一种隧道洞渣原位回收处理系统及处理方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202210546392.6 | 申请日 | 2022-05-19 | 公开(公告)号 | CN115193861A | 公开(公告)日 | 2022-10-18 |
| 申请人 | 中铁二院工程集团有限责任公司; | 发明人 | 辜英晗; 陶伟明; 郑长青; 吴林; 李依芮; 曹彧; 匡亮; 黎旭; 范雲鹤; 曾晓辉; 龙广成; 马昆林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及隧道洞渣原位利用技术，涉及一种隧道洞渣原位回收处理系统及处理方法。考虑到现有的很多隧道工程的地理 位置 较偏，运输至弃渣场进行场外处理需要耗费大量的人 力 物力，进一步增加了施工成本，而隧道洞渣主要为砂石料，可以作为制备隧道支护 混凝土 的材料，因此设计出一种隧道洞渣原位回收处理系统，该系统设置于隧道施工处，将洞渣分选处理系统和支护材料制备系统两者有机的结合，将建筑过程中产生的废渣依次通过上述两个系统的处理，实现了固体废弃物的原位处理和资源化利用。降低了山体隧道施工过程中隧道洞渣的处置 风 险，同时缓解了山体隧道施工过程中混凝土原材料的稀缺问题，推进了山体隧道施工向绿色化、安全化以及节能化发展。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种隧道洞渣原位回收处理系统，其特征在于： |
||||||
| 说明书全文 | 一种隧道洞渣原位回收处理系统及处理方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道洞渣原位处理利用技术，特别涉及对于隧道内洞渣等固废的原位处理和资源化利用，同时包括处理洞渣过程中产生的废水废气进行回收利用及处理，具体涉及一种隧道洞渣原位回收处理系统及处理方法。 背景技术[0002] 目前我国高铁总里程及高速公路总里程位居世界第一位，我国基础设施建设在世界上取得了举世瞩目的成就。自改革开放以来我国综合运输体系建设逐步加快，交通网络日益完善，交通线路长度随现代化建设成倍增长，形成了“四纵四横”的高铁网。 [0003] 而山体隧道施工过程会产生大量隧道洞渣，据统计铁路隧道工程将产生数亿方隧道洞渣，这些开挖出来的石料废渣属于固体废弃物。这些隧道洞渣一般被堆放在施工现场周边的弃渣场内，而山体隧道大部分位于山区丘陵区域，直接堆砌处理隧道洞渣会造成水土流失、山体滑坡等地质灾害，其次堆砌的隧道洞渣会影响当地生态环境及污染水质涵养地带的地下水或饮用水。 [0004] 隧道开挖后，坑道周围地层原有平衡遭到破坏，引起坑道变形或崩塌。为了保护围岩的稳定性，确保行车安全，隧道必须有足够强度的支护结构即隧道衬砌。常用的隧道衬砌材料有：混凝土及钢筋混凝土、片石混凝土、料石或混凝土预制块，以及喷射混凝土等。鉴于隧道洞渣主要为砂石料，可以作为制备隧道支护混凝土的材料，而部分隧道工程周围多为悬崖峭壁，隧道弃渣不适宜堆放于弃渣场或进行场外加工，且目前的铁路施工建设对于环保具有极高的要求；因此亟需寻找能够绿色安全合理的隧道洞渣处置方法。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的隧道弃渣应用率较低，提供一种隧道洞渣原位回收处理系统及方法。 [0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案： [0007] 一种隧道洞渣原位回收处理系统，包括洞渣分选处理系统和支护材料制备系统； [0008] 所述洞渣分选处理系统包括洞渣分选组件和洞渣处理组件，所述洞渣分选组件用于把洞渣原料按照粒径大小分成3类；所述洞渣处理组件用于对不同粒径的洞渣原料进行处理回收； [0010] 本发明提出一种隧道洞渣原位回收处理系统，考虑到现有的很多隧道工程的地理位置较偏辟，四周多悬崖峭壁，这种恶劣条件下，修建隧道产生的弃渣没有堆放空间，弃渣场距离较远，运输至弃渣场进行场外处理需要耗费大量的人力物力，进一步增加了施工成本，鉴于隧道洞渣主要为砂石料，可以作为制备隧道支护混凝土的材料，基于此设计出一种隧道洞渣原位回收处理系统，该系统设置于隧道施工处，将洞渣分选处理系统和支护材料制备系统两者有机的结合，将建筑过程中产生的废渣依次通过上述两个系统的处理，实现了固体废弃物的原位处理和资源化利用，不仅将隧道洞渣进行了原位处理和利用，同时对洞渣处理过程中产生的废水废气进行了回收处理和利用，降低了山体隧道施工过程中隧道洞渣的处置风险，同时缓解了山体隧道施工过程中混凝土原材料的稀缺问题，推进了山体隧道施工向绿色化、安全化以及节能化发展。 [0011] 作为本发明的优选技术方案，所述洞渣分选组件包括第一分选装置和第二分选装置，所述第一分选装置用于处理原始洞渣集料，根据颗粒直径分成为四类： [0012] 洞渣集料中间料，粒径范围为大于40mm； [0013] 粗骨料原料，粒径范围为5‑40mm； [0014] 细骨料原料(机制砂)，粒径范围为0.16‑5mm； [0015] 石粉料，粒径范围为小于0.16mm； [0016] 所述第二分选装置用于对所述洞渣集料中间料进行筛分得到粗骨料原料，细骨料原料和石粉。 [0017] 第一分选装置用于对初始的洞渣进行筛分，会存在较大一部分的洞渣原料没有被有效的处理，即洞渣集料中间料。这一过程中，机制砂原料和矿物掺和料原料的占比较少，其余部分是粗骨料原料；而粗骨料原料中，含有较大比重的机制砂原料和矿物掺和料原料没有被有效的分离，因此需要进行二次分选； [0018] 第二分选装置用于精细化筛分，将初次筛分出的粗骨料原料进行破碎、制砂后，通过该装置分离出矿物掺和料原料(也就是石粉)和制得的机制砂；该批次的石粉和机制砂同样的通过整形处理后回收应用。这一批次处理过程中，对上一级中较大一部分的粗骨料原料进行了第二次分选处理后，进一步的得到机制砂和石粉。 [0019] 作为本发明的优选技术方案，所述洞渣处理组件包括破碎装置、洗砂装置和整形装置； [0020] 所述破碎装置包括破碎机和制砂机，所述破碎机设置于第一分选装置和第二分选装置之间，所述破碎机用于将洞渣集料中间料破碎处理至粒径不超过40mm；所述制砂机用于将粗骨料原料制备成细骨料原料；当洞渣集料中间料在破碎机进行破碎，再经第二分选装置将不同粒径范围的原料进行分离后，根据需要，对粗骨料原料进行进一步的制砂处理。 [0021] 所述洗砂装置用于对细骨料原料进行洗砂处理； [0022] 所述整形装置用于对洗砂处理后的粗骨料进行圆整、风干处理。 [0023] 两级分选配合对应的整形装置、破碎装置和洗砂装置能够对洞渣原料进行最大化的分类和回收。 [0024] 从节能减排的大方向出发，在隧道施工的过程中，对每个环节产生的物料、废水尽可能的回收利用，通过洗砂机完成机制砂清洗后的废水通过管道连接到废水废气处理装置进行处理后利用。 [0025] 作为本发明的优选技术方案，所述洞渣处理组件还包括除尘系统和废水废气处理装置； [0026] 所述除尘系统包括若干个雾化除尘喷头，若干所述雾化喷水头根据所述洞渣分选组件上飞尘分布区域对应设置，若干所述雾化除尘喷头通过管道相互连通。 [0027] 具体的，所述废水废气处理装置包括壳体、轴流风机和沉降台；所述壳体底部设有倾斜板，倾斜板上高到的一侧的壳体侧壁设有进水口，倾斜板上较低一侧的壳体侧壁设有排水口；所述倾斜板上设置有台阶状的沉降台，所述轴流风机用于使进入所述壳体的泥砂水向下台阶方向传递振动波。 [0028] 作为本发明的优选技术方案，所述管道沿着所述洞渣分选组件间隔设置，同一位置上竖直设置的每个所述管道上包括至少两个雾化除尘喷头，所述雾化除尘喷头能够沿水平轴线左右摆动。 [0030] 所述过滤板设置于所述沉降台上，所述过滤板包括间隔设置的第一过滤板和第二过滤板，所述第一过滤板的孔径大于所述第二过滤板，所述过滤板向所述排水口倾斜设置。 [0031] 作为本发明的优选技术方案，所述壳体的进水口一侧通过排污管与洗砂装置连通，所述壳体的排水口通过循环水管与所述除尘系统相连通。通过对 [0032] 作为本发明的优选技术方案，所述支护材料制备系统包括干料预混装置、砂浆搅拌机和混凝土搅拌机；所述干料预混装置用于根据隧道内不同的支护结构进行特定支护材料的混合。 [0033] 一种隧道洞渣原位回收处理方法，使用上述的隧道洞渣原位回收处理系统，[0034] 具体包括如下步骤： [0035] S1：将隧道开挖的原始洞渣集料首先在第一分选装置中进行第一次分选处理，根据粒径、理化性质的不同筛分出第一批次集料； [0036] S2：对所述第一批次集料中的洞渣集料中间料进行破碎处理后通入第二分选装置进行第二次分选，得到第二批次集料； [0037] S3：将第一批次集料和第二批次集料中的石粉汇总至石粉专用储罐； [0038] 对第一批次集料和第二批次集料中的机制砂在洗砂装置中洗砂处理后，送入整形装置中处理，然后储存至机制砂专用储罐；处理后的废水送入废水废气处理装置处理； [0039] 对第一批次集料和第二批次集料中的粗骨料原料汇总至粗骨料专用储罐备用； [0040] S4：根据隧道内不同的支护结构将石粉、粗骨料、机制砂掺入至水泥中制备成砂浆或混凝土使用。 [0041] 作为本发明的优选技术方案，所述支护结构包括三种：超前支护结构、临时支护结构和初期支护结构，石粉用于制备超前支护结构所使用的混凝土原料； [0042] 所述粗骨料原料、机制砂用于制备临时支护结构和初期支护结构中对应的混凝土原料。 [0043] 与现有技术相比，本发明的有益效果： [0044] 1、本发明提供了一种针对于隧道洞渣原位回收处理的系统，该系统设置于隧道施工处，将洞渣分选处理系统和支护材料制备系统两者有机的结合，将建筑过程中产生的废渣依次通过上述两个系统的处理，实现了固体废弃物的原位处理和资源化利用，不仅将隧道洞渣进行了原位处理和利用，同时对洞渣处理过程中产生的废水废气进行了回收处理和利用，降低了山体隧道施工过程中隧道洞渣的处置风险，同时缓解了山体隧道施工过程中混凝土原材料的稀缺问题，推进了山体隧道施工向绿色化、安全化以及节能化发展。 [0045] 2、经过本发明的隧道洞渣原位回收处理的系统，能够实现对隧道洞渣进行分类，并按照需要进行利用。粗骨料原料、机制砂和石粉均可以用于制备临时支护结构和初期支护结构中对应的混凝土原料。同时，在超前支护结构制备的过程中也可以通过等掺量的石粉代替机制砂原料。不仅不会降低支护结构的参数，极大的做到了资源回收利用。 [0047] 图1为本发明的隧道洞渣原位回收处理系统的整体结构示意图； [0048] 图2为本发明的隧道洞渣分选处理系统的工作流程示意图； [0049] 图3是本发明的废水废气处理装置的简化结构示意图； [0050] 图4是本发明的雾化除尘喷头的结构示意图； [0051] 图中标记： [0052] 100‑洞渣分选处理系统，200‑支护材料制备系统； [0053] 1‑第一分选装置，2‑第二分选装置，3‑破碎装置，4‑洗砂装置，5‑整形装置，6‑除尘系统，61‑雾化除尘喷头，62‑管道，7‑废水废气处理装置，71‑壳体，72‑沉降台，73‑轴流风机，74‑过滤板，75‑进水口，76‑排水口，8‑干料预混装置，9‑砂浆搅拌机，10‑混凝土搅拌机。 具体实施方式[0054] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 [0055] 实施例1 [0056] 一种隧道洞渣原位回收处理系统，如图1‑2所示，包括洞渣分选处理系统100和支护材料制备系统200； [0057] 所述洞渣分选处理系统100包括洞渣分选组件和洞渣处理组件，所述洞渣分选组件用于把洞渣原料按照粒径大小分成3类；所述洞渣处理组件用于对不同粒径的洞渣原料进行处理回收；所述支护材料制备系统200用于将所述洞渣处理组件中的特定粒径洞渣原料按比例与水泥砂浆混合，制成混凝土原料。 [0058] 具体的，所述支护材料制备系统200分别包括：干料预混装置8、砂浆搅拌9和混凝土搅拌机10。 [0059] 具体的，所述洞渣分选组件包括第一分选装置1和第二分选装置2，所述第一分选装置1用于处理原始洞渣集料，根据颗粒直径分成为四类：洞渣集料中间料，粒径范围为大于40mm；粗骨料原料，粒径范围为5‑40mm；细骨料原料(机制砂)，粒径范围为0.16‑5mm；石粉料，粒径范围为小于0.16mm；所述第二分选装置用于对所述洞渣集料中间料进行筛分得到粗骨料原料，细骨料原料和石粉。 [0060] 第一分选装置1用于对原始洞渣集料进行筛分，会存在较大一部分的洞渣原料没有被有效的处理，即洞渣集料中间料，这一过程中，机制砂原料和矿物掺和料原料的占比较小，其余部分是粗骨料原料；而粗骨料原料中，含有较大比重的机制砂原料和矿物掺和料原料没有被有效的分离，因此需要进行二次分选； [0061] 第二分选装置2用于精细化筛分，将初次筛分出的粗骨料原料进行破碎、制砂后，通过该装置分离出矿物掺和料原料(也就是石粉)和制得的机制砂；该批次的石粉和机制砂同样的通过整形处理后回收应用。 [0062] 所述洞渣处理组件包括破碎装置3、洗砂装置4和整形装置5； [0063] 所述破碎装置3包括破碎机31和制砂机32，所述破碎机31设置于第一分选装置1和第二分选装置2之间，所述破碎机31用于将洞渣集料中间料破碎处理至粒径不超过40mm；所述制砂机32用于将粗骨料原料制备成细骨料原料；当洞渣集料中间料在破碎机进行破碎，再经第二分选装置将不同粒径范围的原料进行分离后，根据需要，对粗骨料原料进行进一步的制砂处理。 [0064] 所述洗砂装置4用于对细骨料原料进行洗砂处理； [0065] 所述整形装置5用于对洗砂处理后的粗骨料进行圆整、风干处理。 [0066] 两级分选配合对应的整形装置5、破碎装置3和洗砂装置4能够对洞渣原料进行最大化的分类和回收。 [0067] 所述洞渣处理组件还包括除尘系统6和废水废气处理装置7； [0068] 所述除尘系统6包括若干个雾化除尘喷头61，若干所述雾化除尘喷头61根据所述洞渣分选组件上飞尘分布区域对应设置，若干所述雾化除尘喷头通过管道相互连通。具体的，所述管道沿着所述洞渣分选组件间隔设置，同一位置上竖直设置的每个所述管道上包括至少两个雾化除尘喷头61，所述雾化除尘喷头61能够沿水平轴线左右摆动。 [0069] 具体的，所述废水废气处理装置7包括壳体71、轴流风机73和沉降台72；所述壳体内设置有台阶状的沉降台72，所述轴流风机73用于使进入所述壳体71的泥砂水向下台阶方向传递振动波。所述废水处理系统包括活性炭吸附装置、至少一个过滤板74；所述过滤板74设置于所述沉降台72上，所述过滤板74包括间隔设置的第一过滤板和第二过滤板，所述第一过滤板的孔径大于所述第二过滤板，所述过滤板74向所述排水口76倾斜设置。所述过滤板74能够阻挡吸附废水中70％以上的泥沙，并沉降与沉降台上。 [0070] 所述壳体71的进水口一侧通过排污管与洗砂装置4连通，所述壳体71的排水口76通过循环水管与所述除尘系统相连通。所述壳体71内设置有液位传感器和控制器，所述液位传感器与所述控制器电性连接，所述液位传感器用于对进入壳体内的液体高度进行反馈。 [0071] 液位传感器为现有技术，型号为QDY30A‑N。 [0072] 所述壳体71上进水口75和排水口76分别设置在相对的两个侧壁。进水口75位于上台阶的一侧，排水口76位于下台阶的一侧。 [0073] 实施例2 [0074] 本发明提供一种隧道洞渣原位回收处理方法，具体的，使用实施例1的隧道洞渣原位回收处理系统，具体的步骤为： [0075] S1：将隧道开挖的原始洞渣集料首先在第一分选装置中进行第一次分选处理，根据粒径、理化性质的不同筛分出第一批次集料； [0076] S2：对所述第一批次集料中的洞渣集料中间料进行破碎处理后通入第二分选装置进行第二次分选，得到第二批次集料； [0077] S3：将第一批次集料和第二批次集料中的石粉汇总至石粉专用储罐； [0078] 对第一批次集料和第二批次集料中的机制砂在洗砂装置中洗砂处理后，送入整形装置中处理，然后储存至机制砂专用储罐；处理后的废水送入废水废气处理装置处理； [0079] 对第一批次集料和第二批次集料中的粗骨料原料汇总至粗骨料专用储罐备用； [0080] S4：根据隧道内不同的支护结构将石粉、粗骨料、机制砂掺入至水泥中制备成砂浆或混凝土使用。 [0081] 所述支护结构包括三种：超前支护结构、临时支护结构和初期支护结构，石粉用于制备超前支护结构所使用的混凝土原料；所述粗骨料原料、机制砂用于制备临时支护结构和初期支护结构中对应的混凝土原料。 [0083] 随着机制砂中石粉从0％增加到20％的含量，机制砂混凝土的和易性发生了显著变化。随着石粉含量的增加，坍落度和扩展度都经历了一个先增加后减小的趋势。其中，C30机制砂混凝土的坍落度和扩展度在石粉含量为16％时达到最大，最大值分别为239mm和553mm，在石粉含量为20％时减小到202mm和528mm。而C50机制砂混凝土的坍落度和扩展度在石粉含量达到12％左右时达到最大值，最大值分别为262mm和570mm，随后减小，当石粉含量为20％时已经低于石粉含量为0时的水平。试验过程中发现石粉含量达20％时的混凝土已十分粘稠，和易性大幅度下降。因此，根据机制砂的不同型号，进行石粉的等掺量替代时，需要严格按照上述最佳优选比进行混合拌和。 [0084] 进一步的，本发明的回收处理方法中，还研究了石粉对机制砂混凝土强度的影响： [0085] 机制砂混凝土与河砂混凝土相比，C30、C50混凝土28d强度分别变化为1％、+7％； [0086] 与0％石粉掺量比较，石粉掺量为4％、8％、12％、16％、20％时，C50混凝土28d抗压强度分别变化为+10％、+3％、+5％、+7％、+6％；C30混凝土28d抗压强度分别变化为+6％、+20％、+16％、+19％、+17％。 [0087] 石粉‑机制砂混凝土耐久性能研究如下： [0088] 6小时电通量：石粉掺量越大，机制砂混凝土电通量越低。石粉掺量0～12％时，机制砂混凝土电通量高于河砂混凝土；石粉掺量为16％～20％，机制砂混凝土电通量低于河砂混凝土。 |
||||||
