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含砂地層盾構渣土減量化資源化利用技術介紹

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中國建筑一局（集團）有限公司科技創效推廣應用技術名錄
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（一四三）含砂地層盾構渣土減量化資源化利用技術介紹
1. 技術背景
目前，在城市地鐵隧道施工中主要應用盾構法施工。盾構掘進產生大量的渣土，盾構渣土采用
泥頭車外棄存在能耗高、棄置消納困難、成本高的缺點，且盾構渣土中的砂、石等也被棄置，浪費
資源。在以“低碳環?！睘橹黝}的新時期下，對盾構渣土減量化處置、資源化利用已經迫在眉睫。
國內單獨針對土壓盾構、泥水盾構泥漿的處理技術廣泛應用，但存在技術不成熟，產業線不穩定，
未形成現場閉環管理等弊端。因此，如何快速、有效地對盾構渣土分離，并加以資源化利用，打通
盾構渣土的減量化資源化利用通道形成現場閉環管理，成為盾構渣土處理工程能否順利實施的關鍵
問題之一。
本技術擬依托于深圳地鐵13 號線北延土建工程項目，結合地層含砂率高的特點，進行了土壓盾
構、泥水盾構渣土的減量化分類處理，資源化綜合利用的探索，形成盾構渣土減量化資源化利用技
術。
2. 技術簡介
該技術在泥水分離、壓濾技術基礎上，針對含砂地層研發了一種盾構渣土減量化資源化技術，
由泥水分離、洗砂、壓濾三大系統組成。利用不同技術原理分三個步驟對渣土和泥漿中的泥、砂和
水進行有序分離和資源化利用。
泥水分離。泥水盾構掘進開挖渣土與泥漿混合，用壓力管道輸送到地面泥水分離設備。泥漿通
過振動篩分分離出渣和泥砂，泥砂通過兩次旋流離心以及振動篩分分離出泥漿和砂。渣土和砂自然
掉落到地面堆場；泥漿輸送到盾構機繼續使用或直接壓濾。
洗砂。泥水分離的渣土和砂以及土壓盾構渣土經過鏟車上料進入洗砂系統，通過物理打散，振
動篩分，沖擊破碎將砂制成小于3mm 的細砂；在打散、篩分、螺旋抽砂三個階段對砂進行水洗除泥；
除泥后的潔凈砂通過振動脫水降低砂的含水率。洗砂產生的泥漿通過管道輸送到壓濾系統。
壓濾。洗砂排出的廢漿和泥水分離的廢漿通過管道輸送到濃縮罐，在罐內加藥攪拌，使泥漿和
藥劑充分融合并產生物理化學反應，罐體底部沉淀形成濃泥漿，上部濾出清水；濃泥漿泵送到壓濾
機內，濾布內的泥漿在壓力擠壓作用下過濾清水并阻隔土顆粒富集成干化土。干化土運輸至環保型
企業生成環保型建材。清水二次利用于洗砂、調整盾構用泥漿或用于廠區沖洗保潔。
本技術具有低碳環保、節約成本和工藝先進三大特點。
低碳環保。本技術主要利用電能，減少使用化石能源；生產過程中、干化土過程減少能源消耗，
節約用水、干化渣土、再生細砂，減少資源開采，大幅減少碳排放。
節約成本。對比于常規棄置盾構土，盾構土干化后體量大幅減少，降低成本；緩解了城市棄土
區緊張、盾構土無處可棄的困境，避免因外運困難導致盾構停機；資源化再生砂供盾構繼續使用，
減少成本，增加收入。
工藝先進，處理效率高，產品質量好。技術集成三大系統裝備，各模塊之間獨立運行，互不干
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擾，使得整個系統更穩定。對各大系統進行了優化配置，對關鍵篩分設備、關鍵壓濾工序進行改進，
提高效率。采用PLC 集中控制系統，可實現工藝遠程控制、視頻監控，便于一站式管理。資源化產
品質量較好，粗細骨料經過兩次打散、三道水洗，使成品砂含泥量、含水率符合再生砂標準；清水
含固率低，資源化利用率高。
3. 適用范圍
本技術適用于含砂地層的土壓盾構渣土及泥水盾構泥漿的減量化資源化處理，當地層含砂率≥
40%時經濟效果好。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1. 施工工藝流程
圖4.1 盾構渣土減量化資源化工藝流程圖
4.2. 施工操作要點
4.2.1. 泥水盾構掘進
泥水盾構掘進的渣土通過粘度18s~30s、比重1.1~1.3 的泥漿攜帶渣土，泥漿通過DN300mm 壓
力管道輸送到泥水分離設備。
4.2.2. 土壓盾構掘進
土壓盾構掘進的渣土經過螺旋輸送機、皮帶運輸、電瓶車渣車水平運輸、龍門吊垂直運輸并傾
倒到渣土池，渣土池內的渣土通過泥頭車運輸至洗砂場地。
4.2.3. 泥漿初篩
泥水盾構攜渣泥漿進入初篩，篩孔直徑3mm。送漿前5min 啟動初篩振動電機，調整到適宜的振
動頻率和激振力，一般采用50Hz，激振力約400kN（宜小于最大激振力的70%）。通過振動篩分將
泥漿內的粗顆粒與泥砂分離，篩出粒徑大于3mm 的渣土，渣土落至渣場堆置，余下的含砂泥漿通過
管路泵送進入旋流儲漿槽。
4.2.4. 泥漿旋流、篩分
泥砂存儲到儲漿槽液位高度超過設定啟動液位線后，啟動渣漿泵和旋流器，泥漿進入一級旋流
器，一級旋流離心除砂，處理粒徑：3mm～74μm，泥漿自流到底部的一級篩，篩孔直徑0.5mm；二
級旋流除砂處理粒徑：74μm～45μm，底部的二級篩篩孔直徑0.3mm，二級旋流操作流程同一級旋
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流。細砂分離出來落至渣場堆置，分離后合格泥漿供盾構掘進使用，超標的廢漿進行壓濾處理。
4.2.5. 打散、水洗
泥水分離的渣土和土壓盾構渣土通過鏟車上料，啟動對滾和料斗，對滾打散渣土，渣土落入料
斗底部的水洗槽并運輸到平水篩。開啟平水篩上部水管，對渣土進行沖洗，啟動平水篩，粒徑小于
50mm 的砂通過皮帶運輸至密閉篩。
圖4.2.5 洗砂系統總成
4.2.6. 密閉篩二次水洗
依次啟動密閉篩振動電機，兩臺電機啟動時間間隔宜為6s~8s，同時開啟高壓水沖洗，振動篩
運轉平穩后再啟動皮帶機給料。給料后，粒徑小于3mm 的砂在密閉篩上方的高壓水沖洗作用下，除
去骨料中的泥，高壓水沖洗壓力0.9~1.1MPa，沖水量約200m³/h，電機激振力約100kN。密閉篩篩
面寬度2.8m，長度10m，上層篩篩孔直徑10mm，下層篩篩孔直徑3mm，粒徑小于3mm 的砂落到
螺旋洗砂的水槽進行三次水洗，粒徑大于3mm 的砂經過皮帶運輸到沖擊破進行破碎整形。
圖4.2.6 密閉復合篩
4.2.7. 沖擊破碎
粒徑大于3mm 的砂通過皮帶運輸存儲到沖擊破上部的給料器，當給料器存儲重量超過100t 時，
啟動下部的破碎機進行破碎整形，使砂的粒徑小于3mm，細砂從排料管排除，經皮帶運輸到密閉篩。
4.2.8. 螺旋洗砂三次水洗
向水槽中加水，啟動電機，運轉正常后，密閉篩篩分后的砂落入水槽。砂被順向、逆向水流沖
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刷去泥，潔凈砂經過螺旋葉片抽到出料口，落入振動脫水篩。打開排漿口，排出水槽內的渾濁水。
圖4.2.8 螺旋洗砂機
4.2.9. 脫水處理
啟動振動脫水篩，打開螺旋洗砂機出料口。含水潔凈砂落入脫水篩篩板，篩孔直徑120μm，電
機激振功率25kW，含水砂通過脫水處理，含水率降低至4%以下。脫水后的砂經過皮帶運輸到成品
砂堆場。
4.2.10. 絮凝沉淀
啟動渣漿泵，洗砂過程產生的泥漿以及泥水盾構廢漿泵送到1500m³容量的濃縮原料池（濃縮
罐）。向濃縮罐內自動添加聚丙烯酰胺與泥漿漿液發生化學反應，聚丙烯酰胺在處理洗砂泥漿時摻
量宜為0.6-0.8g/L，處理泥水盾構泥漿時摻量宜為1.0-1.2g/L。待藥劑與泥漿充分反應后，濃泥漿與
清水在重力作用下分層，濃縮罐底部為濃泥漿，上部溢出上清液。開啟濃縮罐底部的渣漿泵，下部
的濃泥漿抽至壓濾機。上清液通過水槽自然流入清水罐供循環利用。
4.2.11. 壓濾
濃泥漿泵送運輸到板框式壓濾機內，依次開啟進料閥、泥漿泵，使泥漿填充滿濾布和濾板之間
的空隙。然后繼續輸送泥漿，加壓到0.5~1.5MPa，在壓力作用下，濾板和濾布之間形成過濾室。洗
砂產生的泥漿在穩定壓力下壓濾時間約60min，泥水盾構泥漿壓濾時間約75min，壓濾過程中觀察清
水出水量大小作為停止壓濾的標準。清水透過濾布通過接液槽流入清水罐，濾布和濾板之間的土顆
粒壓成干化泥餅。當幾乎無清水排出后，關閉進料閥，開啟回流閥，關閉泥漿泵。最后逐塊松張濾
板、泥餅自然掉落，干化泥餅的含水率約23%~27%。
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圖4.2.11 壓濾系統設備
5. 材料與設備（參考廠家）
主要材料見表5.1。
表5.1 主要材料表
序號名稱規格型號單位用途
1 聚丙烯酰胺合格品kg 泥漿脫水
2 消泡劑L 消除土壓盾構渣土泡沫
3 潤滑油脂L 設備潤滑
4 柴油0# L 鏟車、挖掘機
5 設備配套易損件套設備易損件更換
6 清洗工具及材料套廠區場地及設備保潔
7 pH 試紙套酸堿度測試
8 亞加藍試劑g 骨料含粉量測試
主要機械設備見表5.2。
表5.2 主要機械設備表
序號名稱規格型號單位數量
1 泥水分離振動篩篩孔直徑3mm，0.5mm，0.3mm 臺6
2 泥水分離旋流器分離3mm～74μm 和74μm～45μm 顆粒臺4
3 挖掘機PC220 臺1
4 裝載機3m³ 臺1
5 洗砂對滾滾距150mm 臺1
6 鏈斗0.08m³ 套1
7 平水篩篩孔直徑4mm 臺1
8 皮帶機1m 帶寬套1
9 密閉篩篩孔直徑10mm，3mm 臺2
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10 沖擊破碎機200t/h 臺1
11 螺旋洗砂機180m³/h 臺1
12 脫水篩篩孔120μm 臺1
13 泵送管路系統DN100，DN300 等套2
14 濃縮罐及配套設備容量1500m³ 套1
15 板框式壓濾機18m³/h 臺5
16 環境實時監測系統套1
17 視頻監控系統海康威視臺29
18 工藝集中控制系統中央控制PC/西門子/施耐德套1
19 震擊式震篩機ZBSX-92A 臺1
20 干燥箱101-2A 型臺1
21 靜水天平5000g/0.1g 臺1
22 電子天平1000g/0.01g，15kg/0.5g 臺2
23 新標準砂石篩直徑30cm 套1
24 新標準石子壓碎值儀臺1
25 氯離子測定儀SSWY-810 臺1
26 容積升1-30 升套1
27 泥漿三件套1000g/0.01g 套1
28 壓力機15kg/0.5g 臺1
29 砂子壓碎值儀臺1
30 石粉含量檢測儀DyE/500 臺1
31 砂當量測定儀及試劑套1
6. 效益計算分析
工期效益
相對于傳統渣土外運，渣土減量化資源化就地消納渣土，盾構施工不因出土不及時導致停止施
工。根據深圳地鐵13 號線正線、9 號線等線路建設期間的施工記錄分析總結，因渣土外運困難導致
盾構停機平均約3d/月，原計劃盾構工程施工工期18 個月，采用新型渣土處理系統后工期約16 個
月，對比原計劃工期節約54d。
經濟效益
表6.1 經濟效益計算表
序號項目名稱項目構成主要工程量渣土減量化資
源化費用
常規棄置
費用
1 建安工程設備基礎1.8 萬㎡ 432 0
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費設備采購與安裝洗砂系統1 套，壓濾機3 臺1370 0
圍護結構及配套
設施安裝
密閉式廠房，管道傳輸系統和皮帶
運輸系統各1 套
200 0
2
生產運營
費用
水電費
總裝功率1186kW，同步系數0.45，
運行16 個月
307 0
人工費30 人/月，16 個月384 0
材料費、試驗檢
測費
藥劑費1 噸/千立方米泥漿288 0
3 渣土棄置
費
渣土棄置渣土總量16 萬m³ 2240 5120
4 再生砂入再生砂5 萬m³ 600 0
5 合計1+2+3-4 4621 5120
注：1 盾構未經處理的渣土棄置費約320 元/m³，減量化后土方剩余約一半且干土棄置費為280 元/m³，
本技術處理的渣土總量16 萬m³，減量化后（減少50%）形成干土，干土總量計8 萬m³。
2 再生砂根據地層含砂量及實際產出計算，資源化利用砂約5 萬m³，砂的產值為120 元/m³。
3 試驗檢測費按照質量控制要求按實際發生計。
4 單位工時費用按10 萬元計算
按照效益計價指標公式進行計算，本技術產生的經濟效益為增加產量類（04）、降低成本類（07）、
減少三廢排放類（09）、節約工時類（13）四項疊加產生的綜合效益，具體計算如下:
序
號
效益類別計價指標計算過程計算結果
（萬元）
備注
1 增加產量
( 工作量)
類，04
新增產值5*120=600（萬元） 600 M 為項目的實施費，
共計2981 萬元，第2、
3、4 項都有涉及。本
項目計算時，成本只
需扣除一次，故只在
合計項扣除
2 降低成本
類，07
成本降低8*（320-280）=320
（萬元）
320
3 減少三廢的
排放類，09
成本降低8*320=2560 （ 萬
元）
2560
4 節約工時
類，13
工期縮短
（ 節約的
資金）
54*10*16=540（萬
元）
540
合計—— 1+2+3+4-M( 企業
實施成本)
1039
對比于盾構渣土采用泥頭車常規棄置，采用盾構渣土減量化資源化技術，產生的直接經濟效益
約為499 萬元。
工期效益產生的成本節約約為540 萬元，對比常規泥頭車渣土棄置，盾構渣土減量化資源化利
用節約成本約1039 萬元。
社會效益
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響應低碳戰略。相對于傳統渣土棄置和開采砂石原料，盾構渣土減量化資源化利用，有利于降
低碳排放。響應無廢城市政策。實現渣土現場處置的閉環管理，固體廢棄物接近零排放。
對比當前國內盾構渣土減量化資源化利用技術。本技術實施的生產線產能穩定、產品質量良好。
實現了規模化應用，有利于推進盾構渣土資源化利用技術發展。
7. 應用實例（典型照片）
圖7-1泥水盾構掘進圖圖7-2土壓盾構掘進圖
圖7-3泥漿初篩分離渣土和泥漿圖圖7-4旋流、篩分砂和泥漿圖
圖7-5打散、水洗渣土圖圖7-6密閉篩二次水洗圖
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圖7-7沖擊破碎，骨料整型圖圖7-8 螺旋抽砂三次水洗圖
·
圖7-9砂脫水圖圖7-10泥漿絮凝沉淀圖
圖7-11濃稠泥漿壓濾圖圖7-12再生砂圖
圖7-13清水圖圖7-14干化土圖
8. 技術咨詢服務單位聯系方式
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技術提供單位中國建筑一局（集團）有限公司華南區域公司
主要完成人曹太波李偉陳剛楊芳盛楊肖
技術咨詢聯系人曹太波聯系電話15675184666

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