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近年來(lái)，交通運(yùn)輸部大力推動(dòng)“綠色公路”，提出公路建設(shè)要“零棄方、少借方”，要將傳統(tǒng)做法中的棄土加以保存和利用，變廢為寶。機(jī)制砂技術(shù)為這一發(fā)展方式提供了可行的方案。本篇主要介紹了湖南省馬跡塘至安化東坪高速公路通過(guò)將隧道洞渣用來(lái)生產(chǎn)機(jī)制砂的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道洞渣資源化利用，避免洞渣廢棄占用土地，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

(資料圖片僅供參考)

湖南省馬安高速公路隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為100公里，路基寬度24.5米，全長(zhǎng)67.280公里。全線混凝土強(qiáng)度最高等級(jí)為C50。路線經(jīng)過(guò)剝蝕重丘、低山地貌，地形起伏大，構(gòu)造剝蝕強(qiáng)烈，沿線基巖主要為板巖和砂巖，終點(diǎn)段零星分布有石灰?guī)r。全線總體橋隧比22%，全線土建工程部分混凝土總需求量約70萬(wàn)立方米，對(duì)砂石料的需求量大。項(xiàng)目沿線砂石料匱乏，工程使用的砂石料需遠(yuǎn)運(yùn)，平均運(yùn)距超過(guò)100公里。而設(shè)計(jì)文件表明，全線6座隧道中的水井坳隧道位于灰?guī)r地區(qū)，該隧道為出口小凈距、洞身分離式隧道，左線長(zhǎng)787米、右線長(zhǎng)760米，隧道開(kāi)挖產(chǎn)生洞渣約35萬(wàn)噸。

經(jīng)勘測(cè)，該隧道所在山體的地層主要由第四系覆蓋層及泥盆系灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r組成，隧道穿越1條寬約20米的破碎帶，其余位置巖石較完整，為泥盆系中統(tǒng)棋子橋組（D2q）灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r，中厚層狀?yuàn)A薄層狀，以中風(fēng)化為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬。隧道洞渣巖石的礦物組成為方解石95%、黏土礦物5%、石英1%。經(jīng)巖石顯微鏡鑒定，定名為亮晶團(tuán)塊灰?guī)r。

根據(jù)公路橋梁施工規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，用于加工橋梁工程的碎石壓碎值應(yīng)小于20%，用于加工粗集料的巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于1.5倍。該隧道洞渣可滿(mǎn)足該高速公路橋梁用C50砂石料的材質(zhì)要求。

/ 機(jī)制砂加工工藝與質(zhì)量控制 /

加工設(shè)備選型與工藝流程

隧道洞渣加工機(jī)制砂工藝流程

經(jīng)綜合考量，為充分利用隧道洞渣，該項(xiàng)目在35萬(wàn)噸洞渣中優(yōu)選20萬(wàn)噸用于生產(chǎn)砂石料，剩余15萬(wàn)噸用于該隧道進(jìn)出口段路基填筑，從而實(shí)現(xiàn)了隧道洞渣“零棄方”。結(jié)合該隧道所在施工合同段混凝土的總體需求，該項(xiàng)目將砂石料加工時(shí)間計(jì)劃為1年，加工砂石料總量按20萬(wàn)噸計(jì)（其中機(jī)制砂40%，碎石60%）。

依據(jù)產(chǎn)能需求，該項(xiàng)目通過(guò)干法生產(chǎn)機(jī)制砂，并采用布袋除塵工藝進(jìn)行加工過(guò)程的除塵和石粉含量的控制，一級(jí)破碎采用1臺(tái)PE600×900顎式破碎機(jī)，二級(jí)破碎采用1臺(tái)FP1315反擊式破碎機(jī)，三級(jí)破碎采用1臺(tái)PCX1212反擊式細(xì)碎機(jī)。

加工場(chǎng)地布設(shè)

為盡可能減少用地、保護(hù)生態(tài)、減少對(duì)附近居民的侵?jǐn)_、降低運(yùn)輸成本，加工場(chǎng)地布設(shè)時(shí)主要考慮了以下幾點(diǎn)：盡量保護(hù)土地資源，避免新征臨時(shí)用地；盡量將加工場(chǎng)地布設(shè)于隧道口與混凝土拌和站之間，避免洞渣和砂石料重復(fù)運(yùn)輸；與附近居民居住點(diǎn)保持200米以上的距離，避免加工過(guò)程噪音及粉塵擾民；電力供應(yīng)方便，盡量降低加工成本。

綜合考慮后，該項(xiàng)目將洞渣加工機(jī)制砂場(chǎng)地布設(shè)于距離隧道進(jìn)口300米處的路基填方段，場(chǎng)地長(zhǎng)約80米。且為避免加工場(chǎng)地成為該路段的控制性工程，項(xiàng)目先將路基填筑至路下床底標(biāo)高再進(jìn)行設(shè)備安裝。

加工質(zhì)量控制該項(xiàng)目從以下幾方面加強(qiáng)了加工質(zhì)量控制。

從源頭優(yōu)選洞渣 在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，優(yōu)選整體性好、性能滿(mǎn)足要求的巖石用于加工機(jī)制砂。當(dāng)隧道施工進(jìn)入破碎帶、含泥地層、軟弱地層，以及富水區(qū)段時(shí)，開(kāi)挖的洞渣直接作為路基填料，不用于砂石料生產(chǎn)。

對(duì)洞渣進(jìn)行晾曬 在隧道洞口設(shè)置洞渣場(chǎng)，將開(kāi)挖出的洞渣先運(yùn)輸至此進(jìn)行晾曬，待曬干后用挖掘機(jī)挑選片石裝車(chē)運(yùn)輸至加工場(chǎng)用于加工，避免了因過(guò)濕洞渣直接用于生產(chǎn)砂石料而導(dǎo)致的質(zhì)量波動(dòng)。

場(chǎng)地與道路硬化 洞渣運(yùn)輸?shù)缆泛图庸?chǎng)地首先采用壓路機(jī)充分壓實(shí)，然后鋪筑20厘米厚級(jí)配碎石層，避免在加工過(guò)程中運(yùn)輸車(chē)輛、裝卸設(shè)備將泥土帶入。

強(qiáng)化排水系統(tǒng) 加工場(chǎng)地場(chǎng)平按中間高、周邊低的原則進(jìn)行平整，并在周邊修建了排水溝，確保降雨能及時(shí)排出，避免降雨積水導(dǎo)致原材料和成品污染。

定期檢查維修設(shè)備 堅(jiān)持每天定期對(duì)加工系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，重點(diǎn)對(duì)破碎機(jī)易損件、振動(dòng)篩、除塵器布袋完好性等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修復(fù)，確保這些設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。

及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)砂石料成品 將加工出來(lái)的機(jī)制砂和碎石及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至混凝土拌和站或儲(chǔ)料場(chǎng)，確保砂石料成品堆高不超過(guò)3米，避免出現(xiàn)顆粒離析。

加工質(zhì)檢系統(tǒng) 建立隧道洞渣加工機(jī)制砂質(zhì)檢系統(tǒng)，每天開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)在皮帶取樣檢驗(yàn)砂石料級(jí)配、石粉含量、細(xì)度模數(shù)，當(dāng)這些指標(biāo)出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)立即停機(jī)檢查，排除故障后再重新開(kāi)機(jī)。

/ 隧道洞渣機(jī)制砂工程應(yīng)用 /

機(jī)制砂性能

經(jīng)檢測(cè)，采用該隧道洞渣加工的機(jī)制砂無(wú)堿活性，機(jī)制砂性能與露天開(kāi)采巖石加工的砂石料無(wú)異。對(duì)照《建設(shè)用砂》，該機(jī)制砂滿(mǎn)足Ⅱ類(lèi)砂要求（空隙率不大于44%，單級(jí)最大壓碎指標(biāo)值不大于25%，MB值小于1.4時(shí)石粉含量不大于10%）。

機(jī)制砂級(jí)配

機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，根據(jù)高速公路橋梁工程混凝土工程特點(diǎn)，該項(xiàng)目對(duì)隧道洞渣機(jī)制砂混凝土進(jìn)行了混凝土配合比設(shè)計(jì)。通過(guò)各種等級(jí)混凝土配合比與抗壓強(qiáng)度可知，采用隧道洞渣配置的機(jī)制砂混凝土28天抗壓強(qiáng)度均超過(guò)配制強(qiáng)度。

機(jī)制砂混凝土工程應(yīng)用

目前，采用隧道洞渣加工機(jī)制砂配制的混凝土已成功應(yīng)用于C20～C40混凝土工程。以C40混凝土為例，已應(yīng)用于 溪特大橋（28×40米預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁橋）的橋梁立柱。混凝土外觀質(zhì)量良好，同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件28天抗壓強(qiáng)度達(dá)50.5兆帕，采用中型回彈儀測(cè)試構(gòu)件抗壓強(qiáng)度為46.5兆帕。

經(jīng)濟(jì)效益

將隧道洞渣用于加工機(jī)制砂，其加工成本主要為加工能耗、人員工作和加工設(shè)備的折舊費(fèi)用。本文截稿前，已采用隧道洞渣加工砂石料18.38萬(wàn)噸（其中，機(jī)制砂8.03萬(wàn)噸），由數(shù)據(jù)分析可知，應(yīng)用18.38萬(wàn)噸隧道洞渣加工砂石料可直接節(jié)約投資1447萬(wàn)元。

環(huán)境效益

隧道洞渣加工機(jī)制砂實(shí)現(xiàn)了隧道洞渣的資源化利用，避免了建設(shè)棄土場(chǎng)堆放洞渣導(dǎo)致的土地資源占用和對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)也避免了遠(yuǎn)運(yùn)河砂或開(kāi)山炸石來(lái)生產(chǎn)機(jī)制砂，降低了高速公路施工的能源消耗和二氧化碳的排放，具有顯著的環(huán)境效益。

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