[发明专利]土压平衡盾构渣土环保再生处理方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及土压平衡盾构渣土处理方法和设备，用于渣土的环保再生利用。

背景技术

目前，在国内地铁和各种隧道施工中,已广泛采用土压平衡盾构掘进技术。该掘进方法具有土层适应范围广、掘进速度快、成本低、施工安全等特点。据有关资料介绍,在一线、二线大城市，往往有上百台土压平衡盾构机在同时进行着各种隧道工程施工，全国约有800台土压平衡盾构机在工作。但是，由于地铁隧道一般都处于地下二、三十米，甚至几十米的深度，所以土压盾构排出的渣土(本文中的“渣土”都指土压盾构排出的渣土)都会含有大量水分，甚至处于半流动状态。如果不对渣土进行分离处理和脱水，会给渣土外排运输带来极大不便，运输成本高，装运效率低，遗洒污染道路，渣土无法堆高，占用场地大。由于地方政府和环保部门对渣土的排放进行严格限制，施工的正常进行受到制约。

1、以往，土压平衡盾构挖出的渣土基本是采用直接运到指定地点堆放或填埋的处理方法。现以某地铁土压平衡盾构工程(以下称“某工程”)为例，对渣土处理成本和可能引起的污染情况进行说明。

(1)渣土排放运输成本高昂。在某工程中，其中某个标段总长度为2.4km、直径6.28米的双股隧道，要产生大约9.7万立方米的松散渣土。按排放每立方渣土运费75元计算，把这些渣土运走大约需要728万元运费。如果是一条24公里长的地铁，渣土运费将达到7000万元以上。

(2)排弃渣土需要占用大量堆放场地，代价巨大。如果将上述9.7万立方米渣土堆放在1公顷(15亩，1万平米)的地面上，需要堆高9.7米。同上所述，一条24公里长的地铁，废弃渣土就需要在150亩土地上堆高9.7米。

(3)渣土含水量高。土压平衡盾构挖出的渣土有高达40％以上的含水量，有时甚至呈现半流质的状态。由于渣土中含有粘土成分，这些水分不会迅速与渣土分离。这样的高含水量渣土如果用一般的货车进行运输，运输途中会严重遗洒，由于各级环保部门几乎都限制排放这样的渣土(此类情况已经屡见不鲜)，工程进度往往被严重影响且工程成本被相应提高。

2、根据现有资料显示，在某工程挖出的渣土中，大约有三分之一的沙石是可回收利用的无机原料。在2.4公里工程中，约有3.2万立方米的有用砂石料，价值可达320万元。在24公里地铁工程中，则蕴含着价值3000万元以上的有用砂石材料。

但是，由于渣土的高含水量，通常的筛分难以对不同粒径的渣土成分进行筛分，尤其是，筛孔极易被高含水的粘土成分(泥浆)堵塞。

可见，所面临的问题，既不是单纯的不同粒径成分的分离，也不是单纯的脱水，亦不能是“先脱水、再筛分”的过程(因为对既含有20至200mm的大颗粒成分，同时又含有粘土成分的渣土难以快速脱水。)

这些问题的经济、社会、环境意义，并不仅限于上述。基建在我国经济中占有很大比重。基建材料的生产的资源消耗一直是个巨大的挑战；在一些地方，建材烧制取土，导致大面积的耕地资源的破坏；在另一些地方，时常可以见到采沙遗留的巨坑。与此形成鲜明反差的是，在很多城市的周边，却有很多巨大的渣土堆，其中很多的上边已经栽种了树木，表明这些渣土堆已经被作为永久性的堆积。城市周边的土地，不论作为耕地还是作为建设用地，都是极其珍贵的，何况，渣土的堆积是不稳定的，容易发生塌方，也是严重的沙尘污染源。若非万般无奈，是绝不会把城市周边的土地用来堆放渣土的。

一边是为了获取沙石、制砖取土而破坏大批耕地和国土，另一边则是为了处置基建渣土而占用大量宝贵土地，造成这种情况的主要原因，是渣土本身的分选回收问题，其既表现为技术上的局限，也体现在效率上的低下。砖瓦厂必然会选址建在粘土分布地(基本上都是优质耕地)，以就地取用粘土，既省去了长途运输粘土的成本，又省去或减小了分选原料(粘土)的成本。同样，采砂场必然选址在优质沙石矿的位置，如果一个沙场的可用沙石含量较低，就没有商业挖采价值。所以，渣土的回收利用，与粘土、沙石的“开采”相比，在经济效益上遭受劣势，这种劣势是影响渣土回收利用的制约因素。

目前，一些施工方的实际处理方法，是把这些渣土堆放，在其脱水之后，再对其进行筛分等分离；一些地方的确对城市周边的渣土堆积进行分离再处理，通过筛分其中的粘土和不同粒径的沙石，进行渣土的回收利用，并相应地减少堆积占地。但这样的做法是有严重问题的，包括：

1)首先，要把渣土(可能是半流质的)从工地运到堆积地，运输技术上的难度、遗撒都是问题和制约；

2)堆积需要占用场地；

3)因为粘土成分的脱水速度很慢，所以需要很大的堆放面积才能满足脱水要求；