近日，交通運(yùn)輸部發(fā)布29項(xiàng)交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的公告，《公路工程 水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T 819-2023）正式發(fā)布，替代《公路工程 水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T 819—2011），實(shí)施過渡期為3個(gè)月。

近年來，交通運(yùn)輸部大力推動(dòng)“綠色公路”，提出公路建設(shè)要“零棄方、少借方”，要將傳統(tǒng)做法中的棄土加以保存和利用，變廢為寶。機(jī)制砂技術(shù)為這一發(fā)展方式提供了可行的方案。本篇主要介紹了湖南省馬跡塘至安化東坪高速公路通過將隧道洞渣用來生產(chǎn)機(jī)制砂的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道洞渣資源化利用，避免洞渣廢棄占用土地，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

湖南省馬安高速公路隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為100公里，路基寬度24.5米，全長(zhǎng)67.280公里。全線混凝土強(qiáng)度最高等級(jí)為C50。路線經(jīng)過剝蝕重丘、低山地貌，地形起伏大，構(gòu)造剝蝕強(qiáng)烈，沿線基巖主要為板巖和砂巖，終點(diǎn)段零星分布有石灰?guī)r。全線總體橋隧比22%，全線土建工程部分混凝土總需求量約70萬立方米，對(duì)砂石料的需求量大。項(xiàng)目沿線砂石料匱乏，工程使用的砂石料需遠(yuǎn)運(yùn)，平均運(yùn)距超過100公里。而設(shè)計(jì)文件表明，全線6座隧道中的水井坳隧道位于灰?guī)r地區(qū)，該隧道為出口小凈距、洞身分離式隧道，左線長(zhǎng)787米、右線長(zhǎng)760米，隧道開挖產(chǎn)生洞渣約35萬噸。

經(jīng)勘測(cè)，該隧道所在山體的地層主要由第四系覆蓋層及泥盆系灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r組成，隧道穿越1條寬約20米的破碎帶，其余位置巖石較完整，為泥盆系中統(tǒng)棋子橋組（D2q）灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r，中厚層狀?yuàn)A薄層狀，以中風(fēng)化為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬。隧道洞渣巖石的礦物組成為方解石95%、黏土礦物5%、石英1%。經(jīng)巖石顯微鏡鑒定，定名為亮晶團(tuán)塊灰?guī)r。

根據(jù)公路橋梁施工規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，用于加工橋梁工程的碎石壓碎值應(yīng)小于20%，用于加工粗集料的巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于1.5倍。該隧道洞渣可滿足該高速公路橋梁用C50砂石料的材質(zhì)要求。

1. 機(jī)制砂加工工藝與質(zhì)量控制

1.1 加工設(shè)備選型與工藝流程
 

隧道洞渣加工機(jī)制砂工藝流程

經(jīng)綜合考量，為充分利用隧道洞渣，該項(xiàng)目在35萬噸洞渣中優(yōu)選20萬噸用于生產(chǎn)砂石料，剩余15萬噸用于該隧道進(jìn)出口段路基填筑，從而實(shí)現(xiàn)了隧道洞渣“零棄方”。結(jié)合該隧道所在施工合同段混凝土的總體需求，該項(xiàng)目將砂石料加工時(shí)間計(jì)劃為1年，加工砂石料總量按20萬噸計(jì)（其中機(jī)制砂40%，碎石60%）。

依據(jù)產(chǎn)能需求，該項(xiàng)目通過干法生產(chǎn)機(jī)制砂，并采用布袋除塵工藝進(jìn)行加工過程的除塵和石粉含量的控制，一級(jí)破碎采用1臺(tái)PE600×900顎式破碎機(jī)，二級(jí)破碎采用1臺(tái)FP1315反擊式破碎機(jī)，三級(jí)破碎采用1臺(tái)PCX1212反擊式細(xì)碎機(jī)。

2.2 加工場(chǎng)地布設(shè)

為盡可能減少用地、保護(hù)生態(tài)、減少對(duì)附近居民的侵?jǐn)_、降低運(yùn)輸成本，加工場(chǎng)地布設(shè)時(shí)主要考慮了以下幾點(diǎn)：盡量保護(hù)土地資源，避免新征臨時(shí)用地；盡量將加工場(chǎng)地布設(shè)于隧道口與混凝土拌和站之間，避免洞渣和砂石料重復(fù)運(yùn)輸；與附近居民居住點(diǎn)保持200米以上的距離，避免加工過程噪音及粉塵擾民；電力供應(yīng)方便，盡量降低加工成本。

綜合考慮后，該項(xiàng)目將洞渣加工機(jī)制砂場(chǎng)地布設(shè)于距離隧道進(jìn)口300米處的路基填方段，場(chǎng)地長(zhǎng)約80米。且為避免加工場(chǎng)地成為該路段的控制性工程，項(xiàng)目先將路基填筑至路下床底標(biāo)高再進(jìn)行設(shè)備安裝。

加工質(zhì)量控制該項(xiàng)目從以下幾方面加強(qiáng)了加工質(zhì)量控制。

（1）從源頭優(yōu)選洞渣 在隧道掘進(jìn)過程中，優(yōu)選整體性好、性能滿足要求的巖石用于加工機(jī)制砂。當(dāng)隧道施工進(jìn)入破碎帶、含泥地層、軟弱地層，以及富水區(qū)段時(shí)，開挖的洞渣直接作為路基填料，不用于砂石料生產(chǎn)。

（2）對(duì)洞渣進(jìn)行晾曬 在隧道洞口設(shè)置洞渣場(chǎng)，將開挖出的洞渣先運(yùn)輸至此進(jìn)行晾曬，待曬干后用挖掘機(jī)挑選片石裝車運(yùn)輸至加工場(chǎng)用于加工，避免了因過濕洞渣直接用于生產(chǎn)砂石料而導(dǎo)致的質(zhì)量波動(dòng)。

（3）場(chǎng)地與道路硬化 洞渣運(yùn)輸?shù)缆泛图庸?chǎng)地首先采用壓路機(jī)充分壓實(shí)，然后鋪筑20厘米厚級(jí)配碎石層，避免在加工過程中運(yùn)輸車輛、裝卸設(shè)備將泥土帶入。

（4）強(qiáng)化排水系統(tǒng) 加工場(chǎng)地場(chǎng)平按中間高、周邊低的原則進(jìn)行平整，并在周邊修建了排水溝，確保降雨能及時(shí)排出，避免降雨積水導(dǎo)致原材料和成品污染。

（5）定期檢查維修設(shè)備 堅(jiān)持每天定期對(duì)加工系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，重點(diǎn)對(duì)破碎機(jī)易損件、振動(dòng)篩、除塵器布袋完好性等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修復(fù)，確保這些設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。

（6）及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)砂石料成品 將加工出來的機(jī)制砂和碎石及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至混凝土拌和站或儲(chǔ)料場(chǎng)，確保砂石料成品堆高不超過3米，避免出現(xiàn)顆粒離析。

（7）加工質(zhì)檢系統(tǒng) 建立隧道洞渣加工機(jī)制砂質(zhì)檢系統(tǒng)，每天開始生產(chǎn)時(shí)在皮帶取樣檢驗(yàn)砂石料級(jí)配、石粉含量、細(xì)度模數(shù)，當(dāng)這些指標(biāo)出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)立即停機(jī)檢查，排除故障后再重新開機(jī)。

2.隧道洞渣機(jī)制砂工程應(yīng)用

2.1 機(jī)制砂性能

經(jīng)檢測(cè)，采用該隧道洞渣加工的機(jī)制砂無堿活性，機(jī)制砂性能與露天開采巖石加工的砂石料無異。對(duì)照《建設(shè)用砂》，該機(jī)制砂滿足Ⅱ類砂要求（空隙率不大于44%，單級(jí)最大壓碎指標(biāo)值不大于25%，MB值小于1.4時(shí)石粉含量不大于10%）。
 

機(jī)制砂級(jí)配
 

（1）機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，根據(jù)高速公路橋梁工程混凝土工程特點(diǎn)，該項(xiàng)目對(duì)隧道洞渣機(jī)制砂混凝土進(jìn)行了混凝土配合比設(shè)計(jì)。通過各種等級(jí)混凝土配合比與抗壓強(qiáng)度可知，采用隧道洞渣配置的機(jī)制砂混凝土28天抗壓強(qiáng)度均超過配制強(qiáng)度。

（2）機(jī)制砂混凝土工程應(yīng)用

目前，采用隧道洞渣加工機(jī)制砂配制的混凝土已成功應(yīng)用于C20～C40混凝土工程。以C40混凝土為例，已應(yīng)用于 溪特大橋（28×40米預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁橋）的橋梁立柱。混凝土外觀質(zhì)量良好，同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件28天抗壓強(qiáng)度達(dá)50.5兆帕，采用中型回彈儀測(cè)試構(gòu)件抗壓強(qiáng)度為46.5兆帕。

（3）經(jīng)濟(jì)效益

將隧道洞渣用于加工機(jī)制砂，其加工成本主要為加工能耗、人員工作和加工設(shè)備的折舊費(fèi)用。本文截稿前，已采用隧道洞渣加工砂石料18.38萬噸（其中，機(jī)制砂8.03萬噸），由數(shù)據(jù)分析可知，應(yīng)用18.38萬噸隧道洞渣加工砂石料可直接節(jié)約投資1447萬元。

（4）環(huán)境效益

隧道洞渣加工機(jī)制砂實(shí)現(xiàn)了隧道洞渣的資源化利用，避免了建設(shè)棄土場(chǎng)堆放洞渣導(dǎo)致的土地資源占用和對(duì)周圍環(huán)境的影響，同時(shí)也避免了遠(yuǎn)運(yùn)河砂或開山炸石來生產(chǎn)機(jī)制砂，降低了高速公路施工的能源消耗和二氧化碳的排放，具有顯著的環(huán)境效益。