隧道渣处理的完整指南

总结：砂石骨料的加工技术是隧道渣土处理和利用的关键，主要包括隧道渣土回收的选择，砂石处理系统的选择和布局，砂石骨料的加工技术，废水处理，尘埃和噪声控制等。

隧道渣土的利用情况

1. 什么是隧道渣土？

隧道渣土是指在隧道挖掘过程中挖掘出的石头废料。

2. 不当处置隧道渣土的危害

在公路和高铁隧道的挖掘过程中，产生大量隧道渣土。由于施工技术和组织等因素，隧道渣土无法得到合理利用，常常需要建立专门的废土场进行处置。

占用耕地和荒地资源

隧道开挖产生的隧道渣土随意处置不仅占用了大量耕地，而且影响了土地的功能，表层土壤的物理和化学性质可能发生变化。同时，建筑材料的残留物可能导致土壤重金属污染，显著降低耕地的可耕性。

增加洪灾发生的概率

隧道渣土的开挖大大扰动了表面区域，增加了原本严重侵蚀的土壤侵蚀面积。如果在施工过程中不进行处理和保护，会导致区域土壤侵蚀，给主项目的安全带来不稳定因素，增加沿河洪灾的发生概率。

经济资源浪费

为了满足绿色施工的要求，隧道开挖过程中产生的大量隧道渣土需要进行处理。然而，长距离运输不仅增加了项目成本，还造成资源浪费。因此，妥善处理废弃隧道渣土在工程中显得尤为重要。

隧道渣土制砂的限制

隧道岩性多变性和非选择性

与沙石矿相比，使用隧道渣土生产人工砂的最大缺点是材料没有选择性。根据项目的计划进度，渣土在隧道施工过程中产生，这意味着岩石的差异可能比较大，人工砂的质量不稳定。如果渣土是由多个隧道产生的，这种情况会更加明显。

缺乏合理的隧道渣土评估

一些工程人员可能对隧道渣土在路基填充方面的理解有限，缺乏技术支持和对其在混凝土工程应用的客观理解，使得组织人力、物力和财力研究和应用隧道渣土变得困难。

缺乏标准化处理技术

隧道渣土的成分复杂，不同地区的隧道渣土岩性差异很大。目前缺乏标准化的处理方案和流程，必须根据不同场地的具体情况设计定制的处理方案。

隧道渣土的应用

从隧道渣土中制备砂石的关键技术

隧道渣土砂生产的过程主要包括：隧道围岩类型和等级分析 → 隧道渣土回收选择 → 隧道渣土和砂石供应与需求分析 → 砂石加工场地比较与选择 → 砂石加工工艺设计 → 砂石设备选择 → 砂石加工场地建设、设备安装 → 砂石骨料质量检测 → 设备调整。

砂石骨料的加工技术是隧道渣土处理和利用的关键，主要包括隧道渣土回收的选择，砂石处理系统的选择和布局，砂石骨料的加工技术，废水处理，尘埃和噪声控制等。

1. 隧道围岩类型和等级分析

围岩的岩石类型是决定砂石能否制备的关键因素。围岩的等级主要由隧道渣土的破碎程度和围岩的类型决定。高强度的围岩可以用于准备砂石。

2. 隧道渣土回收选择

隧道渣土具有以下特征：

(1) 隧道渣土可能来自工程项目的不同部分或单元，岩性、抗压强度、风化程度等的波动增加了母质的多样性和复杂性，使得确保母质的质量和稳定性变得困难。

(2) 隧道渣土中存在许多杂质，如泥土，洁净度低。因此，需要采取适当的措施去除杂质和土壤。

(3) 工程开挖的主要方法是爆破。在隧道开挖过程中，由于横截面设计尺寸的影响，爆破面小且爆破点集中，导致爆破渣的平均粒度较小，粉末多且粉末涂层较厚。

根据隧道渣土的特征，如果将所有渣土混合堆放在渣土场，将导致母质的不稳定。因此，需要进行初步筛选和分类，以最小化母质来源的质量波动。

提高隧道渣土母岩质量的有效措施：

首先，在开挖前，比较现场施工测量数据和地质勘查数据，以确定不同开挖部分的对应岩性、强度和风化程度，以及它们是否可以用作制备砂石骨料的原料，从而从源头选择隧道渣土。

然后，在开挖过程中，适当对隧道渣土进行筛选，例如选择性能良好且强度高的岩石进行砂石骨料的加工。来自破碎带、泥土层和弱层的挖掘渣土材料不用于砂石骨料的制备。

最后，运输到炉渣堆场的隧道炉渣根据其质量进行分类和堆放，以确保同一堆中的炉渣质量差异最小化，性能更加稳定，便于分类、加工和利用。

3. 沙石加工系统的选址和布局

沙石加工系统主要有两种：固定型和移动型。目前，大型和中型系统大多采用固定型。对于线性工程（如铁路、公路等）中的小规模砂石加工系统，应使用移动型。

移动沙石加工系统采用模块化组合，灵活地将破碎、筛分和制砂工艺组合成一个整体。它可以随着项目进度迅速转移到生产中，并缩短各工艺之间的运输距离。

沙石加工系统的选址和布局应全面分析原材料的来源和搅拌站的位置。根据区域特点、周边环境、场地大小（考虑一定的成品料存储和隧道炉渣存储）、系统规模和形式、生产工艺及其他因素，从可用场地中选择理想位置，并进行合理规划，以满足先进技术、便捷施工、可靠运行以及良好的经济性、安全性和环境保护的要求。

4. 沙石骨料加工技术

从隧道炉渣中制备沙石骨料涉及破碎、筛分和制砂，主要工艺为“多破碎少研磨、以破代磨、破碎与研磨结合”。处理材料的特性直接影响沙石骨料加工过程的设计。

破碎

破碎段数应根据岩石类型、硬度、进料粒度、隧道炉渣所需处理能力以及其他因素进行综合分析以确定。

对于难以破碎且具有强磨蚀性的岩石，如玄武岩和花岗岩，通常采用三级破碎工艺。粗破碎时常用颚式破碎机或圆锥破碎机。中式破碎时使用中型破碎比相对较大的圆锥破碎机，而细碎时使用短头圆锥破碎机。

对于中等或脆弱的岩石，如石灰石和大理石，可以采用二级或三级破碎工艺。粗破碎时可以采用具有相对较大破碎比的冲击式破碎机或锤式破碎机。中细碎时建议选择冲击式破碎机或圆锥破碎机。

破碎加工有三种形式：开放式循环、封闭式循环和分段封闭式循环：

在采用开路生产时，工艺简单，没有循环负荷，车间布局相对简单，但级配调整的灵活性较差。平衡后可能会产生一些废料；

在采用闭路生产时，骨料级配易于调整，车间布局相对集中。然而，工艺复杂，循环负荷大，处理效率低；

在采用分段闭路生产时，骨料级配的调整灵活，循环负荷相对较小，但车间数量相对较多，操作管理相对复杂。

筛选

筛分是控制砂石骨料粒度的关键因素，隧道渣在破碎后进行筛分和级配。振动筛的配置应根据泥含量、洗选性、所需处理能力、筛分原材料的级配、排放要求等确定。

在计算筛分处理能力时，需考虑进料量的波动。多层筛应逐层计算，模型应根据最不利层选择，并检查排料端的物料层厚度。要求筛网排料端的物料层厚度不得大于网孔尺寸的3-6倍（用于脱水时应取较小值）。

制砂

1) 制砂工艺

砂石骨料的生产过程包括三种方法：干法、湿法和干湿结合法。

(1) 湿法生产：适用于原料含泥或软颗粒过多，细骨料石粉含量较高的情况。湿法生产可以去除一些石粉。

其优点是筛分效率高，骨料表面干净，生产过程中无尘；缺点是用水量大，废水处理难度大，细骨料和石粉的损失严重，脱水困难。

(2) 干法生产：主要适用于清洁原料和细骨料砂形成率低、石粉含量低的砂加工系统。

其优点是用水量少，石粉损失小，废水处理低或没有。

缺点是一般尘土较大，尘土较高的地区需要封闭并配备除尘设备。当原料含水时，细骨料不易筛分通过。

(3) 干湿法结合生产：一般指粗骨料的湿法生产与细骨料的干法生产相结合的生产工艺。这种生产方法主要适用于原料泥含量高、细骨料和石粉含量低的砂石加工系统。

优点是它结合了干法和湿法生产的优势，水消耗少，污水处理少，粗集料表面干净，细集料石粉损失小，灰尘少。

缺点是原材料在水洗后需要脱水才能进入立轴冲击破碎机（原材料的含水量一般不超过3%，否则会严重影响制砂效果）。

2) 制砂设备

制砂设备的选择应根据原料来源的特性、区域特点、生产工艺和排放要求来确定。目前市场上的主流制砂设备是立轴冲击破碎机和塔式制砂系统。客户也可以根据项目进展和现场条件等选择移动破碎制砂设备。

1. 立轴冲击破碎机

VSI6X系列立轴冲击破碎机优化了破碎腔的结构，配备了“岩石对岩石”和“岩石对铁”的破碎形式，“岩石对岩石”的材料衬里和“岩石对铁”的冲击块结构是根据设备的工作状态特别设计的，显著提高了设备的破碎效率。

一般来说，当原材料难以破碎且强磨损时，应选择“岩石对岩石”的破碎方法；当原材料中等脆弱或脆弱，且磨损中等或较弱时，应选择“岩石对铁”的破碎方法。

2. 塔式制砂系统

塔式制砂系统是一种新型的制砂方法，也是未来机械制砂行业发展的趋势。为了有效解决传统机械制砂中存在的级配不合理、粉泥含量高、颗粒尺寸不达标等问题，VU一体化制砂系统采用了磨碎技术和瀑布成型技术，使得成品砂石具有合理的级配和圆形颗粒形状，有效降低了粗细集料的比表面积和孔隙率。同时，采用干粉去除技术，使得成品砂中的粉尘含量可调可控。

VU一体化制砂系统占地面积小，采用全封闭运输、生产和负压除尘设计，噪音低，无污水、污泥和灰尘排放，符合国家环保要求。

3. 移动破碎制砂机

K3系列移动破碎制砂生产线配备了新型主机设备，动力强劲、速度快，运行稳定可靠；

配备了滑橇式自动升降基础，便于快速转移和方便安装；

切换模式后，它还可以作为固定线路使用，使其成为隧道渣土处理的理想选择。

5. 环保措施

废水处理

沉淀和固液分离通常用于处理砂石加工过程中排放的废水。

沉淀处理一般分为两个阶段：预沉淀和沉淀。该方法投资少，操作简单，但占地面积大，易受气候限制。

在固液分离法中，排放的废水首先进入浓缩池进行浓缩，达到一定浓度的废渣进行机械脱水。浓缩池的溢流水进入沉淀池进行澄清。该处理方法占地小，不受气候条件影响，回收率一般可达70%以上，但工程投资相对较高。

目前，砂石加工系统的废水处理通常采用两种方法结合的方式：首先通过沉淀分离一部分粗颗粒，然后在浓缩细颗粒后采用机械方法进行脱水。这样可以在确保废水处理系统正常运行的同时控制成本。

粉尘控制

砂石加工系统中的粉尘主要来自破碎、筛分和分级、物料转运和进料槽阶段，这不仅污染环境，还影响操作人员和周围居民的身体健康。一般在系统中采用水喷雾除尘、生物纳米技术抑尘和除尘设备相结合的方法。

噪音控制

砂石加工系统的噪音控制主要措施包括：

• 选择低噪音设备以降低噪音强度；
• 选择适当的降噪材料以降低噪音；
• 使用隔音材料阻挡传播路径或降低传播过程中的噪音强度；
• 采用个人防护设备以抵御噪音等。

隧道渣土砂混凝土配合比分析

1. 配制强度和水泥水胶比的选择

机械制砂混凝土的强度和水泥水胶比应符合相关规定。

2. 单位用水量的确定

与河砂混凝土相比，机械制砂混凝土需要更多的水才能达到相同的坍落度。

3. 单位水泥用量的确定

在配制低等级（C30及以下）的机械制砂混凝土时，为达到所需强度，相比河砂混凝土，水泥用量无需增加。

4. 沙率的选择

机械制砂混凝土的沙率选择通常比河砂高2%-4%，甚至更高。由于机械制砂本身的级配、外观颗粒、细度模数和石粉含量等因素，具体数值需通过进一步实验确定。

隧道炉渣处理案例

1. 成都-昆明铁路隧道炉渣制砂

本项目隧洞出渣岩主要为玄武岩、石灰岩，且本项目距离水源较近，生产用水充足。

设备配置：

1 台振动喂料机，1 台颚式破碎机，1 台圆锥破碎机，1 台立轴冲击破碎机，2 台振动筛，10 条输送带，1 套电控柜和电缆，1 套洗砂设备，以及 2 台装载机。

工艺流程：

①考虑到隧道需要 5~10mm 的碎石用于喷混凝土，碎石分为 3 个级别，粒径分别为 5~10mm、10~20mm、16~31.5mm，人工制砂小于 4mm。

筛网尺寸为 4mm（钢网）、6mm（尼龙网）、12mm（尼龙网）、21mm（尼龙网）和 32mm（钢网）。

②通过 4mm 筛网的细料为人工制砂。调整制砂机的转速（制砂机转速为 1200r/min）以控制人工制砂的细度模数；调整洗砂机的水量以控制砂粒形状和石粉含量。

实践表明，增加石粉含量可以降低细度模数。然而，实际使用中，由于石粉的含量较大以及砂的粘度过高，物料难以从配料斗中排出，需要在配料时进行人工清理。

③4~6mm 碎石返回制砂机，减少 5~10mm 碎石中小于 5mm 粒径的含量，6mm 筛网上的粒径为 5~10mm 碎石，12mm 筛网上的粒径为 5~10mm 碎石，21mm 筛网上的粒径为 16~31.5mm 碎石。

2. 健德-金华高速公路隧道炉渣制砂

沿线隧道的围岩主要是凝灰岩。

项目概述：

原材料：凝灰岩、隧道炉渣

生产能力：260t/h

设备配置：F5X 振动喂料机、PEW 颚式破碎机、HST 单缸液压圆锥破碎机、VSI5X 制砂机、S5X 振动筛及其他配套设备。

成品砂石：0-5、5-10、10-20、20-28mm

项目优势：

高质量：高端智能破碎和制砂设备是整个项目的亮点和核心。破碎环节先进的液压控制技术和成熟的生产工艺确保了整个项目的高效稳定运行；制砂环节生产的成品人工砂粒度分布可调，泥土含量可控，有效提升工程质量。

高智能：本项目配备 PLC 控制系统，可以观察和控制整个生产线的运行状态。智能生产车间不仅便于生产操作，还减少了人力开支，有利于项目成本控制。

高收益：该项目计划使用250,000立方米的机器制造砂。根据当时的市场价格计算，天然砂的市场价格高达每立方米280元，机械砂的市场价格高达每立方米100元，每立方米之间的差价为180元。成本可以节省约4500万元，具有显著的间接经济效益。