A installation de séparation des boues pour un chantier utilisant un bouclier hydraulique Elle est dimensionnée en fonction du diamètre d’excavation, la vitesse d'avancement, le volume de terre excavée, le débit de boue de circulation, la granulométrie du sol, la teneur en fines, la densité cible de la boue, la distance de pompage, la capacité de traitement requise et les contraintes environnementales en matière de rejet, de réutilisation ou de gestion des déchets. Sa fonction est de séparer les solides du fluide d'excavation afin de maintenir la stabilité du circuit de boues, de contrôler la pression au front de taille et de permettre une excavation continue et sûre.
Dans les projets de le fonçage de tuyaux, microtunnelage y traversées de rivières ou de cours d'eau, les hydro-shield pour les terrains gorgés d'eau Elle utilise un circuit de boues pour stabiliser le front de taille, transporter les matériaux excavés et contrôler la pression hydraulique. C'est pourquoi l'installation de séparation doit être conçue comme faisant partie intégrante du système d'excavation, et non comme un équipement auxiliaire isolé.
Quels sont les objectifs de l'usine de tri ?
L'usine doit répondre à quatre objectifs principaux :
| Objectif | Quelles sont les implications sur le chantier ? |
|---|---|
| Séparer les solides de la boue | Retirer le sable, le gravier, la vase et les fines du circuit d'excavation |
| Conserver les propriétés du fluide | Contrôler la densité, la viscosité, la teneur en solides et la capacité de transport |
| Maintenir la production | Traiter le débit nécessaire sans provoquer d'arrêts de la foreuse |
| Gérer les déchets et l'eau | Respecter les exigences en matière d'environnement, de collecte, de transport, de mise en décharge ou de réutilisation |
Si la station ne dispose pas d'une capacité suffisante, les boues peuvent se saturer en matières solides, perdre leur capacité de transport, voir leur densité augmenter, provoquer des obstructions, réduire le rendement ou compromettre le contrôle du front.
Paramètres de base pour le dimensionnement
Pour dimensionner l'installation, on analyse :
1. Diamètre et section de l'excavation
Le diamètre du tunnelier détermine le volume excavé par mètre avancé. Plus le diamètre est grand, plus le volume de matériaux excavés est important et plus les exigences en matière de tri sont élevées.
2. Vitesse d'avance prévue
La vitesse d'avancement détermine le débit de matières solides entrant dans le circuit. Il ne suffit pas de calculer la production moyenne ; il faut également tenir compte des pics d'avancement, des changements de terrain et des phases de production élevée.
3. Granulométrie du sol
Le type de sol détermine les étapes de séparation :
- Graviers et sables grossiers : criblage et désensablage.
- Sables fins : hydrocyclones ou séparation fine.
- Boues et argiles : décantation, floculation, centrifugation ou traitement spécifique.
- Installations mixtes : combinaison de cribles, de cyclones et d'équipements de clarification.
4. Teneur en fines
Les fines sont problématiques car elles peuvent rester en suspension, augmenter la densité et la viscosité, entraver la recirculation et faire grimper les coûts d'exploitation.
5. Débit de circulation des boues
L'installation doit traiter le débit circulant entre la foreuse et la surface. Ce débit dépend du diamètre, de la distance, de la perte de charge, de la capacité de pompage, de la pression frontale et du volume de matériau transporté.
6. Distance et dénivelé de pompage
La longueur du circuit, la profondeur des arbres verticaux, la hauteur de refoulement et les pertes de charge ont une incidence sur les pompes, les canalisations, la pression, le débit et la continuité de fonctionnement.
7. Exigences environnementales
La gestion des boues d'excavation doit prendre en compte le stockage, la déshydratation, le transport, la caractérisation des résidus, le déversement, la réutilisation de l'eau, les surfaces disponibles et les autorisations.
Étapes habituelles d'une installation de séparation
| Étape | Fonction | Matériau à retirer |
|---|---|---|
| Triage primaire | Retenir les graviers, les petits galets ou les matériaux grossiers | Solides grossiers |
| Dessablage | Séparation des sables à l'aide d'hydrocyclones ou d'autres équipements | Sables moyens et fins |
| Délimité | Réduire les boues et les particules fines | Particules fines en suspension |
| Décantation ou clarification | Séparation des solides par sédimentation ou par traitement chimique | Sédiments et particules fines |
| Floculation | Regrouper les particules fines pour faciliter leur séparation | Argiles et fines colloïdales |
| Centrifugation ou filtre-presse | Déshydrater les boues et réduire le volume des déchets | Boues concentrées |
| Réglage du fluide | Ajuster la densité, la viscosité ou les propriétés des boues réutilisées | Fluide de recirculation |
Tous les chantiers ne nécessitent pas toutes les étapes. La configuration dépend du terrain, du système de bouclier hydraulique, de l'espace disponible et des exigences en matière de gestion des boues.
Comment le sol influence-t-il la plante ?
Sables et graviers
Ils nécessitent généralement des cribles, des désensableurs et des hydrocyclones d'une capacité suffisante pour séparer les particules grossières et moyennes. Le principal risque est de saturer l'installation ou de provoquer l'usure des pompes, des canalisations et des cyclones.
Limos
Les limons peuvent rester en suspension et augmenter la turbidité. Ils peuvent nécessiter une décantation, une floculation ou une séparation fine afin de maintenir les boues dans les limites des paramètres d'exploitation.
Argiles
Les argiles sont plus complexes car elles peuvent se disperser, augmenter la viscosité et compliquer la séparation. Dans ces cas-là, un traitement chimique, une floculation, une centrifugation ou un filtre-presse peuvent s'avérer nécessaires.
Terrains à usage mixte
Sur des sols présentant une alternance de graviers, de sables, de limons, d'argiles ou de roches concassées, l'installation doit être flexible et s'adapter aux variations de granulométrie, de densité et de débit sans arrêter la foreuse.
Roches ou matériaux abrasifs
Les roches concassées et les matériaux abrasifs peuvent accroître l'usure des pompes, des conduites, des cribles et des hydrocyclones. Il convient de vérifier la résistance à l'usure et de prévoir l'entretien nécessaire.
Relation entre la plante, le bouclier hydraulique et le contrôle du front
L'installation de séparation a une incidence directe sur le comportement du bouclier hydraulique. Si la boue recyclée ne présente pas une densité, une viscosité et une teneur en solides adéquates, cela peut altérer la pression au niveau du front de taille, la capacité de transport des matériaux et la stabilité de l'excavation.
C'est pourquoi, pendant les travaux, on contrôle :
- Débit d'alimentation et de retour.
- Densité de la boue.
- Viscosité.
- Teneur en matières solides.
- Granulométrie des solides séparés.
- Pression dans le circuit.
- Pertes de charge.
- Rendement des cribles et des hydrocyclones.
- Volume excavé par rapport au volume traité.
- Consommation d'eau, de bentonite ou d'additifs.
- Volume de déchets produits.
- Qualité de l'eau clarifiée, le cas échéant.
- Problèmes d'obstruction, d'usure ou de saturation.
Risques liés à une installation sous-dimensionnée
Une installation mal dimensionnée peut entraîner :
- Saturation des boues en matières solides.
- Perte de capacité de transport.
- Augmentation de la densité ou de la viscosité.
- Blocages dans le circuit.
- Arrêts de la foreuse.
- Vitesse d'avancement réduite.
- Usure accélérée des pompes et des canalisations.
- Difficulté à maintenir la pression vers l'avant.
- Consommation excessive d'eau ou d'additifs.
- Excès de résidus liquides.
- Problèmes liés à la collecte, au transport ou au déversement.
- Surcoûts et retards.
Au émissaires sous-marins, prélèvements d'eau de mer ou les passages sous les cours d'eau, ces risques peuvent également avoir des répercussions sur les autorisations environnementales, le contrôle de la turbidité et la gestion de l'eau de process.
Informations nécessaires pour la conception ou l'appel d'offres
Pour dimensionner une station de séparation des boues destinée à un bouclier hydraulique, il convient de fournir les informations suivantes : le diamètre de l'excavation, la longueur d'enfoncement, la profondeur des puits, la vitesse d'avancement prévue, le volume excavé par mètre, le débit de circulation, la distance de pompage, la dénivellation, la pression de service, les caractéristiques géotechniques, la granulométrie, le pourcentage de fines, la plasticité, abrasivité, niveau de la nappe phréatique, perméabilité, type de boue, densité et viscosité cibles, espace disponible sur le chantier, alimentation en eau, énergie, système de stockage, critères de réutilisation, limites de rejet, nécessité d’une floculation, d’une centrifugation ou d’un filtre-presse, gestion des déchets, autorisations environnementales et exigences en matière de documentation qualité.
Demander un contrôle technique de l'installation de séparation des boues pour « Hidroescudo » avant de finaliser la méthode d'excavation, la mise en place du chantier ou la documentation relative à l'appel d'offres.
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