陳永進(jìn)

中鐵十局集團(tuán)第三建設(shè)有限公司 安徽合肥 230601

在工程建設(shè)領(lǐng)域，砂石料供應(yīng)問(wèn)題越來(lái)越成為影響工程進(jìn)度的主要矛盾，而隧道施工過(guò)程中，產(chǎn)生的大量洞渣又會(huì)造成巨大的環(huán)保壓力。利用洞渣加工為砂石料，不僅可以解決砂石料供應(yīng)問(wèn)題，而且可以有效緩解環(huán)保壓力。但傳統(tǒng)的洞渣加工利用方法，一方面會(huì)造成嚴(yán)重的空氣、噪聲及水污染問(wèn)題，另一方面加工出的碎石和機(jī)制砂質(zhì)量不穩(wěn)定，不能滿足高速鐵路工程建設(shè)需要。因此，工程上迫切需要一種優(yōu)質(zhì)高效的洞渣綜合利用方法。

1 工程背景

新建池州至黃山高速鐵路站前工程嶺上村隧道出口、竹木嶺隧道、半步嶺隧道和金子坑1號(hào)隧道位于安徽省黃山市黃山區(qū)境內(nèi)，隧道圍巖以花崗閃長(zhǎng)巖為主，弱風(fēng)化的花崗閃長(zhǎng)巖單軸抗壓強(qiáng)度普遍在60MPa以上，是良好的碎石加工母料。工程所在地位于皖南山區(qū)，交通不便，且臨近太平湖生態(tài)紅線，環(huán)保壓力大。安徽省內(nèi)天然河砂較少，且合格率低，工程建設(shè)所需的河砂需從江西贛江及鄱陽(yáng)湖調(diào)運(yùn)，運(yùn)距長(zhǎng)、價(jià)格高且供應(yīng)量無(wú)法有效保證。探索隧道洞渣綜合利用，對(duì)于解決工程建設(shè)所需的砂石料供應(yīng)，緩解棄渣導(dǎo)致的環(huán)保壓力，降低工程建設(shè)成本具有極其重要的意義。

2 隧道出渣量分析

基于隧道洞渣綜合利用的碎石加工廠母料來(lái)源受制于隧道圍巖情況和開(kāi)挖進(jìn)尺，從圍巖角度分析，Ⅴ級(jí)圍巖洞渣不能用作碎石加工母料；Ⅳ級(jí)圍巖需經(jīng)分揀后部分用作碎石加工母料，考慮50%利用，Ⅲ級(jí)圍巖全部可以用作母料。

表1 隧道出渣量計(jì)算

隧道總出渣量約79.4萬(wàn)方，其中可用做碎石加工母料的洞渣約40.7萬(wàn)方。

圖1 可用做碎石加工母料的洞渣月產(chǎn)量

從開(kāi)挖進(jìn)尺的角度分析，Ⅴ級(jí)圍巖月進(jìn)度約45m，Ⅳ級(jí)圍巖月進(jìn)度約80m，Ⅲ級(jí)圍巖月進(jìn)度約120m，則可用做碎石加工母料的洞渣月產(chǎn)量如上圖所示，由圖可以，2020年6月，隧道開(kāi)挖進(jìn)入Ⅳ級(jí)圍巖，可用做碎石加工母料的洞渣開(kāi)始出產(chǎn)，月產(chǎn)量為1.7萬(wàn)噸，洞渣出產(chǎn)高峰期為2020年11月-2021年7月，月產(chǎn)量4-8萬(wàn)噸，2022年7月以后，隧道內(nèi)不再出產(chǎn)可用做母料的洞渣。整個(gè)生產(chǎn)周期為25個(gè)月，其中高峰期為7個(gè)月。

3 碎石加工廠產(chǎn)能選型計(jì)算

隧道洞渣屬于國(guó)家資源，在工程建設(shè)過(guò)程中，產(chǎn)生的洞渣可用于本工程建設(shè)，但不能對(duì)外出售，這就決定了在碎石加工廠的產(chǎn)能選型計(jì)算時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮母料供應(yīng)量決定的碎石加工廠產(chǎn)能以及為滿足工程需要的混凝土需求決定的碎石加工廠產(chǎn)能。碎石母料供應(yīng)量、混凝土需要量根據(jù)施工生產(chǎn)計(jì)劃推算，生產(chǎn)混凝土的碎石和機(jī)制砂根據(jù)不同標(biāo)號(hào)的混凝土的配合比推算。通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，洞渣加工為碎石過(guò)程中，可產(chǎn)出約50%的碎石、約35%的機(jī)制砂[1]。

圖2 碎石加工廠產(chǎn)能

隧道洞渣產(chǎn)量受圍巖等級(jí)影響很大，因而由隧道洞渣產(chǎn)量推算的碎石廠產(chǎn)能波動(dòng)很大，高峰期達(dá)到2900噸/日，低谷期為400噸/日；由混凝土需求量推算的碎石廠產(chǎn)能則較為平穩(wěn)，產(chǎn)能在1000噸/日上下波動(dòng)。由此分析，可將碎石加工廠的產(chǎn)能定在1000噸/日。考慮作業(yè)人員休息及設(shè)備維修保養(yǎng)需要，碎石廠日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間按10小時(shí)考慮，高峰期日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間按15小時(shí)考慮，選擇加工能力為100噸/小時(shí)的碎石加工生產(chǎn)線。

4 碎石加工廠建設(shè)

4.1 碎石加工廠占地面積

碎石加工廠占地面積需考慮母料存放區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、成品存放區(qū)、生活區(qū)，另外由于高速鐵路建設(shè)對(duì)原材料要求極高，碎石廠直接生產(chǎn)的機(jī)制砂需經(jīng)水洗后才能用于鐵路工程建設(shè)，因而在規(guī)劃碎石加工廠占地面積時(shí)，還需要預(yù)留機(jī)制砂水洗用地。

碎石場(chǎng)洞渣存儲(chǔ)區(qū)按最大月富余量考慮，即V=6531.6×30/2=97974m3，考慮1.35的松散系數(shù)，洞渣松方量為132264.9m3，按平均堆積高度6m考慮，洞渣存放區(qū)面積22044m2，即33畝。碎石存儲(chǔ)區(qū)按最大周富余量考慮，即V=430.19×7/1.65=1505.67m3，按平均堆積高度3m考慮，洞渣存放區(qū)面積501.89m2，即0.8畝，規(guī)劃占地面積1畝。機(jī)制砂存儲(chǔ)區(qū)按最大月富余量考慮，即V=305×7/1.45=1472m3，按平均堆積高度3m考慮，機(jī)制砂存放區(qū)面積490m2，即0.7畝，規(guī)劃占地面積3.5畝。石粉存儲(chǔ)區(qū)按最大月富余量考慮，即V=225×30/1.4=4821m3，按平均堆積高度3m考慮，石粉存放區(qū)面積1608m2，即2.4畝，規(guī)劃占地面積2.5畝。加工區(qū)按100×60m布置，占地面積6000m2，即9畝。生活區(qū)采用自建活動(dòng)板房的方式，按35m×15m布置，占地面積0.8畝。機(jī)制砂水洗場(chǎng)地按10畝考慮。則碎石加工廠規(guī)劃占地面積為59.7畝。

表2 碎石加工和存儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表

表3 碎石加工廠選址經(jīng)濟(jì)必選

4.2 碎石加工廠選址

為減少征地費(fèi)用，降低環(huán)保壓力，碎石加工廠原則上宜選擇在設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)處，同時(shí)還應(yīng)考慮母料至碎石廠以及生產(chǎn)出的碎石、機(jī)制砂到拌和站的運(yùn)輸距離[2]。

本著經(jīng)濟(jì)環(huán)保原則，本工程初步選址兩處，進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)必選，最終確定選址。

嶺上村隧道出口棄渣場(chǎng)運(yùn)輸費(fèi)和便道修筑費(fèi)用741萬(wàn)元，半步嶺隧道進(jìn)口棄渣場(chǎng)運(yùn)輸和便道修筑費(fèi)用583萬(wàn)元，綜合比選，碎石加工廠選址半步嶺隧道進(jìn)口處棄渣場(chǎng)。

4.3 碎石加工廠設(shè)備選型

為確保加工的碎石和機(jī)制砂能滿足高鐵建設(shè)需要，經(jīng)充分調(diào)查，選擇如表4所示碎石加工設(shè)備。

4.4 碎石加工廠水電配置

經(jīng)測(cè)算，碎石加工生產(chǎn)線所有機(jī)械設(shè)備功率約為1200kW，考慮到辦公、生活及其他設(shè)備用電，整個(gè)加工廠的設(shè)備功率約為1400kW，計(jì)劃選配1臺(tái)800kW、1臺(tái)630kW的變壓器，從最近的接火點(diǎn)架設(shè)專線引入，滿足生活和生產(chǎn)用電需要。

碎石加工廠用水通過(guò)打井取水，綜合考慮施工用水和生活用水，以滿足碎石加工生產(chǎn)一天和清洗車輛和生活用水為標(biāo)準(zhǔn)，打鉆出水量為9m3/h的水井，并配備了滿足出水量的抽水設(shè)備，存入有效容量為90m3的蓄水池[3]。

5 碎石加工廠生產(chǎn)

5.1 碎石和機(jī)制砂加工工藝

表4 碎石加工廠設(shè)備配置表

圖3 碎石和機(jī)制砂生產(chǎn)工藝流程

洞渣主要通過(guò)碎石加工廠加工成5-10mm碎石、10-16mm碎石、16-31.5mm碎石、機(jī)制砂和石粉五種產(chǎn)品。

洞渣經(jīng)初步分揀后，從各工點(diǎn)運(yùn)輸?shù)郊庸S，由大料斗經(jīng)過(guò)給料機(jī)篩選去掉含泥和風(fēng)化巖石再傳輸?shù)蕉跗茩C(jī)進(jìn)行破碎，由皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)綀A錐破進(jìn)行第二次破碎，破碎后在輸送到

振動(dòng)篩進(jìn)行篩選，其中大于31.5mm的碎石經(jīng)過(guò)返料輸送帶運(yùn)至圓錐破碎機(jī)再次破碎，其余會(huì)經(jīng)過(guò)立軸式破碎機(jī)再次破碎，最后再次通過(guò)振動(dòng)篩和礦粉分離機(jī)分離處不同規(guī)格的碎石、機(jī)制砂和石粉。碎石經(jīng)過(guò)整形制砂一體機(jī)破碎整形后運(yùn)輸至料倉(cāng)。其生產(chǎn)工藝如圖3。

5.2 碎石加工廠平面布置

碎石加工廠平面規(guī)劃應(yīng)在充分調(diào)查工程所在地自然環(huán)境、地形地貌、地質(zhì)狀況、既有道路利用條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)線的數(shù)量、機(jī)制砂產(chǎn)量、機(jī)械設(shè)備特點(diǎn)等制定，并滿足工廠化和信息化的管理要求。按取石區(qū)、選料區(qū)（分揀區(qū)、合格母材存儲(chǔ)區(qū)）、喂料區(qū)、加工區(qū)、半成品與成品存放區(qū)、檢測(cè)區(qū)、計(jì)量區(qū)、廢料區(qū)、檢修通道和運(yùn)輸安全通道進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置[4]。本工程碎石加工廠平面布置如圖4。

圖4 碎石加工廠平面布置圖

5.3 效益分析

本工程隧道總可利用方量約40.7萬(wàn)方，預(yù)計(jì)可生產(chǎn)碎石44.2萬(wàn)噸，考慮項(xiàng)目自用后，約盈余碎石9.9萬(wàn)噸；預(yù)計(jì)可生產(chǎn)機(jī)制砂30.9萬(wàn)噸，考慮項(xiàng)目自用后，約盈余機(jī)制砂7.38萬(wàn)噸。該碎石廠計(jì)劃7月份投產(chǎn)，前期需外購(gòu)碎石約4.5萬(wàn)噸，外購(gòu)河沙3.1萬(wàn)噸。

根據(jù)隧道圍巖條件推算，單日最大洞渣加工需求量為2900t，峰值期為2021年2月，單日加工需求量大于1000t的月份為2020年11月-2021年7月，高峰期共12個(gè)月，計(jì)劃生產(chǎn)周期為25個(gè)月，高峰期占比48%。

按混凝土需求量推算的母料最大加工需求量為1263噸，峰值期為2021年1月，單日加工需求量小于1200d噸的月份占生產(chǎn)周期的92%，綜合考慮選擇產(chǎn)能100t/h的碎石加工生產(chǎn)線，高峰期日生產(chǎn)時(shí)間按12小時(shí)考慮，日產(chǎn)量1200噸，滿足碎石需求量要求。

6 結(jié)論

（1）基于隧道洞渣綜合利用的碎石加工廠需要從母料供應(yīng)和混凝土需求兩個(gè)角度綜合分析選定碎石加工產(chǎn)能。

（2）碎石加工廠區(qū)規(guī)劃需要根據(jù)母料供應(yīng)和加工能力，充分考慮各功能區(qū)劃分，尤其是要詳細(xì)計(jì)算母料和成品存放區(qū)面積，確定碎石加工廠選址和占地面積。

（3）總結(jié)出一套完善的碎石加工工藝流程和廠區(qū)平面布置，并初步進(jìn)行了效益分析，可以為同類工程提供有益參考。