任 毅

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032)

0 引 言

近年来，国家及地方政府铁路、公路、水利水电、市政等基础设施建设持续升温,但是同时国家对山、河、湖、海等自然资源的保护力度也在不断加大，这导致施工生产用砂石料资源极度紧张，砂石料供应已经成为制约施工生产的重要因素之一。利用隧道洞渣自产砂石料，一是可以缓解砂石料供应紧张的问题，二是可以实现砂石料质量的自我管控，三是可以有效降低工程材料成本，四是减少了弃渣场地的占用，减少对环境的污染。

1 隧道洞渣自产砂石料工艺原理及流程

1.1 隧道洞渣自产砂石料工艺原理

利用施工隧道开挖出的洞渣，经破碎、筛分等工艺流程，生产出符合施工工艺及质量要求的砂石料，用于工程主体原材料。

1.2 隧道洞渣自产砂石料工艺确定的主要因素和原则

隧道洞渣自产砂石料生产工艺需考虑岩石岩性、破碎比、生产规模、产品粒形要求、破碎设备性能等方面因素，工艺流程设计要考虑其可靠性、经济性、先进性。砂石料生产加工的原则是以最简单的加工环节获得质量达标的成品。

破碎比是破碎原料粒度对出料成品粒度的比值，破碎比直接决定着破碎工艺的复杂程度，原材料粒度越大、成品粒度越细，破碎工艺越复杂；隧道洞渣自产砂石料必须通过技术方案必选、经济效益分析比较后选择最优的生产工艺及设备配置；对粒形有较高要求的情况，在破碎比达标的同时还需考虑产品粒型要求，在设备配置及流程设计中应结合岩石岩性及设备性能考虑；破碎设备的性能直接影响着破碎流程和产品粒度组成，在砂石料生产工艺确定前应做好充分的研究，选择经济合理的设备；岩石内部物理结构和力学性能也直接影响破碎工艺流程和破碎设备选型，因此在砂石料生产工艺设计前需要充分掌握待加工岩石特性。

1.3 隧道洞渣自产砂石料生产工艺流程

隧道洞渣自产砂石料首先需要对隧道围岩类型、围岩等级及分布情况等进行分析，二是需要对洞渣产出量与砂石料需求量进行分析，三是需要进行现场勘查、分析比选碎石场场地设置，四是根据破碎比设计、比选生产工艺流程，五是针对工艺流程选择破碎设备及辅助设备，六是进行碎石场场地建设及设备安装调试，建成后投入生产。

隧道洞渣自产砂石料生产的一般工艺流程：①隧道洞渣运输至砂石料场原材料存放场地，装渣设备装料至料仓；②洞渣原料经料仓由给料机送进粗碎设备进行粗碎，再由输送机输送至细碎设备进行进一步破碎；③细碎后由输送机送进筛分设备进行筛分，筛分出的达标的碎石及机制砂由输送机送往成品料堆；④不达标的部分由送机返料送到细碎设备进行再次破碎，形成闭路多次循环。

2 隧道洞渣自产砂石料生产设备及其选型

隧道洞渣自产砂石料的生产设备选型主要考虑原材料特性、成品砂石料粒径级配及粒形要求。首先，需要根据项目施工各级配砂石料需用量计算砂石料场的产能，根据产能需求、砂石料级配及粒形要求确定破碎设备及辅助设备的规格及配备数量。

2.1 粗碎设备

粗碎设备需要根据砂石料场的产能需求、隧道洞渣岩石的物理特性结合砂石料场场地条件及投资条件来选择，常用的粗碎设备包含旋回破碎机、颚式破碎机和反击式破碎机。旋回破碎机多用于处理能力>1 500 t/h的砂石料场，其特点是处理能力大、进料粒度大、岩石适应度高，但对场地要求高，一次性投资较高；颚式破碎机能适应任何岩石的破碎，但其结构决定了在破碎过程中的有空行程，处理能力相对较小，一般处理规模<1 500 t/h的中小型砂石场一次破碎选用颚式破碎机。颚式破碎机的结构简单，投资较少，便于现场维护，在人工砂石料生产中应用最为广泛。但其出料粒形较差，破碎比较小，需配套细碎设备联合加工。反击式破碎机是利用冲击能来破碎物料的设备，其破碎比较大，产品粒形好，设备投入较低，使用较广泛。

2.2 细碎设备

常用的细碎设备有反击式破碎机和圆锥破碎机。反击式破碎机对中等硬度以下的岩石破碎效果较好；岩石特性及破碎比的要求决定着圆锥破碎机的类别，液压圆锥破碎机是目前应用最广泛的圆锥破碎机。如破碎硬岩且破碎比大，一般选用多缸液压圆锥破碎机，可减少破碎段数，降低系统投资；破碎一般岩石，可选用单缸液压圆锥破碎机。

2.3 制砂设备

常用的制砂设备有立式冲击破碎机、辊磨机和棒磨机。立式冲击破碎机利用高速离心产生的动能，将物料抛出，得到能量的物料与反击板或与物料之间的相互碰撞、摩擦和研磨，达到破碎石料的目的。其生产效率高，产品粒形好，运行成本低。但产出砂的细度模数级配不理想，需经筛分后，再通过混合设备按照级配进行混合，从而获得满足质量要求的机制砂；高压辊磨机是一种结构简单、性能可靠的可细碎、超细碎作业可控制细度模数的破碎设备。高压辊磨机通过使物料在两个滚压的滚压面之间受到压力而粉碎。可用于解决机制砂细度模数不足问题，常用高压辊磨机出料粒度为50%～70%<5 mm，可以很好的弥补立式冲击破碎机级配不理想缺陷；棒磨机主要用于湿法生产，棒磨机出料粒形优良，产品的细度模数容易调整，但生产效率低、噪声大、运行成本高，在成品砂质量要求高的工艺中主要联合立式冲击破碎机和棒磨机联合的制砂工艺，主要起调节作用。

2.4 辅助设备

人工砂石料生产中的辅助设备主要包含给料机、振动筛、皮带输送机、洗砂(石)机等，在制砂过程中承担着给料、分选、输送、清洗等作用，与破碎、制砂设备等，根据产能需求、成品粒径需求等组合构成砂石料生产线。

给料机(又称震动喂料机)在破碎生产线中的作用是为破碎机械连续均匀给料，还可对物料进行粗筛分；振动筛主要用于石料生产线、碎石生产线、砂石生产线中对石料的筛分工作，可通过配置不同孔径筛网获得相应粒径的砂石料；皮带输送机主要完成在砂石料生产过程中需要进行二次破碎的半成品及成品的输送，洗砂机；洗砂(石)机的作用主要是对成品砂石料进行清洗，清除成品砂石料中的泥土及其他杂质，以使砂石料含泥量达到使用要求。

3 隧道洞渣自产砂石料生产线

由喂料机、破碎机、振动筛、制砂机、洗砂机、皮带输送机等几大部分组成、配备自动化控制系统构成砂石料生产线是隧道洞渣自产砂石料采取的主要方式。常用的砂石料生产线可分为由固定式破碎筛分设备组成的固定式砂石料生产线和由移动式破碎筛分设备组成的移动式砂石料生产线，固定式砂石料生产线是将各类破碎筛分设备按照设计固定安装于预先建设好的基础上形成生产线，其特点是一次性投资较小、场地布局相对固定，适合于运行时间较长的砂石料场；移动式砂石料生产线是将各类破碎筛分设备安装于可行走的平台上，其特点是可以根据需求灵活配置破碎筛分设备，对场地要求相对较小，转场再组装相对方便，但设备一次性投资较大。

施工项目在洞渣技术指标满足自制砂石料要求的情况下，需根据整个项目砂石料需求总量及高峰期砂石料需求量设计并建设砂石料生产线。表1为中铁十二局集团张吉怀铁路3标项目砂石料生产线主要设备配置，鉴于目前移动式砂石料生产线一次性投资过大，该项目选择固定式砂石料生产线，该生产线设计产能为250 t/h，为增加机制砂产量，在原设计砂石料生产线的基础上增加专用制砂生产线。

表1 中铁十二局集团张吉怀铁路项目砂石料生产线设备配置

表1(续) 中铁十二局集团张吉怀铁路项目砂石料生产线设备配置

4 隧道洞渣自产砂石料生产线经济性分析

隧道洞渣自产砂石料成本投入主要包含设备投入成本、建设成本、加工成本等方面，其中建设成本主要包含征地、厂房及临时住房建设费，设备基础土建及设备安装调试费；加工成本主要包含人工费、电费、设备燃料费、设备维保费等。表2以中铁十二局集团张吉怀铁路项目砂石料场为例对隧道洞渣自产砂石料成本进行了分析。

表2 中铁十二局集团张吉怀铁路项目砂石料场成本分析表

表2(续) 中铁十二局集团张吉怀铁路项目砂石料场成本分析表

从表2可以看出,隧道洞渣自产砂石料生产线自产碎石成本约53元/m3，自产机制砂成本约60元/m3。而目前，市场碎石价格约97元/t(按每方1.6t计算，核155元/m3)，机制砂价格约100元/t(按每方1.4t计算，核140元/m3)，天然砂价格约125元/t(按每方1.4t计算，核175元/m3)。隧道洞渣自产砂石料生产线成本不到市场供应价格的50%，其经济效益相当可观。

5 隧道洞渣自产砂石料成品质量分析

质量控制是隧道洞渣自产砂石料的关键，砂石料作为工程实体的原材料，其质量关乎工程实体质量，若质量不达标则无法用于工程施工。通过对张吉怀铁路项目隧道洞渣自产砂石料场成品质量检测，证明在原材料技术参数满足要求的情况下，机制砂石料质量技术参数可以满足质量要求，用于工程实体。

6 结束语

隧道洞渣自产砂石料在经济、环保方面有着明显的优势，但在实际施工过程中需结合隧道洞渣岩石力学、化学特性、工程项目对砂石料的技术参数要求、工程项目砂石料需求量、场地条件等，本着经济合理、安全环保的原则，合理选择砂石料生产设备，配备必要的污水处理、残渣处理等设施，并在实际生产中不断总结、优化，争取以最小的投入获得质量合格的产品，以实现保障工程质量的前提下，获得良好的经济效益。