概述

隧道洞渣是指隧道掘进过程中开挖出来的石料废渣。随着我国高速公路的发展和对环境保护的重视，隧道在山区高速公路中的比重越来越大，部分新建的山区高速公路隧道占路线总长的比例已突破40%。这些高速公路隧道开挖过程中，不可避免地产生大量洞渣，由于受施工工艺、施工组织等因素的影响，大量隧道洞渣得不到合理利用，常常需要建设专门的弃土场来废弃中国沥青网sinoasphalt.com。洞渣废弃既占用了土地资源，又影响了环境，有时因处置不当还会形成安全隐患。2016年，交通运输部印发了关于实施绿色公路建设的指导意见，要求公路建设要“零弃方、少借方”，要将传统做法中的弃土加以保存和利用，变废为宝。

机制砂是指经过除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂。近年来，由于高速公路路网建设的深入推进和河砂资源分布不均，河砂已满足不了工程建设的需要，工程中就地取材加工机制砂应用于高速公路建设已成为发展的必然趋势。

本文主要介绍了湖南省马安高速公路将隧道洞渣用来生产机制砂的技术，实现了隧道洞渣的资源化利用，避免了隧道洞渣废弃占用土地和对生态环境的影响，同时节约了工程的投资。

工程概况

湖南省马安高速公路按4车道高速公路标准建设，设计速度100km/h，路基宽度24.5m，全长67.280km。全线混凝土强度最高等级为C50。路线经过剥蚀重丘、低山地貌，地形起伏大，构造剥蚀强烈，沿线基岩主要为板岩和砂岩，终点段零星分布有石灰岩。全线总体桥隧比22%，全线土建工程部分混凝土总需求量约70万m3，对砂石料的需求量大。

沿线砂石料匮乏，工程使用的砂石料需远运，平均运距超过100km。设计文件表明，全线的6座隧道中只有水井坳1座隧道位于灰岩地区，该隧道为出口小净距、洞身分离式隧道，左线长787m、右线长760m，该隧道开挖产生洞渣约35万t。

该隧道所在山体的地层主要由第四系覆盖层及泥盆系灰岩夹炭质灰岩组成，隧道穿越1条宽约20m破碎带，其余位置岩石较完整，为泥盆系中统棋子桥组灰岩夹炭质灰岩，中厚层状夹薄层状，以中风化为主，岩质坚硬。矿物组成为方解石95%、黏土矿物5%、石英1%。岩石显微镜鉴定定名为亮晶团块灰岩。

根据公路桥梁施工规范的有关规定，用于加工桥梁工程的碎石压碎值应小于20%，用于加工粗集料的岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5倍。该隧道洞渣可满足该高速公路桥梁用C50砂石料材质要求。

加工工艺与质量控制

加工设备选型与工艺流程

综合考虑该隧道洞渣利用，在35万t洞渣优选20万t用于生产砂石料，剩余15万t用于该隧道进出口段路基填筑，从而实现该隧道洞渣“零弃方”。

结合该隧道所在施工合同段混凝土总体需求，计划加工时间为1年，加工砂石料总量按20万t计。依据产能需求，选择的主要加工设备为：一级破碎采用1台PE600×900鄂式破碎机，二级破碎采用1台FP1315反击式破碎机，三级破碎采用1台PCX1212反击式细碎机。采用干法生产机制砂，加装布袋除尘工艺进行加工过程的除尘和石粉含量的控制。

加工场地布设

加工场地布设时主要考虑了以下几点：(1)尽量保护土地资源，避免新征临时用地；(2)尽量将加工场地布设于隧道口与混凝土拌和站之间，避免洞渣和砂石料重复运输；(3)与附近居民居住点保持200m以上的距离，避免加工过程噪音及粉尘扰民；(4)电力供应方便，尽量降低加工成本。

综合考虑后，因地制宜地将洞渣加工机制砂场地布设于距离隧道进口300m处的路基填方段，场地长约80m。为避免加工场地成为本路段的控制性工程，先将路基填筑至路下床底标高再进行设备安装。

加工质量控制

为保证加工的质量，从以下几个方面加强了加工质量控制。

(1)从源头优选洞渣。在隧道掘进过程中，优选整体性好、性能满足要求岩石用于加工机制砂。当隧道施工进入破碎带、含泥地层、软弱地层以及富水区段时，开挖的洞渣直接作为路基填料，不用于砂石料生产。

(2)对洞渣进行晾晒。在隧道洞口设置洞渣场，将开挖出的洞渣先运输至此进行晾晒，待晒干后用挖掘机挑选片石装车运输至加工场用于加工，避免了因过湿洞渣直接用于生产砂石料而导致的质量波动。

(3)场地与道路硬化。洞渣运输道路和加工场地首先采用压路机充分压实，然后铺筑20Cm厚级配碎石层，避免了加工过程中运输车辆、装卸设备将泥土带入。

(4)强化排水系统。加工场地场平按中间高、周边低的原则进行平整，并在周边修建了排水沟，确保降雨能及时排除，避免降雨积水导致原材料和成品污染。

(5)定期检查维修设备。坚持每天定期对加工系统的有关设备进行检查，重点对破碎机易损件、振动筛、除尘器布袋完好性等进行检查，发现问题及时修复，确保这些设备处于正常工作状态。

(6)及时转运砂石料成品。将加工出来的机制砂和碎石及时转运至混凝土拌和站或储料场，确保砂石料成品堆高不超过3m，避免出现颗粒离析。

(7)加工质检系统。建立了隧道洞渣加工机制砂质检系统，每天开始生产时在皮带取样检验砂石料级配、石粉含量、细度模数，当这些指标出现大的波动时立即停机检查，排除故障后再重新开机。

隧道洞渣机制砂工程应用

机制砂性能

经检测，采用该隧道洞渣加工的机制砂无碱活性，机制砂性能与露天开采岩石加工的无异。对照《建设用砂》，该机制砂满足Ⅱ类砂要求。

机制砂混凝土配合比设计

依据《普通混凝土配合比设计规程》，根据高速公路桥梁工程混凝土工程特点，对隧道洞渣机制砂混凝土进行了混凝土配合比设计。可见，采用隧道洞渣配置的机制砂混凝土28ｄ抗压强度均超过配制强度。

机制砂混凝土工程应用

采用隧道洞渣加工机制砂配制的混凝土已成功应用于C20~C40混凝土工程。以C40混凝土为例，已应用于洢溪特大桥的桥梁立柱。混凝土外观质量良好，同条件养护混凝土试件28d抗压强度达50.5MPa，采用中型回弹仪测试构件抗压强度为46.5MPa。

效益分析

经济效益

将隧道洞渣用于加工机制砂，其加工成本主要为加工能耗、人工和加工设备的折旧费用。目前已采用隧道洞渣加工砂石料18.38万t，由分析可见，应用18.38万t隧道洞渣加工砂石料可直接节约投资1　447万元。

环境效益

隧道洞渣加工机制砂实现了隧道洞渣的资源化利用，避免了建设弃土场来堆放洞渣导致的土地资源占用和对周围环境的影响。避免了远运河砂或者开山炸石来生产机制砂，降低了高速公路施工的能源消耗和CO2的排放。具有显著的环境效益。

结语

通过隧道洞渣加工机制砂及其用于高速公路建设实践，得出以下结论。(1)高速公路隧道洞渣常常作为废渣丢弃，既占用土地资源又影响环境。实现隧道洞渣的资源化利用是建设绿色公路的必然要求。(2)选择的三级破碎工艺可满足隧道洞渣加工机制砂的需要。(3)隧道洞渣加工机制砂宜采用干法生产，可采用布袋除尘方式进行机制砂石粉控制。(4)结合隧道洞渣的特点，需从源头控制洞渣、晾晒优选、场地与道路硬化、场地有效排水、及时转运成品、定期检查检修设备等方式加强质量控制。宜采用级配、石粉含量、细度模数等3个指标作为隧道洞渣生产机制砂控制指标。(5)通过加强质量控制，隧道洞渣生产的机制砂性能可满足建设用Ⅱ类砂要求的机制砂。将其用于高速公路建设是可行的。(6)用隧道洞渣加工机制砂既消耗了隧道洞渣，又解决了高速公路建设用砂石料的难题，可以实现隧道洞渣资源化利用，节约了大量工程投资，且环保效益显著。