一种小泥水模式土压平衡盾构的回收浆液处理系统及处理控制方法与流程

本发明涉及盾构施工渣浆资源化利用，具体而言，涉及一种小泥水模式土压平衡盾构的回收浆液处理系统及处理控制方法。

背景技术：

1、土压平衡盾构通常依靠土仓内改良渣土的塑流性、土仓压力及螺旋输送机内形成的土塞效应共同平衡掌子面水土压力。滨海地区、河海交汇区和高地下水位地区的地下隧道不断增多后，盾构更频繁地穿越富水砂层、风化岩裂隙带和上软下硬复合地层。当地下水补给快、地层细颗粒不足或渣土难以形成低渗透土塞时，螺旋输送机排出的渣土含水量显著增加，土仓压力容易波动，并可能出现喷涌、漏渣和掌子面失稳风险。

2、小泥水模式土压平衡盾构是在保留刀盘、土仓、螺旋输送机和皮带输送机排渣体系的基础上，通过既有膨润土系统、土仓上部注入口或外置气垫仓向土仓补入膨润土浆液，使膨润土浆液与开挖渣土共同形成低渗透支护介质。项目既有设备的土仓最大工作压力约为0.30mpa、设计压力约为0.50mpa；既有膨润土软管泵额定流量约16m³/h、最大工作压力约1.60mpa，既有膨润土储罐有效容积约6m³。该模式能够增强富水地层中的压力调节能力，但注入的膨润土会与地下水、原状土细颗粒和泡沫剂残余共同进入螺旋输送机排出物。

3、在螺旋输送机、土塞管或皮带输送机尾部设置洞内固液分离装置后，可以把筛上渣土和筛下浆液分开。该上游装置解决的是洞内漏渣、湿渣运输和初步固液分离问题，其处理终点通常是把筛下浆液汇集到管路或储罐。筛下浆液中仍可能含有砂粒、地下水、泡沫剂残余、盐分、水泥浆或油脂污染物，浆液的密度、表观黏度、含砂率、滤失性能、ph值和电导率还会随地层及施工时间变化。因此，“已经筛出液体”并不等于“已经达到可回注质量”。

4、传统泥水盾构泥浆循环站以进排浆管内的大流量稳定循环泥浆为处理对象，通常布置在地面，并采用振动筛、旋流器、浓缩和调浆设备维持完整泥浆环流。小泥水模式土压平衡盾构没有相同的进排浆环流，其回收对象是从含浆渣土中分离出的波动浆液，回注对象则是盾构既有膨润土管路、外置气垫仓或土仓局部注入口。将传统地面泥浆站简单缩小后搬到盾构台车上，会受到后配套承载、同侧台车安装宽度、检修空间、批次返混和接口不一致等限制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种小泥水模式土压平衡盾构的回收浆液处理系统及处理控制方法，以实现对回收浆液的分批接收、均质、精细除砂、检测分级、定量补偿、合格隔离和选择性回注的闭环反馈控制处理，进而提高浆液利用率，降低掘进过程中膨润土等新制浆液的制备成本。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种小泥水模式土压平衡盾构的回收浆液处理系统，包括：

3、均质接收单元，与盾构含水渣土的固液分离系统的上游出浆口连通，用于接收并均质处理分离的浆液；所述均质接收单元中包含并列设置的至少两个接收罐；

4、循环除砂单元，与所述均质接收单元连通，用于对均质后浆液进行除砂处理并将除砂后浆液输送回对应接收罐中；

5、检测单元，设置于所述循环除砂单元与所述均质接收单元的循环回路上，用于对除砂后浆液进行性能检测；

6、浆液储存单元，包括合格浆液储存罐和废浆液储存罐，所述合格浆液储存罐和所述废浆液储存罐均与所述均质接收单元连通，所述合格浆液存储罐用于储存性能检测结果表示一级的浆液，所述废浆液储存罐用于储存性能检测结果表示三级的浆液；

7、定量补偿单元，与所述均质接收单元连通，用于在性能检测结果表示二级时，向所述均质接收单元内添加定量目标溶液；以及

8、回注单元，一端与所述合格浆液储存罐连通，另一端与至少一个注入对象连通；用于在浆液指标及土仓压力指标均满足时，将所述合格浆液储存罐内的浆液回注到目标注入对象内。

9、在一个实施例中，至少两个接收罐包括第一接收罐以及第二接收罐，所述第一接收罐以及所述第二接收罐均沿隧道纵向布置于同一侧台车的既有工字纵钢梁之间，且二者并列设置；和/或

10、所述第一接收罐顶部、所述第二接收罐顶部均设置有接收口、除砂回流口、检测回流口和补偿口，所述接收口通过接收管与所述上游出浆口连通，所述除砂回流口通过顶部溢流管与所述循环除砂单元顶部溢流口连通，所述检测回流口通过检测回流管与所述检测单元连通，所述补偿口通过补偿回流管与所述定量补偿单元输出端连通；和/或

11、所述第一接收罐侧部、所述第二接收罐侧部均设置有侧部溢流口，所述侧部溢流口通过安全溢流管与所述废浆液储存罐入料口连通；和/或

12、所述第一接收罐底部、所述第二接收罐底部均设置有罐体出浆口和沉砂排放口，所述罐体出浆口均通过出浆管分别与所述循环除砂单元侧部入料口、所述合格浆液储存罐入料口、所述废浆液储存罐入料口连通，所述沉砂排放口通过沉砂排放管与所述废浆液储存罐连通。

13、在一个实施例中，所述循环除砂单元包括，

14、循环泵，所述循环泵设置于所述出浆管上；

15、旋流器，设置于所述循环泵出料端，且所述旋流器的侧部入料口通过进料总管与所述循环泵出料端连通，所述旋流器顶部开设有顶部溢流口；以及

16、底流收集箱，设置于所述旋流器底部并与所述旋流器底部底流口连通。

17、在一个实施例中，所述检测回流管包括：

18、第一检测回流管，一端与所述循环除砂单元顶部溢流口连通，另一端与所述检测回流口连通；以及

19、第二检测回流管，一端与所述循环除砂单元顶部溢流口连通，另一端均与所述检测回流口连通。

20、在一个实施例中，所述检测单元包括；

21、第一检测单元，设置于所述第一检测回流管上，用于连续性检测除砂后浆液密度、温度、电导率、ph以及表观黏度；以及

22、第二检测单元，设置于所述第二检测回流管上，用于周期性检测除砂的浆液含砂率以及api滤失量。

23、在一个实施例中，所述第一检测单元包括沿所述第一检测回流管路设置的检测截止阀、循环取样泵、密度计、温度传感器、电导率传感器、ph传感器、表观黏度计、透明流通杯和检测回流阀，所述检测截止阀靠近所述顶部溢流口，所述检测回流阀靠近所述检测回流口。

24、在一个实施例中，所述第二检测单元包括沿所述第二检测回流管依次设置的检测取样阀、马氏漏斗接口、泥浆比重计接口、含砂率检测接口和api滤失检测接口。

25、在一个实施例中，所述出浆管包括：

26、出浆总管，一端与所述出浆口连通；

27、第一出浆支管，一端与所述出浆总管另一端连通，另一端与所述循环除砂单元侧部入料口连通，且所述第一出浆支管上设置有出浆阀；

28、第二出浆支管，一端与所述出浆总管另一端连通，另一端与所述合格浆液储存罐入料口连通，且所述第二出浆支管上设置有直接回用阀；以及

29、第三出浆支管，一端与所述出浆总管另一端连通，另一端与所述废浆液储存罐入料口连通，且所述第三出浆支管上设置有不可回用阀。

30、在一个实施例中，所述定量补偿单元包括：

31、混合器，输出端与所述补偿回流管一端连通；

32、第一补偿支路，一端与所述混合器输入端连通，另一端与外部第一供料单元连通；

33、第二补偿支路，一端与所述混合器输入端连通，另一端与外部第二供料单元连通；以及

34、第三补偿支路，一端与所述混合器输入端连通，另一端与外部第三供料单元连通。

35、在一个实施例中，所述第一补偿支路、所述第二补偿支路以及所述第三补偿支路上均设置有计量泵、第一流量计和补偿止回阀。

36、在一个实施例中，所述回注单元包括：

37、回注泵，输入端与所述合格浆液储存罐的出料口连通；以及

38、回注总管路，一端与所述回注泵输出端连通，另一端分别通过注入管路支路与对应的目标注入对象连通。

39、在一个实施例中，所述回注泵输入端依次设置有第一回注截止阀、软连接管路、入口压力传感器和低压保护开关；和/或

40、所述回注总管路上依次设置有脉动阻尼器、第二流量计、出口压力传感器、第一回注止回阀、泄压回流阀；和/或

41、所述注入管路支路上依次设置自动夹管阀、第二回注止回阀、第二回注截止阀、压力表和可拆洗短管。

42、在一个实施例中，所述浆液储存单元还包括：

43、设置于所述合格浆液储存罐上的合格入口阀、保均搅拌器、第一液位计、液位开关、储存取样阀和质量许可阀；和/或

44、设置于所述废浆液储存罐上的不可回用入口阀、第二液位计、排出泵和洞外输送接口。

45、本发明的实施例还提供一种基于上述实施例所述的小泥水模式土压平衡盾构的回收浆液处理系统的处理控制方法，包括以下步骤：

46、启动并控制均质接收单元中的至少两个接收罐交替接收盾构含水渣土的固液分离系统分离的浆液至对应接收罐内的预设液位位置处，同时控制并锁定对应接收罐对回收浆液进行均质处理；

47、控制开启对应接收罐上的出浆阀和均质回流阀，启动并控制循环除砂单元对均质后浆液进行除砂处理，同时控制所述循环除砂单元将除砂后浆液输送回对应接收罐中；

48、启动并控制检测单元对除砂后浆液进行性能检测，并基于性能检测结果进行级别分类；所述性能检测结果包括浆液相对密度、浆液相对粘度、浆液相对滤失量、浆液相对电导率以及浆液含砂率；

49、在所述性能检测结果表示除砂后浆液为一级浆液时，启动并控制浆液储存单元中的合格浆液储存罐接收并储存对应接收罐中除砂后浆液；在所述性能检测结果表示除砂后浆液为三级浆液时，启动并控制浆液储存单元中的废浆液储存罐接收并储存对应接收罐中除砂后浆液；在所述性能检测结果表示除砂后浆液为二级浆液时，启动并控制定量补偿单元向对应接收罐内添加定量的目标溶液；

50、在浆液指标及土仓压力指标均满足时，启动并控制回注单元将所述合格浆液储存罐内的浆液回注到目标注入对象内。

51、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

52、（1）本发明的回收浆液处理系统中的均质接收单元、循环除砂单元、第一检测单元、第二检测单元以及定量补偿单元集中设置在同一侧台车的既有承载结构范围内，不设置占用隧道中部运输路线的落地支腿，进而避免占用两侧台车之间的运渣车、材料运输路线，适合盾构后配套有限空间。

53、（2）本发明系统中均质接收单元的至少两个接收罐接交替收并锁定小泥水模式土压平衡盾构从含浆渣土中分离出的波动浆液批次，使一只接收罐接收时另一只接收罐能够配合其他单元完成均质、除砂、检测和补偿等操作，使得检测值、补偿量和复检结果可一一对应，进而保证回注的精准性；且至少两个接收罐均采用敞口结构并取消人孔和罐盖，便于在台车有限高度内清洗、观察和维护。

54、（3）本发明的回收浆液处理系统通过设置检测单元，并将检测后的浆液分为一级、二级、三级流向（即直接回用、调配补偿和不可回用三种流向）；其中，一级浆液进入合格浆液储存罐，二级浆液留在当前批次的接收罐内进行定量补偿，补偿后必须重新检测并重新分级，三级浆液进入与合格浆液储存罐物理隔离的废浆液储存罐，不能直接进入回注管路，使得轻微偏差浆液得到补偿，严重污染浆液不能被强行回注，避免浆液浪费和系统污染，进而降低系统使用及维护成本。

55、应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。