科技日报记者 王延斌
8月17日，济南黄岗路黄河隧道盾构段掘进完成，这标志着世界最大直径水下盾构隧道顺利贯通。记者在现场采访时了解到，该隧道盾构段长约3290米，在最深达40多米的地下，直径17.5米的“山河号”盾构机需穿越黄河两岸大堤、黄河等敏感地区，环保问题凸显。
中铁十四局项目盾构经理薛永超向记者表示，直径17.5米“山河号”，每掘进1环（大约两米）就会产生约1200立方米泥浆；如果按照每天6环的掘进速度计算，日泥浆量近万立方米。此外，该工程临近济南市一级水源地，环保压力大。
直面上述环保问题，他们独创了“新利器”。
直面行业内的新挑战
在中铁十四局济南黄岗路黄河隧道项目建设现场，一排高耸的绿色圆罐引人注目，“那是我们自主研发的‘絮凝+提浓+压滤’组合工艺的核心设备——提浓罐。”薛永超表示，这套工艺通过对泥浆进行提浓、压滤，实现高效固体与液体分离，达成效率与环保的双赢。
薛永超表示，“絮凝”，是通过一种特制药剂，让不能直接循环使用的泥浆通过化学反应，实现固体颗粒与水的分离；“提浓”，则是让分离出来的固体颗粒沉入罐底，清水从罐体上方流出，回到循环池；而“压滤”，则是将沉入罐底的颗粒，通过高强力压滤机挤压，变成含水率更低的“泥饼”。
相较于常规土层，黄河底部沉积的“老黄泥”颗粒细腻、黏度大、透水率低。因此，穿越黄河，泥浆的高效处理就成为攻关重点。
盾构机穿越黄河，地面特制的泥浆输送到掌子面前端，携带开掘出来的渣土回到地面，经设备分离后，达标的泥浆可以直接循环使用，而比重过大的泥浆需要经过特殊处理，分离成为固体和液体，也就是“泥饼”和清水，“泥饼”将进入下一步环保利用环节，清水再返回制浆池。这是中铁十四局项目现场负责人周祥和同事们高效处理泥浆的思路。
“当时，针对泥浆处理难题，我们打算借鉴芜湖长江隧道污水处理经验，引入了一种新型泥浆过滤设备。”周祥说，但经过实地考察，这套设备并不完全适用于黄河河底的泥层。他们决定，自主搭建一套泥浆处理设备。
但该项目泥水处理厂厂长、资深专家胡修志并不乐观：“这是行业内的新挑战，可借鉴经验少，絮凝剂的参数配比确定更是难上加难。”
絮凝剂是水处理中用于强化悬浮颗粒聚集的关键药剂。其使用效果受搅拌时间、速度和温度影响，沉淀出来的固体颗粒含水率也大不相同。尤其是气温变化，更影响絮凝的溶解效果。
“絮凝剂用量是关键。”胡修志解释，如果用量不足，泥饼含水量就会过高，达不到预期效果；而用量过多，压滤出来的尾水絮凝剂含量过高，就达不到浆液循环使用的标准，增加成本。
施一招效果立竿见影
在泥浆池旁，他们以2小时为周期反复试验，并做好详细记录。36小时之后，当看到压滤出来的尾水如矿泉水般清澈时，胡修志心中一喜：“成了！”
小型试验成功提振了信心。随着“山河号”盾构机进场组装，压滤机也逐渐到位，他们决定开展原位试验，验证参数的可行性。因为只有原位试验成功之后，才能进入实际应用。
“我们将基坑开挖出的泥土注水模拟泥浆，在泥水处理系统中压滤机应在的位置上进行压滤测试，力求最大程度还原实际工况。”胡修志说。
这是原位试验的步骤。然而，试验结果却未达预期，压滤出来尾水存在浑浊现象。看着并不清澈的尾水，上述项目团队原地开会，他们分析，可能是絮凝剂作用时间不足。胡修志说：“就像是加入了酵母的面团，需要充分醒发。”为此，他们将膨化箱从2个增加为3个，延长絮凝剂静置时间。
这一次，效果立竿见影。
随后，他们进一步优化，将原本必须时刻匀速流转的泥浆管路，变成了可变速、间歇性供浆，可实现短时间内的大量补浆，还能有效防止泥浆罐底的泥土堆积。
2024年9月1日，“山河号”盾构机始发之际，这套完全自主创新的“絮凝+提浓+压滤”组合工艺同步投入运行。系统每小时可处理泥浆近600立方米，使每日泥浆处理效率提高50%，滤饼的含水率降低至30%以下。
“这套工艺实现泥浆高效处理，回水循环利用零外排，为连续、快速、绿色高效、环保掘进提供保障。”薛永超说，在这套工艺的加持下，“山河号”掘进速度从预期的每天6—8米，提升至每天12—18米，并创造了月进尺426米的17米级盾构施工世界新纪录。
如今，这套工艺成为黏土地层泥浆处理的“解题模板”，已被应用到国内其他重大工程上，引领着行业绿色施工新方向。
