隧道洞渣自產砂石料在施工中的應用

任 毅

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032)

0 引 言

近年來，國家及地方政府鐵路、公路、水利水電、市政等基礎設施建設持續升溫,但是同時國家對山、河、湖、海等自然資源的保護力度也在不斷加大，這導致施工生產用砂石料資源極度緊張，砂石料供應已經成為制約施工生產的重要因素之一。利用隧道洞渣自產砂石料，一是可以緩解砂石料供應緊張的問題，二是可以實現砂石料質量的自我管控，三是可以有效降低工程材料成本，四是減少了棄渣場地的占用，減少對環境的污染。

1 隧道洞渣自產砂石料工藝原理及流程

1.1 隧道洞渣自產砂石料工藝原理

利用施工隧道開挖出的洞渣，經破碎、篩分等工藝流程，生產出符合施工工藝及質量要求的砂石料，用于工程主體原材料。

1.2 隧道洞渣自產砂石料工藝確定的主要因素和原則

隧道洞渣自產砂石料生產工藝需考慮巖石巖性、破碎比、生產規模、產品粒形要求、破碎設備性能等方面因素，工藝流程設計要考慮其可靠性、經濟性、先進性。砂石料生產加工的原則是以最簡單的加工環節獲得質量達標的成品。

破碎比是破碎原料粒度對出料成品粒度的比值，破碎比直接決定著破碎工藝的復雜程度，原材料粒度越大、成品粒度越細，破碎工藝越復雜；隧道洞渣自產砂石料必須通過技術方案必選、經濟效益分析比較后選擇最優的生產工藝及設備配置；對粒形有較高要求的情況，在破碎比達標的同時還需考慮產品粒型要求，在設備配置及流程設計中應結合巖石巖性及設備性能考慮；破碎設備的性能直接影響著破碎流程和產品粒度組成，在砂石料生產工藝確定前應做好充分的研究，選擇經濟合理的設備；巖石內部物理結構和力學性能也直接影響破碎工藝流程和破碎設備選型，因此在砂石料生產工藝設計前需要充分掌握待加工巖石特性。

1.3 隧道洞渣自產砂石料生產工藝流程

隧道洞渣自產砂石料首先需要對隧道圍巖類型、圍巖等級及分布情況等進行分析，二是需要對洞渣產出量與砂石料需求量進行分析，三是需要進行現場勘查、分析比選碎石場場地設置，四是根據破碎比設計、比選生產工藝流程，五是針對工藝流程選擇破碎設備及輔助設備，六是進行碎石場場地建設及設備安裝調試，建成后投入生產。

隧道洞渣自產砂石料生產的一般工藝流程：①隧道洞渣運輸至砂石料場原材料存放場地，裝渣設備裝料至料倉；②洞渣原料經料倉由給料機送進粗碎設備進行粗碎，再由輸送機輸送至細碎設備進行進一步破碎；③細碎后由輸送機送進篩分設備進行篩分，篩分出的達標的碎石及機制砂由輸送機送往成品料堆；④不達標的部分由送機返料送到細碎設備進行再次破碎，形成閉路多次循環。

2 隧道洞渣自產砂石料生產設備及其選型

隧道洞渣自產砂石料的生產設備選型主要考慮原材料特性、成品砂石料粒徑級配及粒形要求。首先，需要根據項目施工各級配砂石料需用量計算砂石料場的產能，根據產能需求、砂石料級配及粒形要求確定破碎設備及輔助設備的規格及配備數量。

2.1 粗碎設備

粗碎設備需要根據砂石料場的產能需求、隧道洞渣巖石的物理特性結合砂石料場場地條件及投資條件來選擇，常用的粗碎設備包含旋回破碎機、顎式破碎機和反擊式破碎機。旋回破碎機多用于處理能力>1 500 t/h的砂石料場，其特點是處理能力大、進料粒度大、巖石適應度高，但對場地要求高，一次性投資較高；顎式破碎機能適應任何巖石的破碎，但其結構決定了在破碎過程中的有空行程，處理能力相對較小，一般處理規模<1 500 t/h的中小型砂石場一次破碎選用顎式破碎機。顎式破碎機的結構簡單，投資較少，便于現場維護，在人工砂石料生產中應用最為廣泛。但其出料粒形較差，破碎比較小，需配套細碎設備聯合加工。反擊式破碎機是利用沖擊能來破碎物料的設備，其破碎比較大，產品粒形好，設備投入較低，使用較廣泛。

2.2 細碎設備

常用的細碎設備有反擊式破碎機和圓錐破碎機。反擊式破碎機對中等硬度以下的巖石破碎效果較好；巖石特性及破碎比的要求決定著圓錐破碎機的類別，液壓圓錐破碎機是目前應用最廣泛的圓錐破碎機。如破碎硬巖且破碎比大，一般選用多缸液壓圓錐破碎機，可減少破碎段數，降低系統投資；破碎一般巖石，可選用單缸液壓圓錐破碎機。

2.3 制砂設備

常用的制砂設備有立式沖擊破碎機、輥磨機和棒磨機。立式沖擊破碎機利用高速離心產生的動能，將物料拋出，得到能量的物料與反擊板或與物料之間的相互碰撞、摩擦和研磨，達到破碎石料的目的。其生產效率高，產品粒形好，運行成本低。但產出砂的細度模數級配不理想，需經篩分后，再通過混合設備按照級配進行混合，從而獲得滿足質量要求的機制砂；高壓輥磨機是一種結構簡單、性能可靠的可細碎、超細碎作業可控制細度模數的破碎設備。高壓輥磨機通過使物料在兩個滾壓的滾壓面之間受到壓力而粉碎。可用于解決機制砂細度模數不足問題，常用高壓輥磨機出料粒度為50%～70%<5 mm，可以很好的彌補立式沖擊破碎機級配不理想缺陷；棒磨機主要用于濕法生產，棒磨機出料粒形優良，產品的細度模數容易調整，但生產效率低、噪聲大、運行成本高，在成品砂質量要求高的工藝中主要聯合立式沖擊破碎機和棒磨機聯合的制砂工藝，主要起調節作用。

2.4 輔助設備

人工砂石料生產中的輔助設備主要包含給料機、振動篩、皮帶輸送機、洗砂(石)機等，在制砂過程中承擔著給料、分選、輸送、清洗等作用，與破碎、制砂設備等，根據產能需求、成品粒徑需求等組合構成砂石料生產線。

給料機(又稱震動喂料機)在破碎生產線中的作用是為破碎機械連續均勻給料，還可對物料進行粗篩分；振動篩主要用于石料生產線、碎石生產線、砂石生產線中對石料的篩分工作，可通過配置不同孔徑篩網獲得相應粒徑的砂石料；皮帶輸送機主要完成在砂石料生產過程中需要進行二次破碎的半成品及成品的輸送，洗砂機；洗砂(石)機的作用主要是對成品砂石料進行清洗，清除成品砂石料中的泥土及其他雜質，以使砂石料含泥量達到使用要求。

3 隧道洞渣自產砂石料生產線

由喂料機、破碎機、振動篩、制砂機、洗砂機、皮帶輸送機等幾大部分組成、配備自動化控制系統構成砂石料生產線是隧道洞渣自產砂石料采取的主要方式。常用的砂石料生產線可分為由固定式破碎篩分設備組成的固定式砂石料生產線和由移動式破碎篩分設備組成的移動式砂石料生產線，固定式砂石料生產線是將各類破碎篩分設備按照設計固定安裝于預先建設好的基礎上形成生產線，其特點是一次性投資較小、場地布局相對固定，適合于運行時間較長的砂石料場；移動式砂石料生產線是將各類破碎篩分設備安裝于可行走的平臺上，其特點是可以根據需求靈活配置破碎篩分設備，對場地要求相對較小，轉場再組裝相對方便，但設備一次性投資較大。

施工項目在洞渣技術指標滿足自制砂石料要求的情況下，需根據整個項目砂石料需求總量及高峰期砂石料需求量設計并建設砂石料生產線。表1為中鐵十二局集團張吉懷鐵路3標項目砂石料生產線主要設備配置，鑒于目前移動式砂石料生產線一次性投資過大，該項目選擇固定式砂石料生產線，該生產線設計產能為250 t/h，為增加機制砂產量，在原設計砂石料生產線的基礎上增加專用制砂生產線。

表1 中鐵十二局集團張吉懷鐵路項目砂石料生產線設備配置

表1(續) 中鐵十二局集團張吉懷鐵路項目砂石料生產線設備配置

4 隧道洞渣自產砂石料生產線經濟性分析

隧道洞渣自產砂石料成本投入主要包含設備投入成本、建設成本、加工成本等方面，其中建設成本主要包含征地、廠房及臨時住房建設費，設備基礎土建及設備安裝調試費；加工成本主要包含人工費、電費、設備燃料費、設備維保費等。表2以中鐵十二局集團張吉懷鐵路項目砂石料場為例對隧道洞渣自產砂石料成本進行了分析。

表2 中鐵十二局集團張吉懷鐵路項目砂石料場成本分析表

表2(續) 中鐵十二局集團張吉懷鐵路項目砂石料場成本分析表

從表2可以看出,隧道洞渣自產砂石料生產線自產碎石成本約53元/m3，自產機制砂成本約60元/m3。而目前，市場碎石價格約97元/t(按每方1.6t計算，核155元/m3)，機制砂價格約100元/t(按每方1.4t計算，核140元/m3)，天然砂價格約125元/t(按每方1.4t計算，核175元/m3)。隧道洞渣自產砂石料生產線成本不到市場供應價格的50%，其經濟效益相當可觀。

5 隧道洞渣自產砂石料成品質量分析

質量控制是隧道洞渣自產砂石料的關鍵，砂石料作為工程實體的原材料，其質量關乎工程實體質量，若質量不達標則無法用于工程施工。通過對張吉懷鐵路項目隧道洞渣自產砂石料場成品質量檢測，證明在原材料技術參數滿足要求的情況下，機制砂石料質量技術參數可以滿足質量要求，用于工程實體。

6 結束語

隧道洞渣自產砂石料在經濟、環保方面有著明顯的優勢，但在實際施工過程中需結合隧道洞渣巖石力學、化學特性、工程項目對砂石料的技術參數要求、工程項目砂石料需求量、場地條件等，本著經濟合理、安全環保的原則，合理選擇砂石料生產設備，配備必要的污水處理、殘渣處理等設施，并在實際生產中不斷總結、優化，爭取以最小的投入獲得質量合格的產品，以實現保障工程質量的前提下，獲得良好的經濟效益。