CN109133839B - 一种盾构渣土回收再利用的方法 - Google Patents

一种盾构渣土回收再利用的方法 Download PDF

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Abstract

一种盾构渣土回收再利用的方法，涉及地铁盾构渣土技术领域。包括以下几个步骤:1.将盾构产生的渣土进行无害化处理，经过逐级筛分分离出泥浆和砾石颗粒物：2.对分离出的泥浆进行化学成分分析，通过室内试验得出土样的最佳含水率和最大干密度；3.根据不同含水率与不同的土样成份选取适合的土壤固化剂进行配合比试验；4.将泥浆固化进行基坑回填。经过固化后，回填土的7d无侧限抗压强度可以达到1.5MPa，完全满足强度要求，还将盾构渣土资源进行了利用，减少了盾构渣土的堆积问题。

Description

一种盾构渣土回收再利用的方法
技术领域
本发明涉及地铁盾构渣土技术领域，特别涉及一种盾构渣土回收再利用的方法。
背景技术
盾构施工具有安全性好、机械化程度高、掘进速度快、对环境扰动小、地层适应性广等优点，因此大量地铁建设中都采用盾构法施工。土压平衡盾构施工一般采用轨道渣车进行运输渣土，渣土被刀盘切削后进入土仓，通过螺旋输送机、皮带机运输排放至盾构机后部的渣土运送车上，再经过水平轨道运输、垂直龙门吊吊运至地面倾倒在渣池内直接运出。假设隧道区间直径按6m计算，每公里地铁开挖出土约5万方。如果采取传统的堆放处理方式，按照平均堆高2米计算，1公里的渣土需要占据约7亩土地进行堆放，这占用了大量的土地。盾构产生的渣土掺加有土壤改良泡沫剂，矿物类膨润土，以及注浆产生的浆液，此类渣土如果未经处理，无法进行填埋与二次利用。当遇到含水量较高的地层时，渣土排出、运输困难，泥浆飞散在隧道及市内交通干线，产生昂贵的清洁费用，而弃土也很难达到环保部门废弃物消纳标准。
随着城市化建设进程的加快，城市隧道与地铁正在大量建设，在建设过程中大量的盾构渣土大幅度增加，违章弃土现象大量出现，严重污染环境，并且伴随着严重的安全隐患。目前，通用的做法是将盾构产生的渣土集中运输到专门的填埋场进行处理，此种做法不光不能够将渣土做到重复再利用，而且大大增加了运输所产生的费用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种盾构渣土回收再利用的方法，此种方法其特征在于包括以下步骤：
(1)将盾构产生的渣土进行无害化处理，减少或除去重金属或/和有机物污染，然后经过逐级筛分分离出泥浆和砾石颗粒物；
(2)对分离出的泥浆进行化学成份分析，取其中的土样经过室内试验确定后期利用所需的最大干密度与最佳含水率；在室内试验最少进行五组击实试验，通过绘制曲线得到最佳含水率与最大干密度，以确保数据准确。
(3)根据步骤(2)分离出的泥浆的含水率与土样成份选取如下的土壤固化剂进行配比：
水泥固体质量百分含量取值范围为3～5％；泥浆中土样固体质量百分含量取值范围为95％～97％；水泥固体和土样固体两者之和为100％；固化剂溶液中固体含量占水泥固体和土样固体两者总重量的百分比为0.02％～0.03％；
其中固化剂溶液由水、硅酸钠、沥青磺酸钠、二氧化硅、环氧树脂和脂肪醇聚氧乙烯醚混合而成；其中各物质的质量百分比为：硅酸钠25-30％，沥青磺酸钠25％-35％，二氧化硅12-15％，环氧树脂5-7％，脂肪醇聚氧乙烯醚2-6％，余量为水。
根据步骤(2)确定所需的最大干密度，在上述土壤固化剂的配比范围内进行进一步调配，再根据步骤(2)确定所需的最佳含水率，调节泥浆的含水量、水泥含水量、固化剂溶液用水量的比例关系。如对固化剂溶液进行加水时，应根据混合料的天然含水率(如泥浆的含水量、水泥的含水量)和设计的最佳含水率来确定，当混合料的天然含水率较低时，固化剂稀释液的浓度应小些，相反，当混合料的天然含水率较大时，固化剂稀释液的浓度应高些。
(4)将步骤(3)配比的泥浆固化按照所得配比进行车站回填；基坑回填要分层回填，逐层压实。
回填主要经过以下几个步骤：
首先，进行施工放样，利用挖机清除表土；
然后，根据盾构渣土的厚度和预定的配比，计算每平方米盾构渣土需要的水泥量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面；将稀释好的固化剂均匀喷洒到混合土面上；
再然后，利用专用路拌机进行初拌，保证拌和效果和工作效率；
初拌后，再用挖机将混合料拢堆，然后利用ALLU拌合机对混合料进行二次拌合，在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度；
进行固化土回填。利用挖机将拌合均匀的混合料摊铺到原来的基坑中，每层松铺厚度宜控制在50cm，随后用履带挖机分层碾压，要多次碾压，分层施工直至达到原地面高度。
上料、压实后，根据施工现场环境，自然养护7～28天，若天气太热，可喷洒雾状水适量。
本发明回收利用经过固化后，回填土的7d无侧限抗压强度可以达到1.5MPa，完全满足强度要求，还将盾构渣土资源进行了利用，减少了盾构渣土的堆积问题。
本发明处理方案具有如下优点：
1.与不对渣土进行处理相比，处理过后减小了渣土的堆放问题，进而较小了因渣土堆放引起的危险问题。
2.将盾构渣土进行基坑回填有效地利用了渣土资源，减小了因运输而增加成本问题。
3.减小了盾构渣土运输过程漏撒造成的环境污染问题。
4.将盾构渣土无害化处理有效解决了土体中有害成分污染环境的问题。
5.回填的盾构渣土强度高，可以满足工程需要。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
盾构施工会产生大量的渣土，将盾构产生的渣土进行无害化处理，经过逐级筛分分离出泥浆和砾石颗粒物。
对分离出的泥浆进行化学成份分析，取土样经过室内试验得出最大干密度与最佳含水率。
根据分离出的泥浆的含水率与土样成份选取如下的土壤固化剂进行配比：其中的配比如下实施例。
实施例1
由以下质量百分比的组分组成：
水泥3％，土样97％，固化剂0.03％，制作标准试块，测定其7d无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.4MPa，劈裂强度0.5MPa，水稳定性系数56％，干缩应变53465×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.6×10-6、23.8×10-6、31.6×10-6。
实施例2
由以下质量百分比的组分组成：
水泥4％，土样96％，固化剂0.03％，制作标准试块，测定其7d无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.5MPa，劈裂强度0.6MPa，水稳定性系数60％，干缩应变53250×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.5×10-6、22.6×10-6、30.6×10-6。
实施例3
由以下质量百分比的组分组成：
水泥5％，土样95％，固化剂0.03％，制作标准试块，测定其7d无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.6MPa，劈裂强度0.7MPa，水稳定性系数76％，干缩应变52158×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.4×10-6、20.6×10-6、29.8×10-6。
实施例4
由以下质量百分比的组分组成：
水泥3％，土样97％，固化剂0.02％，制作标准试块，测定其7d无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.2MPa，劈裂强度0.4MPa，水稳定性系数50％，干缩应变54436×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.7×10-6、27.8×10-6、38.6×10-6。
实施例5
由以下质量百分比的组分组成：
水泥4％，土样96％，固化剂0.02％，制作标准试块，测定其7d侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.3MPa，劈裂强度0.5MPa，水稳定性系数55％，干缩应变54032×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.6×10-6、26.6×10-6、37.2×10-6。
实施例6
由以下质量百分比的组分组成：
水泥5％，土样95％，固化剂0.02％，制作标准试块，测定其7d侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性、干缩性、温缩性。
测得7d无侧限抗压强度1.4MPa，劈裂强度0.6MPa，水稳定性系数61％，干缩应变53832×10-6，0℃、-10℃、-20℃温缩系数分别为1.5×10-6、26.2×10-6、36.4×10-6。
根据实验室测定的最优配比进行现场施工。
按照比例计算每平方米盾构渣土需要的水泥量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面。
同时进行固化剂稀释，稀释浓度，应根据混合料的天然含水率和设计的固化剂用量来确定。
同时进行固化剂稀释，稀释浓度，应根据混合料的天然含水率和设计的固化剂用量来确定。当混合料的天然含水率较低时，固化剂稀释液的浓度应小些，相反，当混合料的天然含水率较大时，固化剂稀释液的浓度应高些。
将稀释好的固化剂均匀喷洒到混合土面上。
利用专用路拌机进行初拌，保证拌和效果和工作效率。
初拌后，再用挖机将混合料拢堆。然后利用ALLU拌合机对混合料进行二次拌合，在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度。
进行固化土回填。
盾构渣土回收再利用总共包括固化工艺与回填工艺，现针对这两个工艺进行详细说明：
一.固化工艺
土壤固化剂是用于改善土壤的物理力学性质以适应工程技术要求的新型化学材料，显著的改变土壤的物理力学性能，使之成为相对强度高、收缩量小、压实度高的一种性能优异的复合材料，不会出现“再次泥化现象”，具有水泥所不具有的一些特点，作用对象是各类土质。它主要依靠其自身的水解、水化以及水化产物与土壤颗粒之间的化学反应生成物来提高土体的强度。而利用低价离子取代土壤中的钙离子和铝离子等，有利于土壤中硅酸盐的聚集和矿物晶体的再形成。为了增强固化效果，使回填土强度增高，根据盾构渣土的特点，本发明配置了专用的固化剂。固化剂由水、硅酸钠、沥青磺酸钠、二氧化硅、环氧树脂和脂肪醇聚氧乙烯醚混合而成。其中硅酸钠25-30％，沥青磺酸钠25％-35％，二氧化硅12-15％，环氧树脂5-7％，脂肪醇聚氧乙烯醚2-6％，余量为水。
二.回填工艺
利用挖机将拌合均匀的混合料摊铺到原来的基坑中，每层松铺厚度宜控制在50cm，随后用履带挖机分层碾压，每层压实遍数控制在四遍以上，分层施工直至达到原地面高度。
上料、压实后，用平地机进行整型。整型后应在最佳含水率时压实，重复碾压不少于四遍。本着“先轻后重、先慢后快、先静后震、先两边后中间”的原则进行。
根据施工现场环境，进行自然养护，若天气太热，可喷洒雾状水适量，也可覆土养护，无论何种养护方式，养护时间不低于7天，切勿忽干忽湿。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (4)

1.一种盾构渣土回收再利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将盾构产生的渣土进行无害化处理，减少或除去重金属或/和有机物污染，然后经过逐级筛分分离出泥浆和砾石颗粒物；
(2)对分离出的泥浆进行化学成份分析，取其中的土样经过室内试验确定后期利用所需的最大干密度与最佳含水率；
(3)根据步骤(2)分离出的泥浆的含水率与土样成份选取如下的土壤固化剂进行配比：
水泥固体质量百分含量取值范围为3～5％；泥浆中土样固体质量百分含量取值范围为95％～97％；水泥固体和土样固体两者之和为100％；固化剂溶液中固体含量占水泥固体和土样固体两者总重量的百分比为0.02％～0.03％；
根据步骤(2)确定所需的最大干密度，在上述土壤固化剂的配比范围内进行进一步调配，再根据步骤(2)确定所需的最佳含水率，调节泥浆的含水量、水泥含水量、固化剂溶液用水量的比例关系；
(4)将步骤(3)配比的泥浆固化按照所得配比进行车站回填；
其中固化剂溶液由水、硅酸钠、沥青磺酸钠、二氧化硅、环氧树脂和脂肪醇聚氧乙烯醚混合而成；其中各物质的质量百分比为：硅酸钠25-30％，沥青磺酸钠25％-35％，二氧化硅12-15％，环氧树脂5-7％，脂肪醇聚氧乙烯醚2-6％，余量为水；
其中步骤(3)确定固化剂溶液进行加水时，应根据混合料的天然含水率和设计的最佳含水率来确定，当混合料的天然含水率较低时，固化剂稀释液的浓度应小些，相反，当混合料的天然含水率较大时，固化剂稀释液的浓度应高些。
2.按照权利要求1所述的一种盾构渣土回收再利用的方法，其特征在于，步骤(4)基坑回填要分层回填，逐层压实。
3.按照权利要求1所述的一种盾构渣土回收再利用的方法，其特征在于，回填主要经过以下几个步骤：
首先，进行施工放样，利用挖机清除表土；
然后，根据盾构渣土的厚度和预定的配比，计算每平方米盾构渣土需要的水泥量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面；将稀释好的固化剂均匀喷洒到混合土面上；
再然后，利用专用路拌机进行初拌，保证拌和效果和工作效率；
初拌后，再用挖机将混合料拢堆，然后利用ALLU拌合机对混合料进行二次拌合，在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度；
进行固化土回填；利用挖机将拌合均匀的混合料摊铺到原来的基坑中，每层松铺厚度宜控制在50cm，随后用履带挖机分层碾压，要多次碾压，分层施工直至达到原地面高度；
上料、压实后，根据施工现场环境，自然养护7～28天，若天气太热，可喷洒雾状水适量。
4.按照权利要求1所述的一种盾构渣土回收再利用的方法，其特征在于，在室内试验最少进行五组击实试验，通过绘制曲线得到最佳含水率与最大干密度。
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