随着我国轨道交通事业的大力发展，大直径泥水盾构技术在隧道工程中得到越来越多的应用 ^[1,2]。泥浆循环系统作为泥水盾构的重要组成部分，主要功能是将地面拌制好的泥浆泵送至盾构开挖面，通过气垫仓压力调整使泥浆在刀盘前部形成泥膜，保持开挖仓的压力，进而维持开挖面的稳定，并将固体渣料从开挖面运输至设在地面上的泥水处理系统 ^[3]，如图1所示。

　　 国内外针对泥水盾构泥浆循环系统的研究已经取得了一些规律性成果。曾垂刚 ^[4]简要介绍了泥水循环系统的选型原理和系统配置原则;张学军 ^[3]以北京铁路直径线为例，介绍了包括盾构循环系统在内的盾构辅助设备选型的影响因素、选型过程和选型结果;孔玉清 ^[5]以南京长江隧道工程为例，针对不同地层进行了泥浆循环系统物质平衡计算、筛分效果分析和排泥管携碴能力的计算及分析;张宁等 ^[6]以南京纬三路过江通道工程为依托，研究不同的外加剂对淤泥质黏土地层中产生的废浆调和效应;闵凡路等 ^[7]以南京长江隧道工程为背景，通过室内试验和调研，得到盾构穿越砂性地层时，泥浆的黏粒含量宜调节到20%;MIN等 ^[8]通过室内泥浆渗透试验，选取d₈₅作为泥浆颗粒代表粒径，D₀作为地层平均孔径，通过计算d₈₅和D₀的比例关系可以确定泥膜的形成类型，同时发现泥浆颗粒级配和密度对泥浆在高渗透性地层中的成膜影响较大;郭信君等 ^[9]系统总结南京长江隧道施工中的泥浆成膜、带压开舱等关键技术;刘玮等 ^[10]针对广佛环城际铁路大直径盾构隧道掘进地段富水复合地层的地质条件，选择充填速度快、保水性好、离析率低的同步注浆材料，试验测定不同配比下单液浆的物理力学性能参数，优选出适用于富水复合砂层的浆液配比;赵天石 ^[11]通过对国内外盾构注浆材料类型、注浆材料和注浆方式的分析，总结出单液注浆具有较好的安全经济性，同时研究单液惰性浆不同材料、不同配比对浆液物理力学性质指标的影响，对注浆材料进行优选，并在西藏南路越江隧道成功应用，最后使用有限差分模拟方法，分析了同步注浆的浆液弹性模量、注浆量和注浆压力对地层环境的影响。

　　 盾构隧道掘进的土层主要为:(4)₁淤泥质黏土;(4)₂淤泥质粉质黏土夹粉土;(5)粉质黏土;(6)淤泥质黏土;(7)粉质黏土;(16)_夹含砾粉质黏土;(16)碎石加黏性土;(21)₂全风化(含砾)粉砂岩;(23)₁全风化凝灰岩;(23)₂强风化凝灰岩;(23)_3-2中风化下段凝灰岩，盾构隧道土层占比如表1所示。黏土成分达70%以上，在盾构掘进过程中容易导致黏土颗粒逐渐增多，如果不及时去除，会引起泥浆密度和黏度上升，进一步影响掘进效率。因此必须对泥浆进行处理，使之满足掘进要求。

　　 地面泥浆系统设计基于物质平衡计算。进行物质平衡计算时，地面泥水系统的固体去除能力应不小于盾构机开挖的固体和水的增量，物质平衡计算主要涉及固体物和水2种。

　　 地面泥水系统对固体物质去除过程包含预筛、一级旋流、二级旋流及沉淀。脱水筛工作时一部分旋流底流返回循环。盾构机开挖总量减去预筛、两级旋流及沉淀量后，仍有部分固体量存在于泥浆中。只能通过调浆的方式，先把部分较高密度泥浆外弃于泥浆循环外，用离心或压滤的方式分离出固体，水可以回用或外弃。其中水的使用及外弃实现简单，固体物去除是整个计算中需要重点关注的对象。

　　 当盾构机在黏土、粉质黏土、淤泥质黏土地层掘进时，土体在泥浆冲刷情况下易自造浆，且因颗粒粒径小，很难用旋流方式分离出来，因此会造成泥浆密度及黏度的快速上升，影响旋流分离效果，直接降低泥浆的携渣能力及环流系统的泵送能力，盾构机可能出现糊刀盘、推进能力不足等现象。

　　 1)试验仪器NB-1型泥浆密度计，精度0.01g/cm³;1 000mL(精度10mL)和2 000 m L(精度10mL)玻璃烧杯。

　　 2)试验材料水，膨润土。

　　 3)试验过程本次共进行了6组试验，取6组500mL的水分别放入编号为1～6、量程为2 000mL的烧杯中，然后在1～6号烧杯中分别加入150,300,400,450,500,550mL膨润土，进行充分混合，得到混合后泥浆体积和泥浆密度(见图3,4)，并根据试验数据进一步分析膨润土掺量与泥浆混合体积和泥浆密度关系。

　　 由图3可知，在水的体积为500mL的情况下，泥浆体积随膨润土的添加而逐渐增加，并大致与膨润土掺量成正比;由图4可知，在水的体积500mL一定的情况下，泥浆密度随膨润土的添加逐渐增大，并大致与膨润土掺量成正比。同时可以推断，当水的体积一定时，泥浆会变得越来越干燥，当膨润土过多时，水无法再溶解膨润土。

　　 考虑压滤机、离心机处理泥浆及泥浆车外运3种方案。

　　 压滤机和离心机处理过的泥浆是含水率较低的泥饼，可直接用泥浆车拉走外运处理。直接采用泥浆车外运方案时，因含有大量的水，无法直接与压滤机或离心机方案进行体积对比，需用试验获得的结论进行体积换算，使具备可比性条件。首先对压滤机和离心机方案进行比较。

　　 在泥浆体积换算过程中，由图4可得1.2,1.3,1.4,1.5不同泥浆密度下土的理论掺合量，从而得到土与水的理论掺量比;盾构机推进过程中每天每台推进5环，双线共出干渣体积2 840m³，由土与水的掺量比得到混合泥浆中水的含量，最终由图3得到混合泥浆体积，如图5所示。

　　 对比压滤机和离心机处理方案，由图6可知采用压滤机进行弃浆处理的方案价格优势较大。离心机相对于压滤机购置费用较高，这也是造成离心机综合成本高的主要因素;但在施工中压滤机比离心机占用场地大且处理效率和连续性较低，故在项目方案选择时应考虑其他因素的影响;对于不同密度的弃浆，压滤机处理能力变化不大。进一步研究发现，对于弃浆量少、弃浆密度低的项目来说，由于离心机效率较高，可以减少离心机的配置数量降低成本，离心机的方案将会有一定的优越性。即当保证泥浆密度<1.3g/cm³时，双线可采用单台离心机进行处理，但由于本项目淤泥质土含量较多，弃浆密度和变化幅度较大，为保证弃浆处理能力，考虑配备双线4台离心机。

　　 采用泥浆车外运泥浆的方式具有综合成本低、占地面积小、工作连续性强等特点，在杭州地区最为经济。进一步分析可知，采用泥浆车运输的方式易受运费和泥浆密度的影响，且泥浆车运输费用不同地区变化较大。

　　 针对运费和泥浆密度对综合单价的影响进行分析。图7,8为运费和泥浆密度对泥浆车外运费用的影响分析。

　　 对于砂性土来说，排出的弃浆密度很低，一般<1.1g/cm³，可以增加膨润土或其他聚合物进行调浆，这时候进行方案比选，就需要考虑调浆费用、运输费用和泥浆密度等多方面因素，采用哪种方案需要根据地质状况、弃浆密度进一步计算。

　　 根据项目特点，优先选择泥浆车运输方法处理弃浆，然后再由环保公司进行弃浆的进一步处理。但是由于单日泥浆产生量大，如果运输不及时，泥浆的储存将会占用大量的施工场地，影响其他工作的开展，且结合离心机施工效率高，所以本项目同时预留离心机接口，根据项目的具体情况选择离心机数量，采用离心机和泥浆车运输组合的方式进行弃浆的处理。

　　 根据室内试验分析可得，当水体积一定的情况下，泥浆密度、泥浆体积随着膨润土掺量的增加逐渐增大，并大致与加入的膨润土体积成正比;对于泥浆车外运弃浆方案，泥浆车运费和泥浆密度对综合单价影响显著;在泥浆密度一定的情况下，综合单价与运费成正比关系，综合单价随着泥浆密度的增大而减小;在运费一定的情况下，综合单价随泥浆密度呈指数变化，随着泥浆密度的减小综合单价急剧升高。

　　 考虑人材机综合单价、运费、处理效率和场地因素对压滤机、离心机、泥浆车外运3种弃浆处理方案的影响，本项目优先选用泥浆车外运泥浆处理方案，同时预留离心机接口，根据项目的具体情况选择离心机数量，采用离心机和泥浆车运输组合的方式进行弃浆的处理，以免泥浆出土量过大导致外运不及时造成窝工等现象。