CN111965325B - 一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法。方法包括：获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样；对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及围岩等级，其中，所述地质填图数据包括工程地质特征、结构特征和完整状态以及围岩稳定性；基于所述地质填图数据和所述围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围；对所述目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样；基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。本公开实施例的技术方案适用于铁路工程前期设计阶段，提高了设计的质量与准确性，提高了弃渣利用率，降低了铁路建设对环境的影响。

Description

一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法

技术领域

本公开涉及铁路建设技术领域，尤其涉及一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法。

背景技术

砂石骨料是高速铁路建设最重要和用量最大的建材，传统砂石料主要来源于河湖采砂和矿山采石加工，对河湖生态及山区生态环境造成损害；另外，高速铁路建设中隧道开挖又产生大量的弃渣，运输和集中堆放治理存在污染环境和占用土地的问题。高速铁路的建设面临砂石骨料短缺和弃渣综合治理的综合难题，亟需转变设计思路，在设计中最大限度考虑隧道弃渣再利用为建材骨料，降低对开采砂石料的依赖，同时降低弃渣处理费用。

当前在高速铁路工程中，隧道弃渣再利用的技术和文献资料较少，一般用作路基和站场土石方，主要采用弃渣加工为不同的级配，没有一套行之有效的方法判别弃渣是否可用作建材骨料。虽然在水利及公路工程中有主要采用实验分析方法将弃渣利用为建材骨料的先例，但因行业差异，其分析的指标方法难以适应铁路工程，而且其分析技术方法较为零散，难以有效支撑工程设计。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法。

本公开提供了一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，包括：

获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样；

对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级，其中，所述地质填图数据包括工程地质特征、结构特征和完整状态以及围岩稳定性；

基于所述地质填图数据和所述围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围；

对所述目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样；

基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。

可选的，获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样，包括：

标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围；

基于标定的可利用隧道弃渣的概略范围，在线路中线处以及间隔预设距离处进行钻孔取样，得到地层岩芯作为所述第一隧道岩样。

可选的，采用以下至少一种方式标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围：

通过对铁路沿线建筑料场进行调研，基于铁路沿线碎石开采加工点的相关调研数据，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围；

通过对铁路沿线区域地质图的分析，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。

可选的，在获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样之后，还包括：

基于所述地层岩芯的颜色、结构、构造、成分和岩石组合规律，并结合所述区域地质图，测绘出地层、岩性和地质构造特征。

可选的，对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级，包括：

对所述第一隧道岩样进行物理力学指标试验，获取所述第一隧道岩样的物理特性指标，其中，所述物理特性指标包括强度、容重、变形模量、泊松比、黏聚力和摩擦角；

基于所述物理特性指标得到地质填图数据以及对应的围岩等级。

可选的，基于所述地质填图数据和所述围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围，包括：

基于所述地质填图数据和所述围岩等级，选取母岩抗压强度与混凝土强度等级之比大于1.5倍、非砂性岩以及目标级别的围岩构成所述围岩目标范围。

可选的，在对所述目标范围的围岩进行取样时，基于可利用的围岩长度、围岩相对于隧道的长度和地层岩性变化，确定取样的数量。

可选的，在基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣之前，还包括：

对所述第二隧道岩样进行物理化学试验，获得所述第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标。

可选的，基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣，包括：

判断所述第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标是否满足混凝土用的粗骨料要求或细骨料要求；

如果是，则确定所述第二隧道岩样可利用为建材骨料。

可选的，所述粗骨料要求包括不同混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求、不同类别岩石的压碎指标以及粗骨料的碱活性要求；所述细骨料要求包括不同岩性的机制砂对母岩强度要求、细骨料的碱活性要求以及不同混凝土强度等级下石粉含量限值。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的技术方案通过获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样，对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级，基于围岩等级和地质填图数据，初步确定可利用的围岩目标范围，对目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样，基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。本公开针对性地提出了适用于铁路工程前期设计阶段的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，通过明确的指标，避免设计人员理解不一，在铁路工程前期设计阶段即考虑弃渣利用可提高设计的质量与准确性，减少前期弃渣处理场的勘察和设计工作量，降低铁路工程隧道弃渣；且铁路工程前期设计阶段考虑弃渣利用更利于方案实施，避免施工阶段进行弃渣利用分析设计的设计延误，可提高弃渣利用率，降低铁路建设对环境的影响。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

当前对隧道弃渣的利用，主要有两种思路：

一种是利用于路基和站场等工程的土石方填料，但当前高速铁路，尤其是西部、西南部等山区铁路，线路桥隧比例可达95％左右，路基长度小，山区铁路车站多为挖方站，挖方较多大于填方，土石方填料需求量小，弃渣废弃量大。

另一种是用作混凝土骨料，但现有技术资料多为水利输水隧洞及公路隧道的弃渣利用，且较多为施工单位基于某个特殊工程的弃渣加工实验分析，属于施工阶段的分析，难以在前期对弃渣利用分析进行有效指导，且由于行业的差异性，其分析技术指标难以直接应用于高速铁路工程的前期设计。

针对上述技术问题，本公开实施例提供了以下技术方案：

图1为本公开实施例提供的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法的流程示意图。如图1所示，该隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法包括：

步骤110、获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样。

示例性的，可先标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围，再基于标定的可利用隧道弃渣的概略范围，在线路中线处以及间隔预设距离处进行钻孔取样，得到地层岩芯作为第一隧道岩样。

在本公开一些实施例中，可通过对铁路沿线建筑料场进行调研，基于铁路沿线碎石开采加工点的相关调研数据，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。具体的，通过对高速铁路沿线建筑料场进行调研，了解沿线碎石开采加工点位置、碎石的岩性和碎石的应用情况，确定当前正常生产的料点位置以及已关闭料点的原因，根据上述相关调研数据判断可利用隧道弃渣的概略范围。由此，通过对铁路沿线建筑料场进行调研，可定性地确定可利用隧道弃渣的概略范围。

在本公开一些实施例中，可通过对铁路沿线区域地质图的分析，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。具体的，通过区域地质图，确定铁路沿线范围的地质、地形，获取区域内岩浆岩、变质岩和沉积岩的分布及范围、区域地质构造基本情况、地质界线和地层之间的接触关系、不同时代的各种侵人岩及其岩相分带、各种变质带、蚀变带以及片理、片麻理的方向和代表性产状等，由此定性地分析出可利用隧道弃渣的概略范围。

另外，在本公开一些优选实施例中，可通过对铁路沿线建筑料场进行调研，并结合对铁路沿线区域地质图的分析，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。例如，在一些示例中，在通过对铁路沿线建筑料场进行调研，基于铁路沿线碎石开采加工点的相关调研数据，初步确定可利用隧道弃渣的概略范围之后，可通过对铁路沿线区域地质图的分析，进一步核实铁路沿线范围的地质、地形，即验证通过建筑料场的调研初步确定的可利用隧道弃渣的概略范围是否合适，提高可利用隧道弃渣的概略范围的准确性，进而可更大程度地提高隧道弃渣的利用率。又如，在另一些示例中，当通过对铁路沿线建筑料场进行调研，确定某段铁路沿线没有正常生产的料点时，可通过对铁路沿线区域地质图的分析，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。

可选的，在本公开一些实施例中，在获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样之后，还可包括：

基于地层岩芯的颜色、结构、构造、成分和岩石组合规律，并结合区域地质图，测绘出地层、岩性和地质构造特征。由此，可直观清楚的确定地质构造性质、类型、规模、断层、节理、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系。

步骤120、对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级。

其中，地质填图数据包括工程地质特征、结构特征和完整状态以及围岩稳定性。

在本公开一些实施例中，可对第一隧道岩样进行物理力学指标试验，获取第一隧道岩样的物理特性指标，其中，物理特性指标包括强度、容重、变形模量、泊松比、黏聚力和摩擦角；基于物理特性指标得到地质填图数据以及对应的围岩等级。本实施例同时可参考《铁路隧道设计规范》，得到地质填图数据以及对应的围岩等级。围岩分级主要依据地质填图和围岩的物理特性指标，如表1所示。

表1围岩分级

步骤130、基于地质填图数据和围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围。

在本公开一些实施例中，基于围岩等级和地质填图数据，选取母岩抗压强度与混凝土强度等级之比大于1.5倍、非砂性岩以及目标级别的围岩构成围岩目标范围。其中，参考表1，目标级别的围岩可以为级别为Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的围岩。

步骤140、对目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样。

其中，在对目标范围的围岩进行取样时，基于可利用的围岩长度、围岩相对于隧道的长度和地层岩性变化，确定取样的数量。

示例性的，可利用的围岩相对于隧道的长度越长，取样的数量越少，反之越多；地层岩性变化越大，即在隧道区域的岩石具有多种岩性且多种岩性短距离排布，取样的数量越多，反之越少。

步骤150、基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。

本实施例可先对第二隧道岩样进行物理化学试验，获得第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，继而基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。

在本公开一些实施例中，基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣，包括：

判断第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标是否满足混凝土用的粗骨料要求或细骨料要求；

如果是，则确定第二隧道岩样可利用为建材骨料。

其中，粗骨料要求可包括不同混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求、不同类别岩石的压碎指标以及粗骨料的碱活性要求；细骨料要求可包括不同岩性的机制砂对母岩强度要求、细骨料的碱活性要求以及不同混凝土强度等级下石粉含量限值。

具体的，针对隧道弃渣是否可利用为粗骨料的情况，判断第二隧道岩样的母岩强度是否满足某一混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求，第二隧道岩样的压碎指标是否满足其岩石类别时的压碎指标，以及第二隧道岩样的碱活性是否满足粗骨料的碱活性要求。在本公开一些实施例中，不同混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求可如表2所示，不同类别岩石的压碎指标可如表3所示，粗骨料的碱活性要求可如表4所示。其中，在满足表2的母岩强度要求时，不同岩性的母岩强度要求为：火成岩＞80MPa；变质岩＞60MPa；水成岩＞30Mpa。

表2不同混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求

表3不同类别岩石的压碎指标

表4粗骨料的碱活性要求

针对隧道弃渣是否可利用为细骨料的情况，判断第二隧道岩样的母岩强度是否满足某一岩性的机制砂对母岩强度要求，第二隧道岩样的碱活性是否满足细骨料的碱活性要求，以及第二隧道岩样的石粉含量是否满足某一混凝土强度等级下石粉含量限值。在本公开一些实施例中，不同岩性的机制砂对母岩强度要求可如表5所示，细骨料的碱活性要求可如表6所示，不同混凝土强度等级下石粉含量限值可如表7所示。

表5不同岩性的机制砂对母岩强度要求

表6细骨料的碱活性要求

在上述实施例中，碱活性检测时，母岩应在进行碱集料反应试验前采用岩相检验碱活性的种类及所含活性矿物的类型和数量。当检测出母岩中含有活性二氧化硅时，应采用快速碱硅酸反应法和砂浆长度法进行碱活性检验；当检测出母岩中含有活性碳酸盐时，应采用岩石柱法进行碱活性检验。根据铁道部行业标准TB/T 3275-2011《铁路混凝土》要求，人工砂或混合砂的压碎值应小于25％。经亚甲蓝实验判定后，人工砂或混合砂的石粉含量限值详见表5。

基于上述各实施例，本公开提供的技术方案相对于现有方案具有以下优点：

一、可操作性强

本判别方法提及的地方建筑料场调查、区域地质图分析、地质钻孔岩样特征分析以及物理力学指标试验等方法或技术手段，均为铁路工程前期设计必须的或仅在原试验内容基础上增加一些指标，且指标试验方法较为成熟。

二、检验指标明确

不同等级的混凝土对弃渣加工骨料的强度要求、坚固性要求、碱活性要求、石粉含量均明确，便于试验操作。

三、针对性强

针对既有文献多既有施工过程中的试验检验分析，而前期设计考虑不足的现状，本方法重点适用于前期设计分析。

综上，本公开实施例提供的技术方案通过获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样，对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据和对应的围岩等级，基于围岩等级和地质填图数据，初步确定可利用的围岩目标范围，对目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样，基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣。本公开针对性地提出了适用于铁路工程前期设计阶段的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，通过明确的指标，避免设计人员理解不一，在铁路工程前期设计阶段即考虑弃渣利用可提高设计的质量与准确性，减少前期弃渣处理场的勘察和设计工作量，降低铁路工程隧道弃渣；且铁路工程前期设计阶段考虑弃渣利用更利于方案实施，避免施工阶段进行弃渣利用分析设计的设计延误，可提高弃渣利用率，降低铁路建设对环境的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，包括：

获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样；

对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级，其中，所述地质填图数据包括工程地质特征、结构特征和完整状态以及围岩稳定性；

基于所述地质填图数据和所述围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围；

对所述目标范围的围岩进行取样，得到第二隧道岩样；

基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣；

获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样，包括：

标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围；

基于标定的可利用隧道弃渣的概略范围，在线路中线处以及间隔预设距离处进行钻孔取样，得到地层岩芯作为所述第一隧道岩样。

2.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，采用以下至少一种方式标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围：

通过对铁路沿线建筑料场进行调研，基于铁路沿线碎石开采加工点的相关调研数据，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围；

通过对铁路沿线区域地质图的分析，标定铁路沿线上可利用隧道弃渣的概略范围。

3.根据权利要求2所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，在获取待建设铁路的铁路沿线上第一隧道岩样之后，还包括：

基于所述地层岩芯的颜色、结构、构造、成分和岩石组合规律，并结合所述区域地质图，测绘出地层、岩性和地质构造特征。

4.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，对第一隧道岩样进行岩样试验，得到地质填图数据以及对应的围岩等级，包括：

对所述第一隧道岩样进行物理力学指标试验，获取所述第一隧道岩样的物理特性指标，其中，所述物理特性指标包括强度、容重、变形模量、泊松比、黏聚力和摩擦角；

基于所述物理特性指标得到地质填图数据以及对应的围岩等级。

5.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，基于所述地质填图数据和所述围岩等级，初步确定可利用的围岩目标范围，包括：

基于所述地质填图数据和所述围岩等级，选取母岩抗压强度与混凝土强度等级之比大于1.5倍、非砂性岩以及目标级别的围岩构成所述围岩目标范围。

6.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，在对所述目标范围的围岩进行取样时，基于可利用的围岩长度、围岩相对于隧道的长度和地层岩性变化，确定取样的数量。

7.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，在基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣之前，还包括：

对所述第二隧道岩样进行物理化学试验，获得所述第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标。

8.根据权利要求1所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，基于第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标，确定可利用为建材骨料的隧道弃渣，包括：

判断所述第二隧道岩样的母岩强度、碱活性、石粉含量和压碎指标是否满足混凝土用的粗骨料要求或细骨料要求；

如果是，则确定所述第二隧道岩样可利用为建材骨料。

9.根据权利要求8所述的隧道弃渣利用为建材骨料的判别方法，其特征在于，所述粗骨料要求包括不同混凝土强度等级下碎石对母岩强度要求、不同类别岩石的压碎指标以及粗骨料的碱活性要求；所述细骨料要求包括不同岩性的机制砂对母岩强度要求、细骨料的碱活性要求以及不同混凝土强度等级下石粉含量限值。

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