隧道洞渣聯合生產碎石、機制砂工藝研究

陳浩

摘要： 隨著我國基礎建設的大規模進行，砂石料需求量越來越大。而自然資源有限，國家實行的環保政策使大量碎石廠因環保不達標而被迫關閉。為了保證工程施工，本文從隧道洞渣選取、碎石場生產設備選型、生產過程控制著手，詳細介紹了隧道洞渣制備碎石的生產工藝。

Abstract： With the large-scale infrastructure construction in China， the demand for aggregate is growing. However， due to limited natural resources， a large number of gravel plants have been forced to shut down because of the environmental protection policies implemented by the state. In order to ensure the construction of the project， this paper introduces the production process of crushed stone from tunnel cinder in detail from tunnel cinder selection， grading equipment selection and production process control.

關鍵詞： 洞渣；制備；碎石；聯合生產；質量控制

Key words： cinder；preparation；rubble；co-production；quality control

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0128-03

0 引言

在隧道施工中不可避免的要產生大量的洞渣，處理這些洞渣，需要大量征用永久用地，棄渣過程中將產生大量的運輸費用。隧道施工中，混凝土需求方量大。目前全國范圍內砂石料逐漸枯竭，在地材資源不豐富的地方，混凝土砂石料將大大提高工程成本。在洞渣質量滿足制備砂石料的前提下，采用洞渣制備砂石料將產生極大的經濟效益。洞渣的綜合利用，也符合當前國家推行的綠色工程的政策。

1 特點

①根據碎石需求量的要求以及圍巖類型，選用適用于本項目的機械設備，制定合理的生產線。

②優選高品質洞渣作為砂石料生產原料，嚴格控制砂石料原材料的質量，保證砂石料成品的質量。

③調整機械設備參數，不斷優化砂石料粒型、顆粒大小。

④在滿足工程需求的前提下，根據實際生產出來的砂石料比例調整配合比砂石料比例；根據最佳配料比，調整機械參數使實際生產出來的碎石比例與施工配比更好的匹配。

2 適用范圍

適用于項目所在地砂石料資源匱乏，項目有隧道工程且洞渣質量滿足制備砂石料要求的項目。

3 工藝原理

利用隧道廢棄洞渣制備砂石料，解決當地砂石料資源匱乏的問題，節約棄渣場地，構筑綠色工程。通過對機械設備參數的調整制備出符合規范要求以及實際使用需求的砂石料。

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

隧道圍巖類型及等級分析→洞渣及砂石供需分析→碎石場場地比選→碎石場機械設備選型→碎石場場地建設、機械設備安裝→砂石料質量檢測→機械設備調整。

4.2 操作要點

4.2.1 隧道圍巖類型及等級分析

隧道圍巖等級的高低決定圍巖完整性，但是圍巖的巖石種類才是決定是否能制備碎石的關鍵參數。圍巖等級主要由洞渣的破碎程度以及圍巖種類決定，圍巖等級低的洞渣不一定巖石強度低，圍巖等級高的洞渣不一定就滿足制備砂石料要求，實踐證明Ⅳ/Ⅴ級圍巖的玄武巖作為砂石料原料是可以滿足規范要求的。圍巖等級較高的頁巖、泥巖、泥質灰巖不適合作為原料來生產砂石料。

4.2.2 砂石料需求量分析

全面考慮工程高峰時期每日砂石需求數量，以及施工配合比中砂石料使用比例，以此為依據選擇合適的生產設備，并應留有一定的富余。

4.2.3 碎石場場地比選

碎石場位置應綜合分析原料來源以及拌和站位置后，在可利用的場地中選擇最佳位置。碎石場場地大小應考慮一定的成品料堆積場地以及洞渣堆積場地。

4.2.4 碎石場機械設備選型

石料的破碎應根據物料的性質、尺寸及需要破碎的程度來選用恰當的破碎方法。對于堅硬物料的粗、中破碎，宜采用擠壓法：對于脆性和軟質的破碎，宜用沖擊法或劈裂法；對粉磨破碎一般采用磨削法和沖擊法；對于粘濕物料，如韌性物料采用磨削法或擠壓法。沖擊法應用范圍較廣，可用于破碎和粉磨。一般來說破碎機械的選擇是根據破碎的級別而定的，破碎機的設計制造也是根據破碎級別來考慮的。對于粗碎階段，宜選擇顎式破碎機、顎旋式破碎機、旋同圓錐式破碎機等；對于中碎階段，選擇標準圓錐式破碎機、中型圓錐式破碎機、菌形圓錐式破碎機、反擊式破碎機等：對于細碎階段，宜選擇短頭圓錐破碎機等；對于磨碎階段宜采用棒磨機、沖擊式破碎機等。對于制備機制砂而言，細碎階段和磨碎階段可以合并為制砂階段，一般選用沖擊式破碎機即可。

4.2.5 碎石場場地建設、機械設備安裝

場地建設時應充分考慮砂石料及洞渣堆放問題，提前規劃好廠區車輛行走路線及調轉車頭位置，合理安排設備位置，充分利用現有的空間。上料平臺及洞渣堆積場地應高于生產設備平面6米左右。

4.2.6 砂石料質量檢測

鐵路項目中，碎石指標要求應滿足TB 10424-2010【鐵路混凝土工程施工質量驗收標準】中表6.2.3-1、表6.2.3-2中要求，檢測項目及頻率應符合表6.2.3-3中要求，試驗方法應參照GB/T 14685-2011 【建筑用碎石、卵石】執行；機制砂要求應滿足TB 10424-2010【鐵路混凝土工程施工質量驗收標準】中表6.2.4-1、表6.2.4-2、表6.2.4-3中要求，檢測項目及頻率應符合表6.2.4-4中要求，試驗方法應參照GB/T 14684-2011 【建筑用砂】執行。endprint

4.2.7 機械設備調整

根據試生產出來的砂石料檢測結果，調整機器設置參數。篩網尺寸應充分考慮實際生產情況，以及配合比中各種配料比例。篩網種類應經濟適用，機制砂上層篩、16～31.5碎石上層篩可選用鋼網篩，增大通過率，這兩種規格骨料用量相對于其他規格骨料多，在保證成品砂石料規格尺寸的前提下，應采用易于通過的鋼網篩。其他篩網宜選用尼龍篩，增加篩網使用壽命，減少更換篩網造成的人工費用，降低更換篩網碎石場停工的時間。

5 材料、機具設備

本工程除需要合格的洞渣及充足的水源外無需特別的材料。采用的機具及設備見表1。

6 勞動組織、生產安全管理

6.1 勞動力組織關系表（表2）

6.2 生產安全管理

①碎石機應配專人操作及管理，操作者須具有電工、機械的安全知識，熟悉本機工作原理，工作性能，掌握操作要領。

②操作者上班前必須戴安全帽、穿工作服。

③各皮帶機運轉過程中，禁止從上方跨越，禁止接觸各托輥及各滾筒，以防撞傷，作業期間，禁止在破碎機臺下、輸送機下停留。

④作業前準備：

1）檢查各運動部件潤滑情況是否良好，必要時加注適量潤滑脂。

2）檢查緊固件是否緊固可靠。

3）檢查皮帶機的皮帶和 V 型皮帶緊張度是否合適，并進行必要的調整。

4）檢查皮帶機前后清掃器是否與地面貼緊，清掃器內是否有石料或其他物料，若有應予以清除。

5）檢查皮帶接頭是否損壞，必要時進行更換。

6）清除鄂式破碎機鄂口的石料或其他物料。

7）檢查鄂板磨損情況，并應調整到要求尺寸。

8）檢查振動篩，振動給料器是否被石子或其他物料卡住，并予清除。

9）檢查電源電壓是否正常電器設備是否完好，檢查安全防護裝置是否齊全。

10）按規定順序啟動各機組。

⑤作業與運輸的要求：

1）進料規格符合說明書的規定，開始進料的喂入量為最大喂入量的 1/2 ，喂入量要均勻，喂入量應逐漸加大。

2）石料進入循環后應按下列要求檢查：

a給料器是否均勻將料喂入一級破碎機；

b兩級破碎機是否有周期性和顯著沖擊聲；

c各固定聯接螺栓是否有松動情況；

d軸承溫度應<35 ℃；

e振動篩分機是否工作正常；

f各皮帶是否嚴重跑偏，清掃器是否起作用；

g各機組是否有異常聲音；

h石料最終粒度是否符合要求，針、片狀含量是否在控制范圍內。

3）當上述情況在最大喂入量時良好狀態，即可投入正常使用。

4）嚴禁在破碎機工作期間朝鄂口內窺視，不準用手或鋼針在鄂口內搬動石塊；一級鄂口式破碎機鄂口內，若有塊石滑動影響石料破碎時，應停機后調整石塊位置。

5）檢查兩級破碎機有無異常聲音。

6）檢查清掃器，皮帶機運行是否正常。

7）檢查各機組接頭處有無石料外泄。

8）軸承溫度是否>35 ℃。

9）當電器設備自動跳閘時，應檢查原因排除故障并清除兩級鄂式破碎機鄂口內石料后方能重新開機；停機維修時，電器箱上應有明顯標志。

10）將電器箱內所在開關置在“斷”的位置，鎖上電器箱，收好專用工具。

7 應用實例

成昆鐵路峨米3標三工區1#碎石場。

7.1 工程概況

成昆鐵路峨米三標由中鐵十二局集團有限公司承建，該標段正線全長28.241km，隧道正線全長25.52km，其三工區老鼻山隧道出口工區、老鼻山隧道3#橫洞工區、新林隧道出口工區隧道圍巖主要為玄武巖及灰巖。老鼻山隧道出口與新林隧道進口中間的峨邊南站地表往下6米左右全部為玄武巖。

整個工區可用棄渣充足，大約擁有40萬方可利用原石。1#碎石場地處新林進口，老鼻山隧道出口洞渣運距不到2公里，峨邊南站挖方原石運距不到1km，臨建水源，生產用水充足。

7.2 碎石場砂石料生產控制及注意事項

①考慮到隧道需要5～10碎石用于噴射混凝土，碎石按3級配設計，碎石尺寸分別為5～10mm，10～20mm，16～31.5mm，機制砂小于4mm。篩孔尺寸分別為4mm（鋼網篩），6mm（尼龍篩），12mm（尼龍篩），21mm（尼龍篩），32mm（鋼網篩）。

②4mm篩以下為機制砂，為得到適宜的細度模數的機制砂，采取調整制砂機轉速（制砂機轉速為1200r/min），以及水洗設備出水量的方式控制機制砂粒型及石粉含量。機制砂石粉含量為4～5%時細度模數為2.9～3.0。實踐證明，加大石粉含量可以降低細度模數，但是實際使用過程中，由于石粉較多，砂子粘性過大，配料斗下料困難，配料時需要人工清理下料。因此保持機制砂石粉含量4～5%，細度模數2.9～3.0是一個較為合理的平衡點。此時的機制砂拌制出來的混凝土和易性良好，便于施工。

③4～6mm碎石返回到制砂機中，降低5～10mm碎石中5mm以下顆粒，6mm篩上料為5～10mm碎石，12mm篩上料為10～20mm碎石，21mm篩上料為16～31.5碎石。該套篩子出來的碎石比列約為5～10mm：10～20mm：16～31.5mm=3：4：5。5～31.5mm碎石施工配比為5～10mm：10～20mm：16～31.5mm=1：4：5。由于噴射混凝土只使用5～10mm碎石，該施工配比基本和實際生產出來的各種碎石比列一直。基本杜絕了單一碎石過大的情況。由于前期設備選型上考慮不周到，機制砂生產量略有不足，實際生產中需要單獨生產機制砂以滿足施工需要。

④為保證砂石料質量，每月應對洞渣質量進行檢測，主要檢測洞渣巖石抗壓強度、軟化系數及吸水率。在圍巖發生明顯變化時，還應對洞渣的化學元素進行分析。在生產過程中要注意清理洞渣中夾雜的軟弱顆粒以及其他雜物，保證成品碎石質量。給料口設置孔徑約為10厘米左右鋼網篩，可以極大降低碎石中軟弱顆粒含量，以及含泥量。篩下的細料可以作為路基填料。

參考文獻：

[1]TB 10424-2010，鐵路混凝土工程施工質量驗收標準[S].

[2]鄧濤.隧道洞渣制備機制砂及機制砂混凝土應用技術研究[D].碩士論文.

[3]張蔚博，張羽，崔國柱.隧道洞渣在鶴大高速公路科技示范工程中的綜合應用[J].公路，2016（06）.endprint