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探析南京盾构渣土资源化处理的路径

2021-08-06 472 上传者：管理员

摘要：伴随着南京地铁建设，每年产生数百万方盾构渣土亟待解决。文章从环境风险角度选取南京盾构渣土进行浸出和重金属含量测定，初步明确了盾构渣土的环境安全性。此外，提出了盾构渣土资源化利用的全流程技术路径，即以水洗作为切入口，将盾构渣土里粗细骨料、泥浆等不同材质分离，制备固化土、绿植土、湿拌砂浆、再生混凝土、盾构壁后注浆等最终产品，并充分利用压滤出的中水作为生产用水，形成盾构渣土的资源化利用系统。

关键词：
南京市
混凝土骨料
环境影响
盾构渣土
资源化
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随着我国城市建设的发展，地铁、穿江隧道逐渐增多，盾构渣土的产量逐年增加。以南京为例，十四五预计规划12条地铁，共172km。按隧道区6m直径估算，每公里开挖渣土约5万方，共计将产生344万方盾构土。

南京市主城区、郊区共有建设回填场地100余处，但工地回填对回填土质有要求。盾构土含水率高，呈流塑状，无法满足现有场地对土质的要求。目前盾构渣土主要在句容、镇江等市外相关土场处置，外运路线受限。这些渣土未经资源化利用而直接弃置，在城市建设中产生了诸多问题：（1）渣土中可利用资源的浪费；（2）项目建设成本的增加；（3）渣土车在市内运输对市容市貌、市内交通造成不良影响。

20世纪60年代，西方发达国家开始加大对建筑垃圾等废弃物的综合利用，其中也包含盾构土。例如奥地利科尔山盾构隧道施工过程中，将开挖出的骨料重新作为混凝土骨料在工程中应用[1]。在我国，长沙、深圳的盾构土资源化起步较早，目前以砂泥分离、泥浆浓缩脱水、砂石资源利用为主要工艺路径[2]。南京盾构渣土资源化利用起步晚，资源化过程的环境问题和资源化路径暂不明确，均成了亟待解决的问题。

1、南京地质情况

南京市位于长江中下游，属于宁镇扬丘陵分布较为集中的区域，是一个低山、丘陵岗地、平原交错的地貌综合体。南京市工程地质一般可以分为3类：漫滩相软土区；古河道（古湖泊）复杂区；丘岗、阶地硬土区[3]。其中漫滩相软土主要分布于河西及滨江地区，以淤泥质土、粉土、粉砂为主，部分含有腐殖质；古河道（古湖泊）复杂区主要以古秦淮等古河道为主，变化差异大，部分区域含有深厚淤泥土；丘岗、阶地硬土区主要分布于市区东北部，主要以可塑、硬塑黏土为主，含有大量的砂、砾。盾构渣土应根据盾构隧道出土区间及相应土质情况，做到不同土质区别处理，最大化地进行资源化处理。

2、盾构土环境影响分析

为减少刀头机械磨损、调整土仓内盾构土流动性，会在土仓内添加泡沫剂，改善盾构渣土的流动性。在市政项目推广盾构渣土资源化使用产品时，存在泡沫剂等添加剂的环境风险担忧。但是泡沫的半衰期一般为200～800s，即1h后泡沫剩余量仅剩下5%，感官上不会引起不适。为进一步探讨盾构土使用对周围环境的影响，选取南京某一地铁盾构渣土试样进行浸出及重金属试验。样品浸出试验采用纯净水，固液比为10∶1，水平震荡8h后，静置16h，过滤收集浸出液。重金属采用ICP-OES方法检测，pH采用玻璃电极法。

盾构土浸出溶液与市政污水二级排放标准对比如表1所示。所测的代表性基本参数均低于市政污水二级排放标准，该标准常用以表征污水处理厂出水可以排入GB3838—2002标准中地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域，说明盾构土遇水浸出的环境风险较低。

表2为所测盾构土样品的重金属含量，可以看出盾构土试样中常见重金属的含量均低于第一类建设用地土壤污染风险筛选值。在这种情况下，建设用地重金属的污染风险一般情况下可以忽略。综合盾构土浸出溶液和所含的重金属数据，说明盾构施工所增加的泡沫剂等材料并未明显对其环境安全性产生影响。除非隧道开挖断面本身受到污染，一般情况下可不用考虑盾构土的环境安全问题。

3、资源化处理路径探讨

盾构土资源化的前提是未曾污染。污染土应针对污染类型，进行相应固化稳定化处理或直接安全填埋，减少对环境的影响。如满足使用要求，则应“因地制宜，分类处置”。盾构机常穿越含砂石地层，砂石是盾构土经济价值最高的部分。水洗工艺可将渣土中的砂石筛出，尽可能提高砂、砾、石的回收比例。具体资源化路径如图1所示，该技术路径中，泥饼、中水、级配骨料、粉细砂料是最主要的中间产物，通过制备固化土、绿植土、湿拌砂浆、再生混凝土、盾构壁后注浆等最终产品，完成经济、技术可行的工艺路线闭环，避免废水、废渣外排。

3.1 泥饼资源化利用

泥浆压滤后的泥饼含水率一般在30%左右。因泥浆经过格栅处理，板框脱水后的泥饼无明显杂质，品质相对稳定，可对泥饼直接处置利用。但是泥饼与工程渣土并无本质区别，可将其作为土材料使用。杨成安等[4]将钻孔灌注桩泥浆脱水后的泥饼固化制备筑路材料，强度满足路基填筑的一般要求。而通过添加辅料和有机肥对脱水泥饼结构性进行改良，相应理化指标可达到绿植标准，绿植发芽率均可超过80%[5]。

3.2 骨料级产品应用

对于水洗出的骨料，可以按0～5mm和5～40mm粗分成细骨料和粗骨料两种规格。0～5mm细骨料可代替部分机制砂，作为盾构壁后注浆材料原料[6]或作为再生低标号混凝土骨料；水洗出的5～40mm骨料可代替部分级配骨料，制备再生混凝土。而大于的40mm的卵石、石块，通过机制砂制备系统，在水泥制品中代替部分砂。

3.3 粉细砂盾构土应用

骨料含量较低，以粉土、砂土为主的盾构渣土可以作为盾构壁后注浆原料。常见的壁后注浆材料由水泥、粉煤灰、砂、水、膨润土等组成，而粉土、砂土可以在一定程度上代替砂。福州地铁、南京纬三路盾构隧道产生渣土处置后作为壁后注浆材料，其稠度、流动度、凝结时间、强度等参数均可满足设计要求[6,7]，体现了良好的经济性。

3.4 淤泥质黏土处置

对于淤泥质黏土或有机土，理论上经过脱水、晾晒或加入固化材料，可以减量后资源化利用。实际上，含水量较高的淤泥质黏土的工程性能远低于一般工程渣土。南京市依旧处于高速建设期，在未来5～10年内，工程建设出土量远大于工程回填量。鉴于淤泥质黏土含水率高、处置成本高，建议通过板框等设备脱水后直接填埋或矿坑回填。

3.5 中水处置

丁威等[8]对比了中水和自来水作为砂浆和混凝土用水，发现两者对产品的各项指标均无明显差异。因此在本技术路径中，将净化后的中水作为建材（湿拌砂浆、再生混凝土、壁后注浆材料）的原料，既解决一部分生产用水问题，又避免了废水深度处理，例如额外建设湿地净化系统。

4、结语

(1）盾构渣土与工程渣土的主要区别是添加了泡沫剂、膨润土等添加剂，但是盾构渣土的浸出指标与重金属含量均低于环境规范要求，不存在环境风险。

(2）盾构渣土资源化过程应“因地制宜，分类处置”。含砂石的盾构渣土宜通过水洗筛分出砂石骨料；以粉细砂为主盾构渣土，可制作盾构壁后注浆材料；板框压榨净化处置后的中水，可作为建筑用水，减少或避免外排，达到整个工艺的物料平衡。

(3）对于南京这种处于高速建设期的城市，盾构渣土处置应本着能资源化尽量资源化的原则，对于处置成本过高的淤泥质黏土，建议脱水减量后直接填埋或矿坑回填。

参考文献:

[2]陈观连.地铁盾构渣土合理化处置探讨[J].中外建筑,2019(1):206-207.

[3]王道华.南京市区地基土的工程地质分区[J].山西建筑,2014(22):46-47.

[4]杨成安,傅利军,翁奇波.钻孔灌注桩基泥浆固化再利用的试验研究[J].山西建筑,2021(2):96-98.

[5]王福喜,刘劲驰,吴定桂,等.基于建筑泥浆脱水泥饼的基质配方对绿植生长发育的影响[J].江苏农业科学,2020(23).250-255.

[6]陈喜坤,朱伟,王睿,等.南京纬三路过江通道弃砂在壁后注浆材料中的利用[J.隧道建设,2015(11):1176-1181.