隧道洞渣联合生产碎石、机制砂工艺研究

摘要： 随着我国基础建设的大规模进行，砂石料需求量越来越大。而自然资源有限，国家实行的环保政策使大量碎石厂因环保不达标而被迫关闭。为了保证工程施工，本文从隧道洞渣选取、碎石场生产设备选型、生产过程控制着手，详细介绍了隧道洞渣制备碎石的生产工艺。

关键词： 洞渣；制备；碎石；联合生产；质量控制

引言

在隧道施工中不可避免的要产生大量的洞渣，处理这些洞渣，需要大量征用永久用地，弃渣过程中将产生大量的运输费用。隧道施工中，混凝土需求方量大。目前全国范围内砂石料逐渐枯竭，在地材资源不丰富的地方，混凝土砂石料将大大提高工程成本。在洞渣质量满足制备砂石料的前提下，采用洞渣制备砂石料将产生极大的经济效益。洞渣的综合利用，也符合当前国家推行的绿色工程的政策。

一、特点

①根据碎石需求量的要求以及围岩类型，选用适用于本项目的机械设备，制定合理的生产线。

②优选高品质洞渣作为砂石料生产原料，严格控制砂石料原材料的质量，保证砂石料成品的质量。

③调整机械设备参数，不断优化砂石料粒型、颗粒大小。

④在满足工程需求的前提下，根據实际生产出来的砂石料比例调整配合比砂石料比例；根据最佳配料比，调整机械参数使实际生产出来的碎石比例与施工配比更好的匹配。

二、适用范围

适用于项目所在地砂石料资源匮乏，项目有隧道工程且洞渣质量满足制备砂石料要求的项目。

三、工艺原理

利用隧道废弃洞渣制备砂石料，解决当地砂石料资源匮乏的问题，节约弃渣场地，构筑绿色工程。通过对机械设备参数的调整制备出符合规范要求以及实际使用需求的砂石料。

四、工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

隧道围岩类型及等级分析→洞渣及砂石供需分析→碎石场场地比选→碎石场机械设备选型→碎石场场地建设、机械设备安装→砂石料质量检测→机械设备调整。

4.2 操作要点

4.2.1 隧道围岩类型及等级分析

隧道围岩等级的高低决定围岩完整性，但是围岩的岩石种类才是决定是否能制备碎石的关键参数。围岩等级主要由洞渣的破碎程度以及围岩种类决定，围岩等级低的洞渣不一定岩石强度低，围岩等级高的洞渣不一定就满足制备砂石料要求，实践证明Ⅳ/Ⅴ级围岩的玄武岩作为砂石料原料是可以满足规范要求的。围岩等级较高的页岩、泥岩、泥质灰岩不适合作为原料来生产砂石料。

4.2.2 砂石料需求量分析

全面考虑工程高峰时期每日砂石需求数量，以及施工配合比中砂石料使用比例，以此为依据选择合适的生产设备，并应留有一定的富余。

4.2.3 碎石场场地比选

碎石场位置应综合分析原料来源以及拌和站位置后，在可利用的场地中选择最佳位置。碎石场场地大小应考虑一定的成品料堆积场地以及洞渣堆积场地。

4.2.4 碎石场机械设备选型

石料的破碎应根据物料的性质、尺寸及需要破碎的程度来选用恰当的破碎方法。对于坚硬物料的粗、中破碎，宜采用挤压法：对于脆性和软质的破碎，宜用冲击法或劈裂法；对粉磨破碎一般采用磨削法和冲击法；对于粘湿物料，如韧性物料采用磨削法或挤压法。冲击法应用范围较广，可用于破碎和粉磨。一般来说破碎机械的选择是根据破碎的级别而定的，破碎机的设计制造也是根据破碎级别来考虑的。对于粗碎阶段，宜选择颚式破碎机、颚旋式破碎机、旋同圆锥式破碎机等；对于中碎阶段，选择标准圆锥式破碎机、中型圆锥式破碎机、菌形圆锥式破碎机、反击式破碎机等：对于细碎阶段，宜选择短头圆锥破碎机等；对于磨碎阶段宜采用棒磨机、冲击式破碎机等。对于制备机制砂而言，细碎阶段和磨碎阶段可以合并为制砂阶段，一般选用冲击式破碎机即可。

4.2.5 碎石场场地建设、机械设备安装

场地建设时应充分考虑砂石料及洞渣堆放问题，提前规划好厂区车辆行走路线及调转车头位置，合理安排设备位置，充分利用现有的空间。上料平台及洞渣堆积场地应高于生产设备平面6米左右。

4.2.6 砂石料质量检测

铁路项目中，碎石指标要求应满足TB 10424-2010【铁路混凝土工程施工质量验收标准】中表6.2.3-1、表6.2.3-2中要求，检测项目及频率应符合表6.2.3-3中要求，试验方法应参照GB/T 14685-2011 【建筑用碎石、卵石】执行；机制砂要求应满足TB 10424-2010【铁路混凝土工程施工质量验收标准】中表6.2.4-1、表6.2.4-2、表6.2.4-3中要求，检测项目及频率应符合表6.2.4-4中要求，试验方法应参照GB/T 14684-2011 【建筑用砂】执行。

4.2.7 机械设备调整

根据试生产出来的砂石料检测结果，调整机器设置参数。筛网尺寸应充分考虑实际生产情况，以及配合比中各种配料比例。筛网种类应经济适用，机制砂上层筛、16～31.5碎石上层筛可选用钢网筛，增大通过率，这两种规格骨料用量相对于其他规格骨料多，在保证成品砂石料规格尺寸的前提下，应采用易于通过的钢网筛。其他筛网宜选用尼龙筛，增加筛网使用寿命，减少更换筛网造成的人工费用，降低更换筛网碎石场停工的时间。

五、材料、机具设备

本工程除需要合格的洞渣及充足的水源外无需特别的材料。采用的机具及设备见表1。

六、劳动组织、生产安全管理

6.1 劳动力组织关系表（表2）

6.2 生产安全管理

①碎石机应配专人操作及管理，操作者须具有电工、机械的安全知识，熟悉本机工作原理，工作性能，掌握操作要领。

②操作者上班前必须戴安全帽、穿工作服。

③各皮带机运转过程中，禁止从上方跨越，禁止接触各托辊及各滚筒，以防撞伤，作业期间，禁止在破碎机台下、输送机下停留。

④作业前准备：

1）检查各运动部件润滑情况是否良好，必要时加注适量润滑脂。

2）检查紧固件是否紧固可靠。

3）检查皮带机的皮带和 V 型皮带紧张度是否合适，并进行必要的调整。

4）检查皮带机前后清扫器是否与地面贴紧，清扫器内是否有石料或其他物料，若有应予以清除。

5）检查皮带接头是否损坏，必要时进行更换。

6）清除鄂式破碎机鄂口的石料或其他物料。

7）检查鄂板磨损情况，并应调整到要求尺寸。

8）检查振动筛，振动给料器是否被石子或其他物料卡住，并予清除。

9）检查电源电压是否正常电器设备是否完好，检查安全防护装置是否齐全。

10）按规定顺序启动各机组。

⑤作业与运输的要求：

1）进料规格符合说明书的规定，开始进料的喂入量为最大喂入量的 1/2 ，喂入量要均匀，喂入量应逐渐加大。

2）石料进入循环后应按下列要求检查：

a给料器是否均匀将料喂入一级破碎机；

b两级破碎机是否有周期性和显著冲击声；

c各固定联接螺栓是否有松动情况；

d轴承温度应<35 ℃；

e振动筛分机是否工作正常；

f各皮带是否严重跑偏，清扫器是否起作用；

g各机组是否有异常声音；

h石料最终粒度是否符合要求，针、片状含量是否在控制范围内。

3）当上述情况在最大喂入量时良好状态，即可投入正常使用。

4）严禁在破碎机工作期間朝鄂口内窥视，不准用手或钢针在鄂口内搬动石块；一级鄂口式破碎机鄂口内，若有块石滑动影响石料破碎时，应停机后调整石块位置。

5）检查两级破碎机有无异常声音。

6）检查清扫器，皮带机运行是否正常。

7）检查各机组接头处有无石料外泄。

8）轴承温度是否>35 ℃。

9）当电器设备自动跳闸时，应检查原因排除故障并清除两级鄂式破碎机鄂口内石料后方能重新开机；停机维修时，电器箱上应有明显标志。

10）将电器箱内所在开关置在“断”的位置，锁上电器箱，收好专用工具。

七、应用实例

成昆铁路峨米3标三工区1#碎石场。

7.1 工程概况

成昆铁路峨米三标由中铁十二局集团有限公司承建，该标段正线全长28.241km，隧道正线全长25.52km，其三工区老鼻山隧道出口工区、老鼻山隧道3#横洞工区、新林隧道出口工区隧道围岩主要为玄武岩及灰岩。老鼻山隧道出口与新林隧道进口中间的峨边南站地表往下6米左右全部为玄武岩。

整个工区可用弃渣充足，大约拥有40万方可利用原石。1#碎石场地处新林进口，老鼻山隧道出口洞渣运距不到2公里，峨边南站挖方原石运距不到1km，临建水源，生产用水充足。

7.2 碎石场砂石料生产控制及注意事项

①考虑到隧道需要5～10碎石用于喷射混凝土，碎石按3级配设计，碎石尺寸分别为5～10mm，10～20mm，16～31.5mm，机制砂小于4mm。筛孔尺寸分别为4mm（钢网筛），6mm（尼龙筛），12mm（尼龙筛），21mm（尼龙筛），32mm（钢网筛）。

②4mm筛以下为机制砂，为得到适宜的细度模数的机制砂，采取调整制砂机转速（制砂机转速为1200r/min），以及水洗设备出水量的方式控制机制砂粒型及石粉含量。机制砂石粉含量为4～5%时细度模数为2.9～3.0。实践证明，加大石粉含量可以降低细度模数，但是实际使用过程中，由于石粉较多，砂子粘性过大，配料斗下料困难，配料时需要人工清理下料。因此保持机制砂石粉含量4～5%，细度模数2.9～3.0是一个较为合理的平衡点。此时的机制砂拌制出来的混凝土和易性良好，便于施工。

③4～6mm碎石返回到制砂机中，降低5～10mm碎石中5mm以下颗粒，6mm筛上料为5～10mm碎石，12mm筛上料为10～20mm碎石，21mm筛上料为16～31.5碎石。该套筛子出来的碎石比列约为5～10mm：10～20mm：16～31.5mm=3：4：5。5～31.5mm碎石施工配比为5～10mm：10～20mm：16～31.5mm=1：4：5。由于喷射混凝土只使用5～10mm碎石，该施工配比基本和实际生产出来的各种碎石比列一直。基本杜绝了单一碎石过大的情况。由于前期设备选型上考虑不周到，机制砂生产量略有不足，实际生产中需要单独生产机制砂以满足施工需要。

④为保证砂石料质量，每月应对洞渣质量进行检测，主要检测洞渣岩石抗压强度、软化系数及吸水率。在围岩发生明显变化时，还应对洞渣的化学元素进行分析。在生产过程中要注意清理洞渣中夹杂的软弱颗粒以及其他杂物，保证成品碎石质量。给料口设置孔径约为10厘米左右钢网筛，可以极大降低碎石中软弱颗粒含量，以及含泥量。筛下的细料可以作为路基填料。

参考文献：

[1]TB 10424-2010，铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].

[2]邓涛.隧道洞渣制备机制砂及机制砂混凝土应用技术研究[D].硕士论文.

[3]张蔚博，张羽，崔国柱.隧道洞渣在鹤大高速公路科技示范工程中的综合应用[J].公路，2016（06）.endprint

来源：矿机之家

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