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隧道洞渣在鹤大高速公路科技示范工程中的综合应用

发布时间:2020-12-13  作者:恒安

随着近年来吉林省高速公路的快速发展,隧道作为山区高速公路常见的构造物,不可避免地产生大量废弃洞渣。目前受施工工艺、组织管理等方面因素影响,洞渣往往得不到很好地利用和合理调配,进而大量占用耕地农田作为弃渣场,污染环境,破坏生态系统平衡、浪费较好石材资源、后期还需要投入人力物力解决环境问题。这完全有悖于鹤大高速公路“建设技术先进、资源节约、生态环保的现代化高速公路的理念”和“不破坏就是最大的保护的施工理念”,因此高速公路隧道弃渣的综合利用及优化资源配置使用是公路建设中亟待解决的问题。

 

鹤大高速公路位于长白山腹地,柞木台隧道作为ZT05标段控制性工程,全长2970m,为分离式隧道,其中III级围岩https://www.titan-biz.comm3IV级围岩https://www.titan-biz.comm3V级围岩https://www.titan-biz.comm3,主要为花岗岩及部分玄武岩。通过对挖方洞渣的合理调配、加工运输,广泛综合利用于路基填筑、路面原材、生态砌块及道面铺装等。减少了对农田耕地的占用面积、严格控制原生植被破坏的范围,保证了植被种类多样、原生树木优美。依托柞木台隧道对其弃渣的综合应用进行研究,并将研究成果推广到整个鹤大高速公路的建设中,使鹤大高速公路隧道洞渣变废为宝、综合利用,保护自然环境,努力把鹤大高速公路建设成一个建设节约型、科学利用型的典型示范工程。

 

国内隧道弃渣利用现状及危害

 

我国现阶段的隧道设计施工仅限于单项工程实施的合理性,而往往缺乏系统性和整体性的思考,未能根据整个建设项目特点进行综合性的分析考虑,使隧道建设脱离了整个项目建设体系,与其他单项工程的配合出现问题,缺乏对隧道范围内岩体物理力学参数的研究,隧道洞渣的利用未能受到足够的重视,在隧道弃渣利用上缺乏综合规划,除少部分洞渣用作路基的填料外,绝大部分均被作为弃渣运至弃土场废弃,利用较单一,未能将隧道弃渣作为优质筑路材料全面综合地加以利用,利用率较低。且需要修筑专门的弃渣便道及弃渣场,占用大量永久性征地。

 

另一方面路基、路面、桥涵以及防护排水工程却需要大量外购碎石、片石等,通过远距离运输到达施工现场使用,这种舍近求远的做法既不符合现行高速公路建设生态文明及发展循环经济的要求,也不科学、合理。不但增加了施工单位的施工成本,降低了企业的生产利润,而且对建设单位来讲,需要花费更多的资金来保证建设项目的顺利实施。

 

在项目的实际施工过程中,部分施工队伍,为施工方便,节省施工成本,本应运输至弃渣场摊平碾压的洞渣,不按设计要求进行堆放,被随意地丢弃在隧道洞口附近,污染施工环境,挤占泄水通道,导致次生灾害发生。

 

占用大量土地,改变原有地表环境

 

隧道洞渣数量巨大,且多为软石、次坚石、坚石,其大量堆积于地表,取代了原有的植被环境,隧道弃渣场多为永久性占地,使土地丧失耕种和植被恢复能力,改变了原有植被景观,破坏了原有生态环境,容易导致大量水土流失,影响生态系统的平衡。尤其是在施工过程中对弃渣场不按相关规范要求堆放,随意丢弃,更会扩大对环境的影响,即使后期采取一定复垦措施,短时间也很难达到占用前的效果。

 

诱发地质灾害

 

山区隧道弃渣场多选在沟道等坑洼地区,部分弃渣场防护工程施工不到位本身就容易发生小型滑塌灾害,加之对原有环境的破坏,在建设过程中损坏和扰动了原有土层,导致次生灾害的发生,同时弃用的大量土石在暴雨时,极易造成整体滑动,形成滑坡体。在沟道河道内大量弃渣容易导致泄洪能力下降,发生洪灾。

 

对下游及周边地区的环境危害

 

隧道弃渣场如若不及时做好弃渣的防护和场地的排水工程,当遇强降雨时容易造成大量水土流失,大量弃土弃渣下泄,产生泥石流和洪水,影响到区域内种植和道路交通,对下游周边居民的生产生活造成巨大影响的同时也污染环境。

 

鹤大高速公路柞木台隧道洞渣的综合应用

 

弃渣弃方巨粒土路基填筑技术应用

 

本工程设计中尽量利用了隧道出渣和挖余土()进行纵向调配,路基用土充分利用线内挖方,有缺方的路段采用线外集中取土的方式。

 

针对隧道弃渣和挖方石料经常存在超粒径和级配不良问题,根据省地方标准《填石路基施工技术指南》,为填石路基施工工艺及质量控制提供科技支撑。

 

洞渣巨粒土施工工艺

 

实施中控制措施

 

(1)控制填料的爆破与开挖,保证填方对石料粒径、级配的要求。

 

(2)对填料进行分类和分级,提出适用的场合(地基、路床、路堤、桥涵台背等)及应用方式(单独使用或混用)

 

(3)控制填石路基压实:通过试验路段确定常规碾压的压路机组合及碾压方式;对高填方及自然沉降时间较短的填石路基,采用冲击碾压技术进行增强补压;对高填方填石路基工期紧,预计工后沉降量较大路段,考虑采用强()夯处理措施,缩短沉降周期,控制工后沉降。

 

实施效果

 

以柞木台隧道为例,通过对隧道洞渣巨粒土石按照相关标准化进行严格控制施工,应用于隧道进出口路基填筑。路基填筑完成后经检测各项指标均符合相关规范要求,仅路基填筑一项减少隧道弃渣https://www.titan-biz.comm3,洞渣利用率达到https://www.titan-biz.com%。同时减少了弃渣便道、弃渣场占地https://www.titan-biz.com。减少了弃渣在运输、碾压、弃土场修整过程中大量CO2的排放,符合生态环保的要求。同时减少了弃土场所需的防护以及绿化工程所造成的大量人力、物力资源的浪费。

 

隧道洞渣加工利用于路面材料技术应用

 

隧道进、出口洞渣以花岗岩为主,也含有少许安山岩、玄武岩。通过对洞渣进行反复试验、验证,可以作为碎石加工原材,本标段在隧道进、出口各设置洞渣加工区。

 

隧道洞渣通过二次加工后产生的碎石,有0~https://www.titan-biz.comhttps://www.titan-biz.com~https://www.titan-biz.comhttps://www.titan-biz.com~19mm19~https://www.titan-biz.com4种碎石粒料,主要用于路面基层、底基层等部位。

 

隧道洞渣加工工艺

 

隧道洞渣经试验检验合格后运至洞渣加工区,通过振动喂料机均匀地喂入颚式破碎机初步破碎,经粗碎后的成品通过皮带输送机输送至圆锥式破碎机进一步破碎,二次破碎后的石料通过皮带输送机输送至振动筛筛分出不同规格的石子,满足粒度要求的石子通过皮带输送机输送至成品料堆,不合格的石子通过皮带输送机重新返回至反击式破碎机再次破碎,形成闭路多次循环完成。

 

实施中控制措施

 

(1)经检查,机器与传动部分正常,方可在无负荷的情况下启动。(2)物料应均匀地加入腔内,以防止负荷突变或单边受力。(3)及时做好摩擦面的润滑工作,方可保障机器正常运转和延长使用寿命。(4)对运至现场材料及时进行相关物理参数的检验,发现不合格粒料不允许进行加工,保证原材料质量。半刚性基层采用的碎石压碎值应不大于30%,针片状含量不大于18%,单个颗粒的最大粒径不大于https://www.titan-biz.com(5)保证施工场地及运输车辆清洁,以及材料堆放处不受污染,保证运至水稳站粒料含泥量不高于3%(6)为降低环境污染,碎石场应增设除尘设备。

 

实施效果

 

经检验,采用此法生产的4种碎石均符合路面底基层、基层的施工材料要求,应用于鹤大高速公路ZT05标的路面工程中,不但降低了弃渣的远距离运输环节,使隧道弃渣变废为宝,而且省去了路面材料的大量外购,节约了施工成本。柞木台隧道应用于路面工程减少弃渣42m3,利用率达到https://www.titan-biz.com%,且经检测路面施工质量各项指标均符合相关技术规范要求。

 

公路边坡生态砌块及道面铺装成套技术推广应用

 

结合鹤大高速公路项目特点,利用施工过程中产生的隧道弃渣,由专业厂家生产生态砌块,替代部分原设计中的叠拱护坡及桥涵锥坡。砌块供应本着就近经济合理的原则,考虑实施统一调配。

 

坡面防护:路堑边坡高度大于https://www.titan-biz.com时,砂土、碎石土、强风化岩质路堑边坡采用宝字盖形和梅花组合形生态砌块进行防护;路堤边坡填土高度大于4m时,可采用组合式六边形和梅花组合形生态砌块进行防护。

 

场区道面铺装:隧道的管理站、变电所场区路面及服务区场区停车位采用生态砌块铺筑。

 

生态砌块生产工艺

 

主控室→配料机→基料传送带→基料搅拌机→制砖机→面料传送带→面料搅拌机→制砖机→升板机→程控子母车→养生釜→降板机→码垛机→翻板机→用叉车放到室外堆放场地。

 

实施中控制措施

 

(1)主控室:主控室是一切机械运转的核心,由工程师按配合比,规范要求按程序把数据输入主机中。操作时严格按照《操作手册》操作。

 

(2)操作人员操作主机把配料机中的基料用传送带送入基料搅拌机中,由搅拌机按设定好的时间、含水量进行拌和;传入制砖机后,再由操作人员在此操控主机把面料由配料机中转入面料搅拌机,拌和后传入制砖机中,制砖机中布满料之后按下操控按钮,制砖机在震动的同时,产生压力直接形成砌块形状,在模具升起后由升板机传送到程控子母车上,在传送过程中,质检人员应不定期不定次数对砌块尺寸、外观及布料密实度情况进行抽检。

 

(3)程控子母车放满后,主机遥控子母车从轨道进入养生室,进行蒸汽养生,养生达到500H℃后,再由程控子母车从养生室中运送到运输带上,运输带把预制块传送到码垛机中,码垛机自助进行砌块码放,码放完成后由打包机打包,人工进行打包加固,再由叉车运送到指定存放地点。码放完毕后的钢板由翻板机翻板后运输回传送带上,反复循环。

 

生产砌块的主要类型及技术指标

 

技术标准:抗弯强度≥https://www.titan-biz.com/mm2;抗压强度≥https://www.titan-biz.com/mm2;透水系数≥https://www.titan-biz.com×10-2cm/sec;抗滑性≥40BPN(湿润状态);冻融性:200次;抗摩擦性:https://www.titan-biz.com~https://www.titan-biz.com;吸水率:https://www.titan-biz.com%;保水率:https://www.titan-biz.com/cm2。产品符合国家规范要求,满足工程需要。

 

实施效果

 

原材料大部分来源于隧道弃渣,大大降低了原材料的采购费用,其采用联锁方式连接,结构稳定,受力状况好,减少了自重,对地基承载力要求较低,能够很好地适应东北寒区冻胀的影响,大大降低了高速公路后期运行养护的费用。

 

通过生态机制砌块在鹤大高速公路的应用推广,根据其生产及施工特点,从经济角度分析,由于原材料大部分来源于隧道弃渣,大大降低了原材料的采购费用,而且节省了弃渣的占用征地面积;生态砌块强度高,其设计厚度远小于浆砌工程,且取消了土工格室,以鹤大高速公路ZT05标为例,将浆砌工程变更为生态砌块边坡防护,初步计算产生的费用比原设计大大降低。

 

隧道弃渣在浆砌工程中的应用

 

上述石块都需要二次加工应用于路基工程、路面工程以及相关生态砌块工程,其他部分较完整的石块还可以直接用于浆砌工程,应用于浆砌排水沟,以及护脚墙等防护工程。工艺更加简单,便于施工。

 

经济及社会效益分析

 

经济效益

 

通过隧道洞渣在鹤大高速公路ZT05标段科技示范工程中的综合利用推广,柞木台隧道洞渣通过路基填筑以及二次加工应用于路面工程和生态防护工程、排水浆砌工程,利用率基本达到100%,未增设任何弃渣便道及弃渣场。减少了征地费用、降低了企业的施工成本,同时还减少了弃渣场相关的防护和排水等附属工程,也省去了后期对弃渣场的复垦恢复工作。

 

洞渣填筑路基工程中减少了对取土场的开挖面积,大大减少了路基填筑的运距,且隧道洞渣多为次坚石、坚石。不但增加了路基填筑的施工效率而且保证了路基的施工质量。

 

洞渣经过二次加工应用于路面工程和生态砌块防护工程中,减少了50m3的碎石外购量。同时减少了弃渣外运,以及对弃渣的摊平碾压等机械费用。

 

社会效益

 

鹤大高速公路ZT05标成功实施隧道弃渣综合利用后,创造了良好的社会效益:洞渣利用减少占用的耕地(农田)https://www.titan-biz.com,林地约1ha,保护生态环境14652m2。有效地保护了原有土层的结构形式和植被面积,减少了自然灾害的发生。

 

结语

 

建设“技术先进、资源节约、生态环保”的现代化高速公路,针对性解决高速公路隧道弃渣利用的关键问题;提升了工程建设项目的科技含量和技术水平,对吉林省高速公路建设起到示范和引领作用,乃至对全国高速公路的建设起到示范和带动作用。实现了资源节约、循环利用,推进“两型”社会的建设;实现路与自然的和谐,使公路和长白山自然景观、人文环境相融合。

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