同轴安装有一套箱，所述套箱与所述旋流壳体的内腔相连通，所述套箱上开设有溢流口并设置有内腔压力调节装置；所述桨板式排出器的所述圆形接口套装于所述底流排出口外侧并经套箍紧箍以实现密封连接；所述内腔压力调节装置包括泄压阀以及增压泵；所述橡胶片的底边上开设通孔且在所述通孔内插装有束口橡皮筋。

所述一级溢流管的下端设置高度低于所述一级旋流器上的所述桨板式排出器的设置高度；所述二级旋流器的结构与所述一级旋流器的结构相同；所述二级溢流管的下端设置高度低于所述二级旋流器上的桨板式排出器的设置高度。

所述沉淀池单元由若干依次连通的沉淀池组成，处于末端的所述沉淀池的出液口连通至所述调浆池内；所述废浆处理单元包括废浆池以及设置于所述废浆池内的废浆搅拌装置，所述调浆池上的所述废浆泵将废浆转移至所述废浆池内；所述废浆池上的出浆口经输浆泵与所述二级浓缩单元相连通，所述二级浓缩单元将废浆浓缩为低比重泥浆和高浓度泥浆，其中，低比重泥浆通入位于始端的所述沉淀池内，高浓度泥浆通入所述三级提浓单元内。

所述三级提浓单元包括底流池、滤液池、压滤机以及离心机，所述底流池内接收所述二级浓缩单元所输送的高浓度泥浆，所述底流池内设置有底流搅拌装置，所述底流池上设置有两个出液口，其中一个所述出液口经压滤泵与所述压滤机相连通，另一个所述出液口经第三泵与所述离心机相连通，所述压滤机将所述高浓度泥浆中小于0.045mm的黏粒压滤成饼运出且压滤产生的滤液水输送入所述滤液池内，所述离心机将所述高浓度泥浆中小于0.045mm的黏粒分离出且分离后的滤液水输送入所述滤液池内；所述滤液池内的滤液水输送入所述调浆池内。

本发明的优点是：

（1）采用离心机与压滤机协同处理方式；由离心机在线模式对循环泥浆降比重，作为旋流筛分的补充，使泥浆指标变化趋缓，减少泥浆调整次数，节约制浆成本；采用压滤机对外排废浆进行处理，同时引入离心机离线工作模式，协同压滤机进行废浆处理；

（2）旋流器通过在其溢流管路上设置内腔压力调节装置，并在其底流排出口上设置桨板式排出器，以实现对底流密度进行合理调整，为下游脱水筛提供合适的浆液，其最高底流浓度可达85%；内腔压力调节装置随进浆浓度、进浆压力的变化而变化，使底流浓度恒定，提高分级效率；虹吸作用使出口压力比普通旋流器小，进口压力小从而降低能耗。

附图说明

图1为本发明中盾构泥水的三级提浓循环处理系统原理示意图；

图2为本发明中旋流单元的结构示意图；

图3为本发明中一级旋流器的结构示意图；

图4为本发明中一级旋流器底流排出口处所设置的桨板式排出器局部详图；

图5为本发明中一级旋流器底流排出口处所设置的桨板式排出器正面视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中各标记分别为：旋流壳体1、套箱2、进浆口3、溢流口4、泄压阀5、增压泵6、桨板式排出器7、套箍8、一级溢流管9、束口橡皮筋10。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种盾构泥水的三级提浓循环处理系统，该三级提浓循环处理系统包括制浆单元、调浆单元、废浆处理单元、二级筛分单元、储浆槽冲砂单元、旋流单元、振动筛分脱水单元、沉淀池单元、二级浓缩单元以及三级提浓单元；其中，制浆单元与调浆单元相连通，调浆单元上的出浆口连接至泥水平衡盾构上以进泥，泥水平衡盾构的排泥口进行排泥并经分配器连通至二级筛分单元，二级筛分单元连接储浆槽冲砂单元，储浆槽冲砂单元连接旋流单元，旋流单元的底流排出口连接至振动筛分脱水单元，且振动筛分脱水单元中的透筛浆液回流至储浆槽冲砂单元内，旋流单元的溢流出口连接至沉淀池单元内，沉淀池单元连接调浆单元，调浆单元的废浆转移出口连接废浆处理单元，废浆处理单元的出液口经二级浓缩单元分别连接沉淀池单元和三级提浓单元。

如图1所示，制浆单元包括清水池、新浆池以及灰罐，其中，灰罐内存储有膨润土原料并用于向新浆池内输送膨润土原料，清水池则通过清水泵分别向新浆池内泵送清水以及向调浆单元的调浆池内泵送清水，新浆池内设置有多台制浆搅拌设备，通过制浆搅拌设备以将膨润土和清水进行搅拌混合，以制备膨润土泥浆；新浆池的出浆口设置有补浆泵，该补浆泵分叉为两路，其中一路将新浆池内的膨润土泥浆泵出后再输送回新浆池内以进行循环制浆，且灰罐的出料口设置在该循环制浆管路中以同膨润土泥浆进行混合；其中另外一路连通至调浆池内以对调浆池进行补充新浆，即补充新制备的膨润土泥浆入内。

如图1所示，调浆单元包括调浆池，调浆池内设置有调浆搅拌设备，调浆池的出浆口设置有第一泵、废浆出口设置有废浆泵，第一泵接通至泥水平衡盾构内用以将调制好的泥浆输送进入泥水平衡盾构内（即进泥），废浆泵接通至废浆处理单元（废浆池），清水泵的其中一路管路将清水池中的清水泵送至调浆池内；从整个三级提浓循环处理系统的工艺来说，经筛分、二级旋流筛分的泥浆经沉淀池单元多级沉淀后流入调浆单元的调浆池内，以及经三级提浓处理的滤液水流入调浆池内，同新制备的膨润土泥浆以及清水进行混合调整，从而获得符合要求的泥浆以泵送入泥水平衡盾构内。泥浆浓度的测定可通过比重计来进行监测。

如图1所示，泥水平衡盾构内设置有盾构环流管路用于在掘进过程中使用，掘进过程中所产生的含渣泥浆经其内的第二泵（排泥泵）排出，在现场设置有多条结构相同的泥浆处理线，排出的含渣泥浆经分配器进行分配，分配后的含渣泥浆进入二级筛分单元；二级筛分单元包括大块分离机和预筛分装置，分配器上延伸出的排泥管路上分叉为第一排泥支管和第二排泥支管且在两者分叉处设置有一转换阀门，该转换阀门用于控制所要接通的排泥支管，其中，第一排泥支管接通至大块分离机上，第二排泥支管接通至预筛分装置上，且大块分离机的出液端位于预筛分装置的布料端上方；转换阀门根据泥水平衡盾构当前所掘进的地层来控制所要切换接通的排泥支管；具体的：

若泥水平衡盾构于淤泥层中进行掘进，则表明含渣泥浆中将会含有大粒径土块和淤泥团，因此，转换阀门接通第一排泥支管，大块分离机具体为刮泥板装置结构，大块分离机将含渣泥浆中块径大于50mm的土块或淤泥团刮离出去之后，进入预筛分装置的布料端以进行二级筛分，该预筛分装置将粒径3-50mm的砂石或小泥团筛分出；

若泥水平衡盾构于砂层或岩层中掘进，则控制转换阀门接通第二排泥支管，含渣泥浆进入预筛分装置的布料端，该预筛分装置将粒径3-50mm的砂石或小泥团筛分出。

如图1所示，储浆槽冲砂单元包括储浆槽和输浆泵，储浆槽接收并储存经二级筛分单元预筛分后的浆液，输浆泵用于将储浆槽内的浆液泵送至旋流单元内进行二级提浓。

如图1-2所示，旋流单元具体包括一级旋流器组和二级旋流器组；一级旋流器组包括一级进浆管、一级溢流管以及若干一级旋流器，各一级旋流器的进浆口并联于一级进浆管上，各一级旋流器的溢流口并联于一级溢流管上；二级旋流器组包括二级溢流管以及若干二级旋流器，各二级旋流器的进浆口并联于一级溢流管上，各二级旋流器的溢流口并联于二级溢流管上。储浆槽的输浆泵将储浆槽内的浆液泵送至一级进浆管上并分别进入各一级旋流器的进浆口内，各一级旋流器的底流排出口将底流浆液输送至振动筛分脱水单元内，各一级旋流器的溢流口将溢流浆液经一级溢流管流入各二级旋流器的进浆口内；各二级旋流器的底流排出口将底流浆液输送至振动筛分脱水单元内，各二级旋流器的溢流口将溢流浆液经二级溢流管输送至沉淀池单元内；振动筛分脱水单元将底流浆液中的0.045-3mm的砂粒筛分出且经筛分后的底流浆液透筛回流至储浆槽中。

如图1-5所示，一级旋流器与二级旋流器的结构相同，仅在部分尺寸参数上存在不同。本实施例中以一级旋流器的结构为例进行说明，一级旋流器的主体为旋流壳体1，旋流壳体1的侧壁面上开设有一进浆口3；在旋流壳体1的上端同轴安装有套箱2，在该套箱2上开设有溢流口4以及相应的内腔压力调节装置；旋流壳体1的下端为底流排出口，在该底流排出口上接通有一桨板式排出器7；在内腔压力调节装置以及桨板式排出器7的组合使用之下，以实现对底流密度进行合理调整，为下游脱水筛提供合适的浆液。旋流壳体1由两部分组成，即上部的圆柱形壳体以及下部的呈上宽下窄的圆锥形壳体，其圆柱形壳体上的进浆口3上接入有一级进浆管，用于输送浆液进入旋流壳体1内；旋流壳体1的上口呈敞开式并与套箱2同轴设置以封闭，套箱2上开设有溢流口4，溢流口4用于同一级溢流管9相连通，一级溢流管9的下端口应使其高度低于底流排出口上的桨板式排出器7的高度，以使其能够利用虹吸作用。在套箱2上所设置的内腔压力调节装置由泄压阀5和增压泵6所组成，泄压阀5可降低旋流壳体1内的压力，而增压泵6则可增加旋流壳体1内的压力，即，内腔压力调节装置可根据实际压力值来进行调节。旋流壳体1的底流排出口上所接通的桨板式排出器7，其正面视角类似于船桨，如图5所示。具体是由两片橡胶片所组成的，两片橡胶片的侧缘部密封连接，密封连接的形式可以是胶水粘接或是高温热熔方式下的粘结，其上部组合形成圆形接口并套装于底流排出口上，同时通过套箍8进行箍紧密封连接；两片橡胶片的下部未采用粘结，而是采用可分离式的贴合形式，即，在排浆时受到挤压而使两片橡胶片张开，在未进行排浆时两片橡胶片闭合。为了进一步提高两片橡胶片的贴合性，在橡胶片的底边缘上具有供穿设绳索的孔道，且在该孔道内穿设束口橡皮筋10，在束口橡皮筋10的回弹力之下，可使两片橡胶片的下部呈紧密贴合，并只有在受到浆液挤压作用之下才会张开。该一级旋流器的工作方法主要包括以下步骤：一级进浆管经进浆口3将浆液以水平切向方式输送入圆柱形壳体内，进而产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动，由于泥浆中的粗颗粒与细颗粒以及液体，在受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，浆液中的粗颗粒经旋流器的底流排出口排出，而大部分的细颗粒及其所夹带的液体由一级溢流管9排出，从而达到分离分级目的；需要说明的是，由于一级溢流管9下端口同桨板式排出器7之间存在一定的高差，进而会产生虹吸现象，虹吸现象将会在旋流壳体1内产生向上的吸力；而桨板式排出器7可实现对旋流壳体1的内腔封闭，且在向上吸力的作用之下以及粗颗粒泥浆的作用之下，可控制其两片橡胶片的张开幅度，进而调整底流浆液的浓度变化，此外，内腔压力调节装置可主动对其内腔压力进行调节，让少量空气进入旋流壳体1的内腔中，使向上吸力发生变化，以选择最佳的底流浓度和溢流浓度。

如图1所示，沉淀池单元由若干依次连通的沉淀池所组成以进行多级沉淀，旋流单元的溢流浆液流入位于始端的沉淀池内，处于末端的沉淀池的出液口连通至调浆池内以将沉淀完成的浆液输送入调浆池内。

如图1所示，废浆处理单元包括废浆池以及设置于该废浆池内的若干废浆搅拌装置，调浆池上的废浆泵将废浆转移至废浆池内；废浆池上的出浆口经输浆泵与二级浓缩单元相连通，废浆池所输出的废浆通过二级浓缩单元进行浓缩筛分，即，废浆分离为低比重泥浆和高浓度泥浆，其中，低比重泥浆通入位于始端的沉淀池内，高浓度泥浆通入三级提浓单元内。

如图1所示，三级提浓单元包括底流池、滤液池、压滤机以及离心机，底流池内接收二级浓缩单元所输送的高浓度泥浆，底流池内设置有底流搅拌装置，底流池上设置有两个出液口，其中一个出液口经压滤泵与压滤机相连通，另一个出液口经第三泵与离心机相连通，压滤机将高浓度泥浆中小于0.045mm的黏粒压滤成饼运出且压滤产生的滤液水输送入滤液池内，离心机将高浓度泥浆中小于0.045mm的黏粒分离出且分离后的滤液水输送入滤液池内；滤液池内的滤液水输送入调浆池内。

本实施例的优点是：

（1）采用离心机与压滤机协同处理方式；由离心机在线模式对循环泥浆降比重，作为旋流筛分的补充，使泥浆指标变化趋缓，减少泥浆调整次数，节约制浆成本；采用压滤机对外排废浆进行处理，同时引入离心机离线工作模式，协同压滤机进行废浆处理；

（2）旋流器通过在其溢流管路上设置内腔压力调节装置，并在其底流排出口上设置桨板式排出器，以实现对底流密度进行合理调整，为下游脱水筛提供合适的浆液，其最高底流浓度可达85%；内腔压力调节装置随进浆浓度、进浆压力的变化而变化，使底流浓度恒定，提高分级效率；虹吸作用使出口压力比普通旋流器小，进口压力小从而降低能耗。