Date:2023/03/29 14:29:08 Back to list
隧道洞渣是隧道开挖过程中的主要产物，对于不同的隧道围岩施工，隧道洞渣的种类繁多，其资源化利用应在充分考虑隧道围岩级别、开挖方法和洞渣物理化学性质的基础上，根据不同结构要求，选用合适的隧道洞渣。从我国隧道洞渣资源化利用情况来看，主要有以下几方面应用：一是垫砌填方段路基；二是回填取土场凹地；三是开挖地段的地貌恢复，充填平整低洼坑地，进行土地整治平整，填筑沟壑；四是用于淤背护堤、桥涵台背、挡墙等的回填用方；五是加高培厚河流堤防、加高地基；六是地基处理中的渣石料或复合地基的用料；七是弃石用于建设景观园区，修建人工景点等设施。极少用于生产砂石料进而应用于混凝土中。
1 国外应用现状
从国外隧道洞渣资源化利用情况来看，目前主要集中在洞渣能否作为混凝土骨料的实验室技术论证性研究上，2006年意大利提出隧道洞渣利用计划，瑞士等国也试图利用洞渣生产砂石骨料用于混凝土，并取得了一定的研究成果。Olbrecht等[6]对盾构机产生的隧道洞渣是否可作为混凝土骨料开展了5项试验研究，认为隧道洞渣作为一种“废弃产品”可用于隧道建设本身，另外针对不同洞渣特点采用合理的混凝土技术，可实现隧道洞渣在混凝土中的应用。Gertsch等[7]认为，目前人们对隧道洞渣的认识不充分，导致其很少用于工程建设中，指出对于符合建筑材料标准的硬质岩洞渣可用于路面混凝土和结构混凝土中。
2 我国应用现状
在忻阜高速公路工程中对隧道洞渣进行了大量应用[8]。全线开挖洞渣量达240余万m3，主要用于路堤填料、圬工砌筑、机制砂加工、碎石加工、隧道明洞及仰拱回填等，利用率达66%，节约洞渣占地超133 000 m2（200余亩），节约造价约5 000万元，体现出很好的经济效益和社会效益。在黄衢南高速公路工程浙江段项目实施过程中，设置了石料加工场，对隧道洞渣进行资源化利用，产生经济效益约800万元[9]。在湖南常德—吉首高速公路项目中也对隧道洞渣进行了资源化利用[10]，由于隧道洞渣主要为弱-微风化砂质板岩，经机械破碎后为细粒土砾，通过将细粒土砾与土组成砾石混合料后，作为路基路床层的填料。在西成客运专线建设项目中，以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主，剔除泥岩、风化岩和吸水率高的板岩后，筛选出母岩强度≥60 MPa以上的洞渣生产细度模数2.5～3.3的机制砂，用于制备强度等级C35及以下的混凝土[11]。在实际应用过程中发现，机制砂石粉含量、颗粒级配对混凝土的工作性能和强度会产生较大影响，需对不同批次机制砂及时检测，并根据检测结果对混凝土砂率、减水剂掺量等关键配合比参数进行调整。在宜巴高速公路建设项目中，利用隧道洞渣制备碎石、机制砂作为粗细骨料，用于隧道衬砌和桥梁桩基、墩柱等结构混凝土中[12]，均取得了良好的经济效益和社会效益。
目前隧道洞渣的砂石料生产加工主要是矿山砂石料场代工的方式，其加工方式及工艺水平参差不齐。整体来看，现有砂石料场以产能不足60 t/h的小砂石料场为主，生产工艺简单。近几年，京、沪、粤等地区出现了一些稍具规模的砂石料场，产能100～200 t/h，一般采用2段破碎与筛分构成闭路的流程作业。少数砂石场采用生产工艺先进、自动化水平较高的生产系统，生产能力可达500～800 t/h。
我国学者在机制砂混凝土性能研究方面已有不少探索，主要集中在机制砂中石粉合理限值、机制砂对混凝土工作性能的影响及机制砂混凝土力学性能、体积稳定性和耐久性能演变规律等。尹志府[13]通过大量试验数据回归分析出机制砂混凝土的强度统计公式，研究结果表明，与河砂混凝土相比，当水灰比相同时，机制砂混凝土的强度略高。张映全[14]也提出在混凝土中以50%的石屑取代50%中砂能极大提高混凝土的抗渗性能和抗冻性能。
河南环球重工提出用特细砂改善机制砂级配，可配制出泵送性能良好的混凝土，并解决了机制砂配制流态混凝土内实外不美的难题。李化建[16]采用机制砂与特细砂复合方式，制备出强度等级在C50～C60的复合砂高强结构轻集料混凝土。杨德斌等[17]在大量试验的基础上，论述了石屑提高混凝土强度、改善抗渗性能与抗冻性能的机理。中国铁道科学研究院集团有限公司的研究证明，在水泥用量和拌合物稠度相等的条件下，采用机制砂配制的混凝土各项力学性能与河砂混凝土相比更好一些[18]。Ahemd等[19]在控制拌合物坍落度不变的前提下，研究了不同石粉含量（10%～20%）的机制砂对混凝土抗压强度的影响，研究表明，随着石粉含量的增加，混凝土抗压强度呈线性下降的趋势，这是因为保证相同坍落度而用水量增加的结果；另外，当控制水灰比为0.70不变时，随着石粉含量从0到20%逐渐增大，其抗压强度有上升趋势；但当水灰比固定为0.53时，石粉含量变化对其抗压强度的影响又变得不明显；当水灰比固定为0.40、石粉含量从10%增加到20%时，强度先增大后减小，石粉含量达到20%时，混凝土强度与同配比的天然砂强度相当。
