一种绿色勘察钻探泥浆回收装置的研究

白 鹏，李子隆，胥 静

(成都市勘察测绘研究院,四川 成都 610023)

0 引言

进入21世纪以来,人类已经进入到信息时代,研究的重心也从基础建设转移到了更高精尖的科技行业,从而推动着城市建设的发展。

在勘察领域,砂卵石、碎石土等地区须采用植物胶泥浆护壁回旋钻进。成都市地处岷江水系,共有三级阶地,以砂卵石地区为主,且近十年发展速度位于全国前列,城市勘察业务量极大,勘察钻探工艺也在不断地进步[1-8],在带来巨大财富收入和城市发展成果的同时,也面临一些环境问题,如泥浆污染、粉尘等[9-14]。虽然勘察钻探的泥浆用量较工程施工使用量小,但在寸土寸金的大城市中做勘察,场地通常较平整,遗留泥浆池等不仅对环境产生一定的污染,同时也影响城市的市容市貌[15-20],如图1,图2所示,若是在水利水电工程中,泥浆不慎污染水源,也将造成严重的经济损失。本文以城市勘察钻探施工过程中出现的环境问题为导向,以一种绿色勘察岩芯钻探泥浆回收装置为研究对象,通过技术创新解决目前岩心钻探施工中普遍存在的泥浆对环境的污染问题,研究泥浆回收装置,践行绿色勘察岩心钻探的理念,有效推动绿色勘察的成熟落地。

1 研究思路和方法

目前成都市城市勘察的回旋钻机大多数为XY-100型钻机,在自然地形地貌下钻探工作时通常在钻机边人工挖掘一个泥浆池用来制作、存放和使用泥浆。成都市城市勘察钻孔深度通常在12 m～40 m,一个回旋钻孔的钻探时间为1 d～3 d,每个钻孔钻探完成后,泥浆池就地作废,转移下一个钻孔,每个项目就会留下几十乃至上百个泥浆池。采用人工挖掘泥浆池效率较低,只能一次性利用,且污染环境,钻机出场以后留下的痕迹影响市容市貌。

1.1 泥浆零污染方法的研究

采用隔绝措施,使泥浆不与自然地表进行接触,最简易的方法可以采用在泥浆池中铺设隔离材料,这样虽然可以使泥浆在钻探过程中大面积不接触土体,但不免会产生泥浆飞溅到隔离材料以外,在转移至下一个钻孔时,不便“打包”带走,且隔离材料需求量较大。为解决以上问题,设置一个固体容器进行泥浆收集,并可以随钻机的搬运同步运输至下一个钻孔,实现节约材料,节约人工挖掘泥浆池的时间和精力,避免造成泥浆污染的问题。

1.2 密封泥浆循环系统的研究

为改进泥浆循环系统,使泥浆实现与自然地表零接触的同时,加设专用的管道,能够实现回收的泥浆再次返回钻孔中发挥作用。该容器可进行密闭工作,加上盖子之后进行密闭的泥浆搅拌,在实现泥浆与自然环境“零接触”的同时,也可以解决粉尘扩散问题。

1.3 现场泥浆循环过程中净化问题的研究

在钻孔中返出的泥浆收集在回收装置中,可以根据回收泥浆的状态进行优化处理,若泥浆稠度较大,可以加水调节,若泥浆稠度较小,可以加入植物胶调节,这样可以提高泥浆重复利用率,降低成本,维护泥浆稳定性。不仅可以解决泥浆污染的问题,还可以回收泥浆沉渣,若泥浆沉渣较多,影响使用,可以在完成当前钻孔后,进行集中清除处理沉渣,重新制作泥浆再进行下一个钻孔的钻探工作。

2 一种绿色勘察岩芯钻探泥浆回收装置的设计

2.1 新型泥浆回收循环利用系统的设计

对现场泥浆可以提高可重复利用率、降低生态破坏为主旨进行优化,实现泥浆循环使用,绿色环保。由现状的:孔口→初级沉淀池→露天泥浆池→孔内,优化成新循环系统:孔口→柴油机泵→泥浆回收装置→孔内(如图3,图4所示)。

在首次使用前,可在泥浆回收装置内调制泥浆,避免与土壤接触,在钻探过程中,利用FT120泵将泥浆收集至泥浆回收装置,再泵送回孔内,体现出绿色环保循环使用的概念。

2.2 泥浆循环利用处理方式

现实生产中,通常泥浆循环利用只是单纯的简易沉淀,出浆管口放在泥浆池底部,回浆管口放在泥浆池浆液面以下偏上位置。泥浆回收装置在工作时,搅拌器停止,同样利用底部进浆,顶部出浆的原理,对泥浆中的杂质进行初步沉淀。另外,泥浆回收装置设计一个带玻璃观察窗的盖子(如图5所示),一是可以随时观察泥浆的稠度,泥浆稠度较大时可以加水,泥浆稠度较小时可以加植物胶;二是加入水或植物胶后需要重新进行搅拌,此时钻机停止工作,盖上盖子,利用搅拌器搅拌,可以避免粉尘扩散,造成污染。若回收装置中沉淀物过多,造成循环利用率降低,可以停止钻探作业,集中回收废弃的浆液至专门的处理点,从而彻头彻尾地解决泥浆污染环境的问题。

2.3 泥浆回收装置便携性设计

人工挖掘的泥浆池使用具有一次性,且无法搬运,费时费力。使用优化的泥浆回收装置设计焊接在矩形的角钢底座上,角钢四周设计有带制动装置的万向轮(如图6所示)。在钻探工作进行时,可以将回收装置放置在地面上,固定万向轮使其不易发生滑动。在钻探工作完成后,钻机转移勘探孔点位的同时,解除制动,连同回收装置同步转移至下一个勘探点,一起搬运至下一个钻孔处,再重新进行以上操作工序。

回收装置的便携性设计可以大大提高钻探生产效率,缩减搬运时间,减少工期,适应现代城市飞速发展的快节奏。

2.4 泥浆回收装置的实际应用研究

进入21世纪20年代以来,我国一二线大城市迎来飞速发展,各大国家级新区大力建设、城市道路的改造扩建工程、新建桥梁工程以及公园内部道路建设等。城市岩土勘察工作场景众多,泥浆回收装置可以有效起到保护环境的作用。

1)城市现状道路及地面硬化厂区:城市道路以及地面硬化的厂区内,管线分布较多,不便破坏水泥路面挖设泥浆坑,即便使用一定措施设置泥浆坑,也无法避免粉尘飞扬造成的空气污染,泥浆残留影响市政道路及厂区的环境和城市的市容,尤其是道路改造工程,残留泥浆的下渗还会对已建管线造成一定的影响。因此采用泥浆回收装置可以解决上述问题。

2)公园场地:成都市天府新区正在以公园城市为目标进行规划和发展,人们对优质的生活环境需求日益增加,大型公园的规划也逐年增多,例如成都龙泉驿区青龙湖公园、天府新区的天府公园、鹿溪河生态区、金牛区天府艺术公园和青羊区浣花溪公园等。已建公园为了跟随时代的发展也要进行一些改造,例如修建商业区、改建公园内道路等。在绿化带内开展岩土工程勘察工作采用泥浆回收装置可以有效减少泥浆对公园内优雅环境的影响,防止粉尘飞扬影响市民享受公园、享受生活。

3)水上钻探:为了提高城市竞争力,适应国际化发展,一二线城市也大量规划建设水上网红建构筑物来吸引人口,例如成都市锦江绿道的码头和五岔子大桥等。水上工程需要开展水上钻探作业,泥浆和粉尘如果处置不妥,落入水中,将造成水污染。我国是世界上用水量最多的国家,水资源储量虽然充沛,但大部分水资源储存在高山冰川当中,难以利用,可利用的水资源主要是江河湖地表水和地下水,因此水资源十分珍贵。泥浆回收装置可以很大程度上起到避免水上勘察钻探工作对水资源的影响。

2.5 泥浆回收装置的待改进之处

泥浆回收循环利用装置虽然解决了泥浆池的工作效率低、与自然地表无接触和粉尘扩散的问题,但依旧存在一些不足之处。其一,泥浆在专用管道输送及返回过程中,若管道接触不良,也会造成局部泥浆污染;其二,虽然设计了万向轮提高了回收装置的便携性,在地面硬化过的场地或较平整的场地上使用时便于转移,若在丘陵地区,爬山下坡的场地、大量堆土的场地以及拆迁后的场地上使用时,其转移效率有待提高,可以进一步进行机械改进,使其能够在工作时放置在地面,在转移时,能够同钻机一起搬运。

3 结语

随着我国近些年的大力发展,大城市对人才的需求不言而喻,良好的城市环境不仅是人们的向往,也是城市吸引外来人口的重要因素。绿色发展已经深入人心,利用绿色勘察岩芯钻探泥浆回收装置的设计思路和理念,能进一步实现绿色勘察与城市环境保护的共同进步。同时,也可以为类似的施工工艺(如旋挖桩湿作业),以及水利水电、公路铁路等相关领域提供解决泥浆污染、粉尘扩散等问题的思路。从城市发展的角度看,营造和谐的生态环境和市容市貌,有利于城市形象宣传,激发人才创新,吸引全球人才落户,增强城市的吸引力,提升城市的竞争力。