任 毅

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030032)

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)家及地方政府鐵路、公路、水利水電、市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)持續(xù)升溫,但是同時(shí)國(guó)家對(duì)山、河、湖、海等自然資源的保護(hù)力度也在不斷加大，這導(dǎo)致施工生產(chǎn)用砂石料資源極度緊張，砂石料供應(yīng)已經(jīng)成為制約施工生產(chǎn)的重要因素之一。利用隧道洞渣自產(chǎn)砂石料，一是可以緩解砂石料供應(yīng)緊張的問(wèn)題，二是可以實(shí)現(xiàn)砂石料質(zhì)量的自我管控，三是可以有效降低工程材料成本，四是減少了棄渣場(chǎng)地的占用，減少對(duì)環(huán)境的污染。

1 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料工藝原理及流程

1.1 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料工藝原理

利用施工隧道開(kāi)挖出的洞渣，經(jīng)破碎、篩分等工藝流程，生產(chǎn)出符合施工工藝及質(zhì)量要求的砂石料，用于工程主體原材料。

1.2 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料工藝確定的主要因素和原則

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)工藝需考慮巖石巖性、破碎比、生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品粒形要求、破碎設(shè)備性能等方面因素，工藝流程設(shè)計(jì)要考慮其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性。砂石料生產(chǎn)加工的原則是以最簡(jiǎn)單的加工環(huán)節(jié)獲得質(zhì)量達(dá)標(biāo)的成品。

破碎比是破碎原料粒度對(duì)出料成品粒度的比值，破碎比直接決定著破碎工藝的復(fù)雜程度，原材料粒度越大、成品粒度越細(xì)，破碎工藝越復(fù)雜；隧道洞渣自產(chǎn)砂石料必須通過(guò)技術(shù)方案必選、經(jīng)濟(jì)效益分析比較后選擇最優(yōu)的生產(chǎn)工藝及設(shè)備配置；對(duì)粒形有較高要求的情況，在破碎比達(dá)標(biāo)的同時(shí)還需考慮產(chǎn)品粒型要求，在設(shè)備配置及流程設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合巖石巖性及設(shè)備性能考慮；破碎設(shè)備的性能直接影響著破碎流程和產(chǎn)品粒度組成，在砂石料生產(chǎn)工藝確定前應(yīng)做好充分的研究，選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備；巖石內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能也直接影響破碎工藝流程和破碎設(shè)備選型，因此在砂石料生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)前需要充分掌握待加工巖石特性。

1.3 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)工藝流程

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料首先需要對(duì)隧道圍巖類型、圍巖等級(jí)及分布情況等進(jìn)行分析，二是需要對(duì)洞渣產(chǎn)出量與砂石料需求量進(jìn)行分析，三是需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、分析比選碎石場(chǎng)場(chǎng)地設(shè)置，四是根據(jù)破碎比設(shè)計(jì)、比選生產(chǎn)工藝流程，五是針對(duì)工藝流程選擇破碎設(shè)備及輔助設(shè)備，六是進(jìn)行碎石場(chǎng)場(chǎng)地建設(shè)及設(shè)備安裝調(diào)試，建成后投入生產(chǎn)。

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)的一般工藝流程：①隧道洞渣運(yùn)輸至砂石料場(chǎng)原材料存放場(chǎng)地，裝渣設(shè)備裝料至料倉(cāng)；②洞渣原料經(jīng)料倉(cāng)由給料機(jī)送進(jìn)粗碎設(shè)備進(jìn)行粗碎，再由輸送機(jī)輸送至細(xì)碎設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步破碎；③細(xì)碎后由輸送機(jī)送進(jìn)篩分設(shè)備進(jìn)行篩分，篩分出的達(dá)標(biāo)的碎石及機(jī)制砂由輸送機(jī)送往成品料堆；④不達(dá)標(biāo)的部分由送機(jī)返料送到細(xì)碎設(shè)備進(jìn)行再次破碎，形成閉路多次循環(huán)。

2 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)設(shè)備及其選型

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料的生產(chǎn)設(shè)備選型主要考慮原材料特性、成品砂石料粒徑級(jí)配及粒形要求。首先，需要根據(jù)項(xiàng)目施工各級(jí)配砂石料需用量計(jì)算砂石料場(chǎng)的產(chǎn)能，根據(jù)產(chǎn)能需求、砂石料級(jí)配及粒形要求確定破碎設(shè)備及輔助設(shè)備的規(guī)格及配備數(shù)量。

2.1 粗碎設(shè)備

粗碎設(shè)備需要根據(jù)砂石料場(chǎng)的產(chǎn)能需求、隧道洞渣巖石的物理特性結(jié)合砂石料場(chǎng)場(chǎng)地條件及投資條件來(lái)選擇，常用的粗碎設(shè)備包含旋回破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)。旋回破碎機(jī)多用于處理能力>1 500 t/h的砂石料場(chǎng)，其特點(diǎn)是處理能力大、進(jìn)料粒度大、巖石適應(yīng)度高，但對(duì)場(chǎng)地要求高，一次性投資較高；顎式破碎機(jī)能適應(yīng)任何巖石的破碎，但其結(jié)構(gòu)決定了在破碎過(guò)程中的有空行程，處理能力相對(duì)較小，一般處理規(guī)模<1 500 t/h的中小型砂石場(chǎng)一次破碎選用顎式破碎機(jī)。顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資較少，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，在人工砂石料生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。但其出料粒形較差，破碎比較小，需配套細(xì)碎設(shè)備聯(lián)合加工。反擊式破碎機(jī)是利用沖擊能來(lái)破碎物料的設(shè)備，其破碎比較大，產(chǎn)品粒形好，設(shè)備投入較低，使用較廣泛。

2.2 細(xì)碎設(shè)備

常用的細(xì)碎設(shè)備有反擊式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)。反擊式破碎機(jī)對(duì)中等硬度以下的巖石破碎效果較好；巖石特性及破碎比的要求決定著圓錐破碎機(jī)的類別，液壓圓錐破碎機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的圓錐破碎機(jī)。如破碎硬巖且破碎比大，一般選用多缸液壓圓錐破碎機(jī)，可減少破碎段數(shù)，降低系統(tǒng)投資；破碎一般巖石，可選用單缸液壓圓錐破碎機(jī)。

2.3 制砂設(shè)備

常用的制砂設(shè)備有立式?jīng)_擊破碎機(jī)、輥磨機(jī)和棒磨機(jī)。立式?jīng)_擊破碎機(jī)利用高速離心產(chǎn)生的動(dòng)能，將物料拋出，得到能量的物料與反擊板或與物料之間的相互碰撞、摩擦和研磨，達(dá)到破碎石料的目的。其生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品粒形好，運(yùn)行成本低。但產(chǎn)出砂的細(xì)度模數(shù)級(jí)配不理想，需經(jīng)篩分后，再通過(guò)混合設(shè)備按照級(jí)配進(jìn)行混合，從而獲得滿足質(zhì)量要求的機(jī)制砂；高壓輥磨機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的可細(xì)碎、超細(xì)碎作業(yè)可控制細(xì)度模數(shù)的破碎設(shè)備。高壓輥磨機(jī)通過(guò)使物料在兩個(gè)滾壓的滾壓面之間受到壓力而粉碎。可用于解決機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)不足問(wèn)題，常用高壓輥磨機(jī)出料粒度為50%～70%<5 mm，可以很好的彌補(bǔ)立式?jīng)_擊破碎機(jī)級(jí)配不理想缺陷；棒磨機(jī)主要用于濕法生產(chǎn)，棒磨機(jī)出料粒形優(yōu)良，產(chǎn)品的細(xì)度模數(shù)容易調(diào)整，但生產(chǎn)效率低、噪聲大、運(yùn)行成本高，在成品砂質(zhì)量要求高的工藝中主要聯(lián)合立式?jīng)_擊破碎機(jī)和棒磨機(jī)聯(lián)合的制砂工藝，主要起調(diào)節(jié)作用。

2.4 輔助設(shè)備

人工砂石料生產(chǎn)中的輔助設(shè)備主要包含給料機(jī)、振動(dòng)篩、皮帶輸送機(jī)、洗砂(石)機(jī)等，在制砂過(guò)程中承擔(dān)著給料、分選、輸送、清洗等作用，與破碎、制砂設(shè)備等，根據(jù)產(chǎn)能需求、成品粒徑需求等組合構(gòu)成砂石料生產(chǎn)線。

給料機(jī)(又稱震動(dòng)喂料機(jī))在破碎生產(chǎn)線中的作用是為破碎機(jī)械連續(xù)均勻給料，還可對(duì)物料進(jìn)行粗篩分；振動(dòng)篩主要用于石料生產(chǎn)線、碎石生產(chǎn)線、砂石生產(chǎn)線中對(duì)石料的篩分工作，可通過(guò)配置不同孔徑篩網(wǎng)獲得相應(yīng)粒徑的砂石料；皮帶輸送機(jī)主要完成在砂石料生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行二次破碎的半成品及成品的輸送，洗砂機(jī)；洗砂(石)機(jī)的作用主要是對(duì)成品砂石料進(jìn)行清洗，清除成品砂石料中的泥土及其他雜質(zhì)，以使砂石料含泥量達(dá)到使用要求。

3 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)線

由喂料機(jī)、破碎機(jī)、振動(dòng)篩、制砂機(jī)、洗砂機(jī)、皮帶輸送機(jī)等幾大部分組成、配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成砂石料生產(chǎn)線是隧道洞渣自產(chǎn)砂石料采取的主要方式。常用的砂石料生產(chǎn)線可分為由固定式破碎篩分設(shè)備組成的固定式砂石料生產(chǎn)線和由移動(dòng)式破碎篩分設(shè)備組成的移動(dòng)式砂石料生產(chǎn)線，固定式砂石料生產(chǎn)線是將各類破碎篩分設(shè)備按照設(shè)計(jì)固定安裝于預(yù)先建設(shè)好的基礎(chǔ)上形成生產(chǎn)線，其特點(diǎn)是一次性投資較小、場(chǎng)地布局相對(duì)固定，適合于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的砂石料場(chǎng)；移動(dòng)式砂石料生產(chǎn)線是將各類破碎篩分設(shè)備安裝于可行走的平臺(tái)上，其特點(diǎn)是可以根據(jù)需求靈活配置破碎篩分設(shè)備，對(duì)場(chǎng)地要求相對(duì)較小，轉(zhuǎn)場(chǎng)再組裝相對(duì)方便，但設(shè)備一次性投資較大。

施工項(xiàng)目在洞渣技術(shù)指標(biāo)滿足自制砂石料要求的情況下，需根據(jù)整個(gè)項(xiàng)目砂石料需求總量及高峰期砂石料需求量設(shè)計(jì)并建設(shè)砂石料生產(chǎn)線。表1為中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路3標(biāo)項(xiàng)目砂石料生產(chǎn)線主要設(shè)備配置，鑒于目前移動(dòng)式砂石料生產(chǎn)線一次性投資過(guò)大，該項(xiàng)目選擇固定式砂石料生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能為250 t/h，為增加機(jī)制砂產(chǎn)量，在原設(shè)計(jì)砂石料生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上增加專用制砂生產(chǎn)線。

表1 中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路項(xiàng)目砂石料生產(chǎn)線設(shè)備配置

表1(續(xù)) 中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路項(xiàng)目砂石料生產(chǎn)線設(shè)備配置

4 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)性分析

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料成本投入主要包含設(shè)備投入成本、建設(shè)成本、加工成本等方面，其中建設(shè)成本主要包含征地、廠房及臨時(shí)住房建設(shè)費(fèi)，設(shè)備基礎(chǔ)土建及設(shè)備安裝調(diào)試費(fèi)；加工成本主要包含人工費(fèi)、電費(fèi)、設(shè)備燃料費(fèi)、設(shè)備維保費(fèi)等。表2以中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路項(xiàng)目砂石料場(chǎng)為例對(duì)隧道洞渣自產(chǎn)砂石料成本進(jìn)行了分析。

表2 中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路項(xiàng)目砂石料場(chǎng)成本分析表

表2(續(xù)) 中鐵十二局集團(tuán)張吉懷鐵路項(xiàng)目砂石料場(chǎng)成本分析表

從表2可以看出,隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)線自產(chǎn)碎石成本約53元/m3，自產(chǎn)機(jī)制砂成本約60元/m3。而目前，市場(chǎng)碎石價(jià)格約97元/t(按每方1.6t計(jì)算，核155元/m3)，機(jī)制砂價(jià)格約100元/t(按每方1.4t計(jì)算，核140元/m3)，天然砂價(jià)格約125元/t(按每方1.4t計(jì)算，核175元/m3)。隧道洞渣自產(chǎn)砂石料生產(chǎn)線成本不到市場(chǎng)供應(yīng)價(jià)格的50%，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

5 隧道洞渣自產(chǎn)砂石料成品質(zhì)量分析

質(zhì)量控制是隧道洞渣自產(chǎn)砂石料的關(guān)鍵，砂石料作為工程實(shí)體的原材料，其質(zhì)量關(guān)乎工程實(shí)體質(zhì)量，若質(zhì)量不達(dá)標(biāo)則無(wú)法用于工程施工。通過(guò)對(duì)張吉懷鐵路項(xiàng)目隧道洞渣自產(chǎn)砂石料場(chǎng)成品質(zhì)量檢測(cè)，證明在原材料技術(shù)參數(shù)滿足要求的情況下，機(jī)制砂石料質(zhì)量技術(shù)參數(shù)可以滿足質(zhì)量要求，用于工程實(shí)體。

6 結(jié)束語(yǔ)

隧道洞渣自產(chǎn)砂石料在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際施工過(guò)程中需結(jié)合隧道洞渣巖石力學(xué)、化學(xué)特性、工程項(xiàng)目對(duì)砂石料的技術(shù)參數(shù)要求、工程項(xiàng)目砂石料需求量、場(chǎng)地條件等，本著經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)保的原則，合理選擇砂石料生產(chǎn)設(shè)備，配備必要的污水處理、殘?jiān)幚淼仍O(shè)施，并在實(shí)際生產(chǎn)中不斷總結(jié)、優(yōu)化，爭(zhēng)取以最小的投入獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)保障工程質(zhì)量的前提下，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。