トンネルスラグ処理の完全ガイド

概要：砂利集積物の処理技術は、トンネルスラグの処理と利用の鍵であり、主にトンネルスラグ回収の選定、砂利処理システムの選定と配置、砂利集積物の処理技術、廃水処理、粉塵および騒音制御などを含みます。

トンネルスラグの利用状況

1. トンネルスラグとは何ですか？

トンネルスラグは、トンネル掘削プロセス中に掘削された石の廃棄物を指します。

2. トンネルスラグの不適切な処理の危険性

高速道路や新幹線トンネルの掘削プロセス中に、大量のトンネルスラグが生成されます。工事技術や組織などの要因により、トンネルスラグが合理的に利用できず、廃棄のための専門の廃棄エリアを建設する必要があることが多いです。

耕作可能な土地と廃地の資源を占有する

トンネル掘削によって生成されたトンネルスラグの恣意的な処理は、多くの耕作可能な土地を占有するだけでなく、土地の機能に影響を与え、表土の物理的および化学的特性が変化することがあります。また、建材の残留物が土壌に重金属汚染を引き起こし、耕作地の耕作可能性を大幅に低下させる可能性があります。

増加洪水災害の確率

トンネルスラグの掘削は、表面積を大きくかき乱し、元々深刻に浸食されていた土壌浸食の範囲を増加させます。建設過程で処理と保護が行われない場合、地域の土壌浸食を引き起こし、主要プロジェクトの安全に不安定要因をもたらし、川沿いの洪水災害の確率を増加させます。

経済資源の浪費

緑の建設の要件を満たすために、トンネル掘削中に発生する大量のトンネルスラグを処理する必要があります。しかし、長距離輸送はプロジェクトコストを増加させるだけでなく、資源の浪費も引き起こします。したがって、工事における廃棄トンネルスラグの適切な処理が特に重要です。

3. トンネルスラグからの砂の準備に対する制約

トンネル岩相の多重変形と非選択性

砂利採石場と比較して、トンネルスラグを使用して機械的な砂を生産する最大の欠点は、材料が選択的でないことです。プロジェクトの計画スケジュールに従って、スラグはトンネル施工中に生産されるため、岩石の違いが比較的大きい可能性があり、機械的な砂の品質が不安定です。スラグが複数のトンネルから生成される場合、この状況はより顕著になります。

トンネルスラグの合理的な評価の欠如

一部の技術者は、路床填充に関してトンネルスラグについて限られた理解しか持っておらず、コンクリート工学におけるその応用について技術的支援や客観的理解が不足しているため、人材、物資、財政資源を組織してトンネルスラグを研究し応用することが困難です。

標準化された処理技術の欠如

トンネルスラグの成分は複雑であり、地域によってトンネルスラグの岩相は大きく異なります。現在、標準化された処理計画とプロセスは存在せず、異なる現場の具体的な状況に基づいてカスタマイズされた処理計画を設計する必要があります。

トンネルスラグの応用

トンネルスラグから砂利を準備するための主要技術

トンネルスラグ砂生産のプロセスは、主に、トンネル周辺岩石の種類とグレードの分析 → トンネルスラグ回収の選択 → トンネルスラグと砂岩の需給分析 → 砂利処理場の比較と選択 → 砂利処理技術の設計 → 砂利設備の選択 → 砂利処理場の建設、設備の設置 → 砂利骨材の品質検査 → 設備の調整が含まれます。

砂利集積物の処理技術は、トンネルスラグの処理と利用の鍵であり、主にトンネルスラグ回収の選定、砂利処理システムの選定と配置、砂利集積物の処理技術、廃水処理、粉塵および騒音制御などを含みます。

1. トンネル周囲岩石の種類とグレードの分析

周囲岩の岩石の種類は、砂や砕石を準備できるかどうかを決定する重要な要素です。周囲岩のグレードは主にトンネルスラグの破砕度と周囲岩の種類によって決まります。高強度の周囲岩を使用して砂や砕石を準備することができます。

2. トンネルスラグ回収の選択

トンネルスラグには以下の特性があります：

(1) トンネルスラグは工事プロジェクトの異なる部分やユニットから来る可能性があり、岩石の種類、圧縮強度、風化の程度などの変動が母材の多様性と複雑さを増し、母材の品質と安定性を確保することが難しくなります。

(2) トンネルスラグには泥や土などの不純物が多く含まれ、清浄度が低いです。したがって、不純物や土を取り除くための適切な措置を講じる必要があります。

(3) 工事の主要な掘削方法は爆破です。トンネルの掘削中は、断面の設計サイズの影響で、爆破面が小さく爆破点が集中しているため、爆破スラグの平均サイズが小さく、粉が多く厚い粉被覆が発生します。

トンネルスラグの特性に基づいて、すべてをスラグヤードに混ぜて積み重ねると、母材の不安定さが引き起こされます。ソースからの母材の品質変動を最小限に抑えるために、事前のスクリーニングと分類が必要です。

トンネルスラグ母岩の品質を向上させるための効果的な措置：

まず、掘削前に現場の施工測定データと地質調査データを比較して、異なる掘削部分の対応する岩石の種類、強度、風化の程度、砂や砕石の原料として使用できるかどうかを確認し、ソースからトンネルスラグを選定します。

次に、掘削プロセス中に、トンネルスラグに適切なスクリーニングを実施し、良好な性能と高強度の岩石を選んで砂や砕石の加工を行います。崩壊ゾーン、泥の形成、弱い形成からの掘削されたスラグ材料は砂や砕石の原料として使用されません。

最後に、スラグヤードに運ばれたトンネルスラグは、品質に応じて分類され積み重ねられ、同じ堆積所内でのスラグの品質差が最小限に抑えられ、性能がより安定し、分類、加工、利用が容易になるようにします。

3. 砂と砕石処理システムの敷地選定とレイアウト

砂と砕石処理システムには主に固定型と移動型の2種類があります。現在、大型および中型のシステムは主に固定型を使用しています。線形工事（鉄道、高速道路など）の小規模な砂石処理システムには移動型を使用するべきです。

移動型砂と砕石処理システムはモジュラー組み立てを採用しており、破砕、選別、砂製造のプロセスを柔軟に組み合わせています。プロジェクトの進行に応じて迅速に生産に移行でき、さまざまなプロセス間の輸送距離を短縮します。

サイトの選定と砂利処理システムのレイアウトは、生の材料の供給元とミキシングプラントの位置を総合的に分析する必要があります。地域の特性、周囲の環境、サイトのサイズ（一定量の完成品貯蔵とトンネルスラグ貯蔵を考慮）、システムの規模と形式、生産プロセス、およびその他の要因に基づいて、利用可能なサイトから理想的な場所を選定し、先進技術、便利な建設、信頼性のある運転、そして良好な経済、安全性、および環境保護の要件を満たすための合理的な計画を行う必要があります。

4. 砂利骨材処理技術

トンネルスラグからの砂利骨材の製造には、破砕、ふるい分け、砂作りの工程が含まれ、主な工程は「破砕を多くして粉砕を少なくする、粉砕を破砕に置き換える、粉砕と粉砕を組み合わせる」です。処理材料の特性は、砂利骨材処理プロセスの設計に直接影響します。

破砕

粉砕セクションの数は、岩相、硬度、供給粒子サイズ、トンネルスラグの必要処理能力に応じて決定し、他の要因と組み合わせて総合的に分析する必要があります。

バサルトや花崗岩など、粉砕が困難で強い磨耗性を持つ岩石の場合、通常は3段階の粉砕プロセスが使用されます。粗粉砕には、通常、ジョークラッシャーまたは円錐クラッシャーが使用されます。中間粉砕には、比較的大きな粉砕比を持つ中型のコーンクラッシャーが使用され、細粉砕にはショートヘッドコーンクラッシャーが使用されます。

石灰岩や大理石のような中間または脆弱な岩石の場合、2段階または3段階の粉砕プロセスを使用できます。粗粉砕には、比較的大きな粉砕比を持つ衝撃クラッシャーまたはハンマークラッシャーを採用できます。中間および細粉砕には、衝撃クラッシャーまたはコーンクラッシャーを選択することをお勧めします。

粉砕処理には、オープンサーキット、クローズドサーキット、セグメントクローズドサーキットの3つの形式があります：

オープンサーキット生産を採用する場合、プロセスはシンプルで、循環負荷はなく、作業場のレイアウトは比較的簡単ですが、グレーディング調整の柔軟性は低いです。バランスを取った後、一部の廃棄物が発生する可能性があります；

閉回路生産方式では、骨材の粒度調整が容易で、作業場のレイアウトが比較的集中していますが、工程が複雑で、サイクル負荷が大きく、処理効率が低くなります。

セグメント化された閉回路生産を採用する場合、骨材粒度の調整は柔軟で、サイクル負荷は比較的小さいですが、作業場の数は比較的多く、操作管理は比較的複雑です。

スクリーニング

ふるい分けは砂利骨材の粒度を制御する重要な要素であり、トンネルスラグは粉砕後にふるい分けされ、等級分けされます。振動ふるいの構成は、泥含有量、洗浄性、必要な処理能力、ふるい分けされた原材料の等級分け、排出要件などに基づいて決定する必要があります。

スクリーング処理能力を計算する際には、フィード量の変動を考慮する必要があります。多層スクリーンは層ごとに計算し、最も不利な層に応じてモデルを選択し、排出端の材料層の厚さを確認する必要があります。スクリーンの排出端の材料層の厚さは、メッシュ穴のサイズの3〜6倍を超えてはならず（脱水に使用する場合は小さい値を取るべきです）。

砂の製造

1) 砂製造プロセス

砂利集約物の生産プロセスには、乾式、湿式および乾湿併用の3つの方法が含まれます。

(1) 湿式生産：原料に泥や柔らかい粒子が多く含まれている場合、また微細集約物の石粉の含有量が比較的高い場合に適しています。湿式生産は、一部の石粉を取り除くために使用できます。

利点は、高いスクリーニング効率、集約物の表面が清潔で、生産プロセス中にほこりが出ないことです。欠点は、高い水消費量、廃水処理の難しさ、微細集約物と石粉の著しい損失、脱水の難しさです。

(2) 乾式生産：主に清潔な原料および微細集約物の砂形成率が低く、石粉の含有量が低い砂処理システムに適しています。

利点は、水消費が少なく、石粉の損失が少なく、廃水処理が低いか、存在しないことです。

欠点は、ほこりが一般的に多く、ほこりの多い場所は密閉されており、集じん装置が必要です。原料に水分が含まれていると、微細集約物のスクリーン通過が難しくなります。

(3) 乾湿併用生産：一般的に粗集約物の湿式生産と微細集約物の乾式生産を組み合わせた生産プロセスを指します。この生産方法は、原料に泥の含有量が高く、微細集約物と石粉の含有量が低い砂利処理システムに主に適しています。

利点は、乾式及び湿式生産の利点を組み合わせ、水の消費が少なく、廃水処理が少なく、粗集約物の表面が清潔で、微細集約物の石粉の損失が少なく、ほこりが少ないことです。

欠点は、原料は、水で洗浄された後、垂直シャフトインパクトクラッシャーに入る前に脱水する必要があり（原料の水分含量は一般的に3％を超えてはならず、そうでなければ砂製造効果に深刻な影響を与えます）。

2) 砂製造機器

砂製造機器の選択は、材料源の特性、地域の特性、生産プロセスおよび排出要件に基づいて決定する必要があります。目前の市場での主流の砂製造機器は、垂直シャフトインパクトクラッシャーとタワー型砂製造システムです。顧客は、プロジェクトの進捗状況や現場の条件に応じて、移動式破砕砂製造機器を選択することもできます。

1. 垂直シャフトインパクトクラッシャー

VSI6Xシリーズの垂直シャフトインパクトクラッシャーは、破砕キャビティの構造を最適化し、「ロック・オン・ロック」と「ロック・オン・アイアン」の破砕形態を備えています。「ロック・オン・ロック」材料ライニングと「ロック・オン・アイアン」インパクトブロック構造は、機器の作業状態に応じて特別に設計されており、機器の破砕効率を大幅に向上させています。

一般的に、原材料が砕きにくく、強い摩耗性を持つ場合は「ロック・オン・ロック」の破砕方法を選択するべきです; 原材料が中程度の脆性または脆性で、摩耗が中程度または弱い場合は「ロック・オン・アイアン」の破砕方法を選択する必要があります。

2. タワー型砂製造システム

タワー型砂製造システムは、新しいタイプの砂製造方法であり、機械製砂産業の将来の発展における流行でもあります。従来の機械製砂の不合理な分級、高い粉と泥の含有量、標準以下の粒度の問題を解決するために、VU統合砂製造システムは、粉砕技術と滝成形技術を採用し、完成した砂利は合理的な分級と丸い粒子形状を持ち、粗いおよび細かい骨材の比表面積と多孔性を効果的に減少させます。同時に、乾式粉除去技術を採用することで、完成した砂の粉含有量を調整可能で制御可能にします。

VU統合砂製造システムは小さな面積を占め、完全に封閉された輸送、製造、負圧脱塵設計を採用し、低ノイズで、排水、スラッジ、ほこりの排出がなく、国家の環境保護要件を満たしています。

3. 移動式破砕および砂製造機

K3シリーズの移動式破砕および砂生産ラインは、新型のホスト装置を備え、全体的で強力な速度とパワーを持ち、安定して信頼性のある運転を行います;

スレッド型自動リフティング基礎を備えており、迅速な移動と便利な設置が可能です;

モードを切り替えると、固定ラインとしても使用でき、トンネルスラグ処理に理想的な選択肢になります。

5. 環境保護対策

廃水処理

沈殿と固液分離は、砂利処理の過程で放出される廃水を処理するために一般的に使用されます。

沈殿処理は一般に、前沈殿と沈殿の2つの段階で行われます。この方法の投資は少なく、運転は簡単ですが、大きな面積を占め、気候制限に影響されやすいです。

固液分離法では、放出された廃水をまず濃縮タンクに入れて濃縮し、所定の濃度に達した廃スラグを機械的に脱水します。濃縮タンクのオーバーフロー水は沈殿タンクに入り、澄明化されます。この処理方法は小さな面積を占め、気候条件の影響を受けず、リサイクル率は一般に70%以上に達することができますが、工事投資は比較的高いです。

現在、砂利処理システムの廃水処理は、通常、最初に沈殿によって粗粒子の一部を分離し、次に細かい粒子を濃縮した後に機械的方法を使用して脱水するという2つの方法を組み合わせて採用されています。これにより、廃水処理システムの正常な動作を確保しながら、コストも抑えることができます。

粉塵制御

砂利処理システム内の粉塵は主に、破砕、ふるい分けおよびグレーディング、材料移動、供給ダクトの段階から生じ、環境を汚染するだけでなく、オペレーターや周辺住民の健康にも影響を与えます。一般的に、システム内で水噴霧による粉塵除去、生物学的ナノテクノロジーによる粉塵抑制および粉塵回収装置が組み合わされています。

騒音制御

砂利処理システムにおける騒音制御の主な対策は以下の通りです：

• 低騒音機器を選定して騒音の強度を低減する；
• 適切な騒音削減材料を選定して騒音を減少させる；
• 音を遮断する材料を使用して伝達経路を防いだり、伝達中の騒音強度を減らす；
• 騒音に対する個人用保護具を使用する、など。

トンネルスラグ砂のコンクリート混合比分析

1. 準備強度と水セメント比の選定

機械製砂コンクリートの強度および水セメント比は関連規定を満たすべきです。

2. 単位水消費量の決定

河砂コンクリートに比べて、機械製砂コンクリートは同じスランプを達成するためにより多くの水を必要とします。

3. 単位セメント消費量の決定

低グレード（C30およびそれ以下）の機械製砂コンクリートを準備する場合、必要な強度を達成するために、河砂コンクリートに比べてセメント消費量を増やす必要はありません。

4. 砂率の選定

機械製砂コンクリートの砂率の選定は通常、河砂よりも2% -4%高いか、場合によってはさらに高くなります。機械製砂そのものの粒度、外観粒子、細度モジュール、および石粉含有量などの要因によるため、具体的な値はさらなる実験を通じて決定する必要があります。

トンネルスラグ処理の事例

1. 成都-昆明鉄道のトンネルスラグからの砂の準備

このプロジェクトのトンネルスラグの主な岩石は玄武岩と石灰岩です。また、このプロジェクトは水源に近く、生産に十分な水があります。

設備構成:

1台の振動フィーダー、1台の顎破砕機、1台のコーン破砕機、1台の垂直シャフトインパクト破砕機、2台の振動ふるい、10本の運搬ベルト、1セットの電気キャビネットおよびケーブル、1セットの砂洗浄装置、2台のローダー。

プロセスフロー：

①トンネルが5〜10mmの砂利を必要とするため、砂利は3つのグレーディングで設計され、サイズは5〜10mm、10〜20mm、16〜31.5mmで、機械製砂は4mm未満です。

メッシュサイズは4mm（スチールメッシュスクリーン）、6mm（ナイロンメッシュスクリーン）、12mm（ナイロンメッシュスクリーン）、21mm（ナイロンメッシュスクリーン）、32mm（スチールメッシュスクリーン）です。

②4mmメッシュサイズのスクリーンから得られるアンダーサイズ材は、機械で作られた砂です。砂の製造機の速度（砂製造機の速度は1200r/min）を調整して、機械で作られた砂の細かさモジュールを制御します。砂洗い機の水量の調整方法を変えて、砂の粒の形状と石粉の含有量を制御します。

実証結果では、石粉の含有量を増やすことで細かさモジュールを減少させることができます。ただし、実際の使用では、石粉が大量に存在し、砂の粘度が過度であるため、バッチホッパーから材料を排出するのが難しく、バッチ中に手動で清掃が必要です。

③4〜6mmの砂利は砂製造機に戻り、5〜10mmの砂利中の5mm未満の粒子の含有量を減少させます。6mmメッシュサイズのスクリーン上の粒子は5〜10mmの砂利で、12mmメッシュサイズのスクリーン上の粒子は5〜10mmの砂利で、21mmメッシュサイズのスクリーン上の粒子は16〜31.5mmの砂利です。

2. 健徳-金華高速道路のトンネルスラグからの砂準備

沿線のトンネルの周囲岩石は主に火山灰岩です。

プロジェクト概要：

原材料：火山灰岩、トンネルスラグ

生産能力：260t/h

設備構成：F5X振動フィーダー、PEWジョークラッシャー、HST単筒油圧円錐破砕機、VSI5X砂製造機、S5X振動スクリーンなどの補助装置。

完成した砂と砂利：0-5、5-10、10-20、20-28mm

プロジェクトの利点：

高品質：高級なインテリジェント破砕・砂製造設備は、全体のプロジェクトのハイライトであり核心です。破砕セクションにおける高度な油圧制御技術と成熟した生産プロセスは、全体のプロジェクトの効率的かつ安定した運用を保証します。砂製造セクションで生産された完成した機械製砂は、調整可能な粒子サイズ分布と制御可能な泥の含有量を持ち、工程品質の向上に効果的です。

高いインテリジェンス：本プロジェクトはPLC制御システムを装備しており、全生産ラインの運転状況を観察・制御できます。インテリジェントな生産ワークショップは、生産操作を容易にするだけでなく、人件費を削減し、プロジェクトのコスト管理に寄与します。

高い利益：プロジェクトは250,000立方メートルの機械製砂を使用する計画です。当時の市場価格で計算すると、自然砂の市場価格は1平方メートルあたり280RMB、機械砂の市場価格は1立方メートルあたり100RMBで、1立方メートルあたり180RMBの差があります。コストは約4500万元を節約でき、重要な間接経済的利益があります。