盾构渣土综合利用

XX 市轨道交通工程渣土资源化利用研究与示X工程二O三年四月目录1 来源及规模 12 主要的危害 23 处理现状 33.1 国外 33.2 国内 44 综合利用 44.1 空心砖 44.2 路基填料 54.3 注浆材料 64.4 用于夯扩桩 74.5 再生骨料 74.6 其它 85 渣土砖市场优势 86 前期工作 96.1 技术调研 96.2 签订框架协议错误!未定义书签6.3 各级科研立项错误!未定义书签。7 亟需解决的问题 128 社会效益和经济效益 138.1 节约土地 138.2 解决就业 148.3 节能环保 141 来源及规模建筑垃圾可分为土地开挖垃圾,道路开挖垃圾、旧建筑物撤除垃圾、建筑工地垃圾和 建材生产垃圾五类,主要由渣土、砂石块、废沥青混凝土块、废水泥混凝土块、砖瓦、碎 砖瓦块、废砂浆、废金属、废塑料、废竹木、废玻璃、废瓷片等组成。其中,土地开挖垃 圾,道路开挖垃圾和旧建筑物撤除垃圾的量最大。目前，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%一 40%。近年来随着我国城 市建立的飞速开展和城市居民住宅面积的提高，我国建筑渣土的产生量也随大幅度增 加。我国建筑渣土量平均以每年 10%的速度增长。我国目前处于建立的顶峰期,建筑垃圾的产量持续增加。2010 年,我国的建筑垃圾的 年产生量（含渣土）达 15.5 亿吨左右,且呈逐年上升的趋势。其中,近三年全国平均拆迁建筑 面积约 6 亿平米,约产生建筑垃圾 7.8 亿吨;按国家住房与城乡建立部规划,到2020 年我国 尚需要建立 300 亿平米住宅,平均每年建立面积为 20亿平米,约产生建筑垃圾 10 亿吨（含 渣土）,合计 17.8 亿吨,两组数据根本吻合。在所有的建筑垃圾中，渣土约占 10 亿吨左右，这是一个惊人的数字，随着城镇化 进程的不断推进，越来越多的城市已经或将开场地铁建立，产生的渣土量今后将不断地 提高。表 1 为我国目前主要城市已建地铁和规划要建地铁的概况。表1 全国地铁概况城市XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX合计已有里程41933013623617820048275032571713规划里程5618771606005856172701302102756014886城市XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX合计已有里程94002200000020136由表中的统计结果可知，全国规划中还要建立的地铁里程超过5000km，隧道区间 直径按 6m 计算，那么每公里地铁开挖将出土约5.7 万方，全国将出土2.8 亿方土，如果 全部采用弃土场堆积，将占用大量的土地资源。2 主要的危害1. 占用土地，降低土壤质量。随着城市建筑垃圾量的增加，土地被占用面积也逐渐 加大，大多数垃圾以露天堆放为主，经长期日晒雨淋后，垃圾中有害物质通过垃圾渗滤 进入土壤中，从而发生了一系列物理、化学、生物反响，或为植物根系吸收或被微生物 合成吸收，造成土壤的污染。2. 影响空气质量。建筑垃圾在堆放过程中，在温度、水分等作用下，有些有机物质 发生分解，产生有害气体；一些腐败的垃圾发出了恶臭气味，同时垃圾中的细菌、粉尘 飘散，影响环境质量；少量可燃建筑垃圾在燃烧过程中又会产生有毒的物质，造成了空 气污染。3. 对水域的影响。建筑垃圾在堆放和填埋过程中，因发酵和雨水的冲淋，以及用地 表水和地下水的浸泡而产生的渗滤液或淋滤液，会造成周围地表水和地下水的严重污 染。4. 破坏市容、恶化城市环境卫生。城市建筑垃圾占用空间大、堆放无序，甚至侵占 了城市的各个角落，恶化了城市环境卫生，与城市的美化与文明开展极不协调，影响了 城市的形象。5. 存在平安隐患。大多数城市对建筑垃圾堆放未制定有效合理的方案，从而产生不 同程度的平安隐患，比方建筑垃圾的崩塌现象时有发生，甚至有的会导致地表排水和泄 洪能力的降低。施工场地附近大量堆放的建筑垃圾，容易造成交通堵塞。3 处理现状3.1国外环顾全球，其他国家在开展过程中也都遇到过建筑垃圾带来的问题，其中一些国家 对建筑垃圾的管理政策有过很成功的尝试，他们的一些经历值得我们借鉴。德国是世界 上最早开展循环经济立法的国家。1955 年至今，德国的建筑垃圾再生工厂已加工约 115 0 万立方米再生骨料，并用这些再生骨料建造了 17.5 万套住房。同时，德国对未处理利 用的建筑垃及按每吨 500 欧元的标准征收处理费。据悉，世界上生产规模最大的建筑垃 圾处理厂就在德国，这个厂每小时可生产 1200 吨建筑垃圾再生材料。德国约有 200 家建 筑垃圾处理企业，年营业额达 20 亿欧元。美国每年有 1 亿吨废弃混凝土被加工成骨料 用于工程建立。通过这种方式实现了再利用，再生骨料占美国建筑骨料使用总量的 5%。 在美国，68%的再生骨料被用于道路根底建立，6%被用于搅拌混凝土，9%被用于搅拌 沥青混凝土，3%被用于边坡防护，7%被用于回填基坑，7%被用在其他地方。美国政府 1980 年制定的?超级基金法?从源头上限制了建筑垃圾的产生量，促使各企业自觉寻求建 筑垃圾资源化利用的途径。荷兰目前已有70%的建筑垃圾可以被循环再利用，但是荷兰 政府希望将这一比例增加到 90%。为此，他们制定了一系列法规，建立限制建筑垃圾倾 倒处理，强制再循环运行的质量控制制度。日本从20 世纪60 年代末就着手建筑垃圾的 管理并制定相应的法律、法规及政策措施，以促进建筑垃圾的转化和利用。1977 年，日 本政府制定了？再生骨料和再生混凝土使用规X?。1991年，日本政府又推出了？资源重新 利用促进法?。日本对建筑垃圾的主导方针是:尽量不从施工现场排出建筑垃圾，建筑垃 圾要尽可能重新利用，对于重新利用有困难的那么应适当予以处理。韩国政府在2003 年制定了?建立废弃物再生促进法?，明确了政府、排放者和建筑垃圾处理商的义务和对 建筑垃圾处理企业资本、规模、设施、设备、技术能力的要求。更重要的是，规定了建 立工程义务使用建筑垃圾再生产品的 X 围和数量，明确了未按规定使用建筑垃圾再生产 品将受到哪些处分。3.2国内建筑垃圾经过资源化处置,95%以上可成为工程建立的原材料并能应用在建立工程 中去。目前,我国已有少数地区在政府、企业和研究单位的共同努力下实现了建筑垃圾资 源化利用的途径,从管理模式到资源化处置和工程应用都取得了很好的经历和理想的效 果。比方:出台地方法规、采用特许经营方式等手段推动了建筑垃圾资源化利用的开展, 当地的建筑垃圾资源化利用率已到达 50%以上甚至 100%,利用建筑垃圾生产再生砖、无 机混合料、再生骨料混凝土等各种建材产品,应用在建筑工程上最长达 17 年以上的实践 考验,未发现问题。建筑垃圾完全可以作为一种城市矿产资源使用,节省大量的天然资源,保护环境,具有 显著的社会、环境和经济效益。但全国 X 围内,我国目前建筑垃圾的主要处置方式是填 埋与堆放,据不完全统计,实际建筑垃圾资源化利用率缺乏 1%,主要产品型式为再生砖等。 4 综合利用4.1空心砖为了实现最大限度地利用地铁渣土，结合“绿色地铁的建立理念，XX从2009年 开场轨道工程渣土综合利用工程的专题研究。“通过分析地铁渣土的性能、小型模拟试 验和权威检测，确定利用地铁废渣土为主要原料制作烧结制品是可行的。经过两年多 的研究和试点，XX已经摸索出一条可以推广的有效途径，通过5道工序、大约3天的 时间，地铁渣土就可变成新型墙材。呈稀泥状的地铁渣土运达后，先要进展碾碎，然后搅拌，再通过挤出机成型为砖块， 接着人工枯燥，最后进展 2 至 3 天的焙烧。这样 5 道工序全部完成大约需要 3 天时间， 一批合格的新型墙材烧结多孔砖就完成了。由地铁渣土制成的砖可用于房屋承重墙和非 承重墙的建立，目前已经有房产工程开场使用这种“地铁砖。利用地铁渣土制砖既解决了自然堆放渣土可能产生的污染环境、土地浪费等问题， 也有利于推广高品质的新型墙材，推动绿色建立。以木马机砖厂为例，按照年产 6000 万块标准地铁渣土砖烧结多孔砖的产能，每年 可消纳轨道工程废渣土 10 万立方米，以堆高 2 米计算，可节省渣土堆放场地 76 亩。多 孔砖比实心砖更节材环保，与原生产同等数量的粘土实心砖比拟，可实现节约土地 100 亩，节约能源 3845 吨标煤，减排二氧化碳 8841 吨。对于消纳废渣土生产新型墙材的企 业而言，还将获得一定政策和资金扶持作为鼓励。据透露，XX还方案出台相关鼓励政策来吸引更多企业积极主动参与渣土综合利用， 力争在 2013 年底在地铁工程周边建成不少于 4 家的渣土综合利用企业，形成年综合利 用轨道工程渣土规模达 50 万立方米，远期还方案新建两条年产 1.2 亿块标砖烧结自保温 墙材生产线。4.2路基填料随着经济的高速开展，城市道路及公路大量建立，发生越来越多的土石方工程量被 占用及大量土石方被用作填筑道路构造材料。XX 交通科研工程“建筑渣土填筑路基技术研究由 XX 省交通科研所和 XX 绕城 高速公路公司承当。工程组通过大量的室内、现场试验研究和数值分析，对XX绕城高 速公路西北段沿线建筑渣土的工程特性和路用性能进展深入分析，提出建筑渣土的综合 分类法，、基于分维值D指标的建筑渣土级配评价、建筑渣土检查方法和质量控制标准， 形成?建筑渣土填筑路基施工技术指南?。研究结果说明，建筑渣土可适用于 94 区以下路基填筑，不仅减少公路沿线拆迁建 筑渣土外运、处理和路基填筑用土的费用，也可节约砂土、砂石等自然资源，使渣土变 废为宝，节省了大量建立资金和土地资源，具有良好的经济、社会效益。4.3注浆材料XX长江隧道所穿越的地层主要为淤泥质黏土和高渗透性的粉细砂、砾砂地层。其 中后两者地层占总长度的 90 %以上。沿线地质条件表现为高透水性、流塑性、高外水 压力最大水头60 m。采用泥水盾构施工方法，直径到达14.87 m。在如此大直径 的盾构中开挖，对壁后注浆性质的要求将更高，例如良好的流动性和充填性能，以及较 低的泌水率和分层度，所需要的量也远远超过了一般的地铁盾构。沿线还有重要建筑物 长江大堤需要保护，需要严格控制地表沉降。为此，研究了开挖排放的粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用的问题。通过考虑地层 不均质性土砂比，研究了各种渣土情况下的浆液性质的变化。结果说明，盾构开挖 排放的粉细砂渣土能够满足盾构壁后注浆施工的要求，浆液配方应根据土砂比的变化， 快速作出调整，以保证浆液的性质不发生较大的变化。4.4用于夯扩桩利用建筑垃圾如平房改造下来的碎砖烂瓦、废钢渣、矿渣砖、碎石、石子等废物材 料为填料，采用特殊工艺和专利施工机具，形成夯扩超短异型桩，是针对软弱地基和松 散地基的一种地基加固处理新技术。近些年来，XX工专新兴科技效劳总公司开发成功一种“用建筑垃圾夯扩超短异型 桩施工技术，在综合利用建筑垃圾方面有了突破性进展。该项技术是采用旧房改造、 拆迁过程中产生的碎砖瓦、废钢渣、碎石等建筑垃圾为填料，经重锤夯扩形成扩大头的 钢筋混凝土短桩，并采用了配套的减隔振技术，具有扩大桩端面积和挤密地基的作用。 单桩竖向承载力设计值可达500700kN。经测算，该项技术较其他常用技术可节约根 底投资 20 %左右。4.5再生骨料建筑垃圾中的废混凝土块、废砖石、砂浆、渣土经破碎筛分和粉磨等一定的工序后 都是作为再生骨料的材料来源废混凝土块经破碎筛分得到粗骨料和细骨料，粗骨料可作 为碎石直接用于地基加固、道路和飞机跑道的垫层、室内地坪垫层；细骨料用于砌筑砂 浆和抹灰砂浆。再生骨料具有孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、压碎指标值高和巩固 性差的特点，导致再生混凝土工作性差、强度低、收缩大、碳化快、抗冻性能差和抗氯 离子渗透性差。以往的再生混凝土只能用于制备路基材料、混凝土小型空心砌块、花格 砖等低强度等级的低性能混凝土。为了提高再生混凝土的性能，拓宽再生混凝土的应用 领域，必须研发各种辅助添加剂和配比方法。4.6其它随着城市化进程的不断提速，建筑渣土成几何级速度增长，其资源化也成为时下一 个全新的课题。近年来，XX市北仑区积极探索建筑渣土资源综合利用管理模式，从拓 宽其可利用途径入手，不断创新建筑渣土资源化利用方式，为建筑渣土找到了“新出 路。北仑中心城区的“银泰天地建立工程，是该区目前建筑渣土产生量最大的一个工 地，出土量超过70万立方米，消纳场地的匮乏一度导致该工程施工进展缓慢通过该区 建筑渣土“电子地图，北仑区渣土部门及时得知通途路小港段两侧有绿化工程需要大 量绿化用土。通过网络平台进展信息对接，该区建筑渣土得到了有效的资源回用。海滩 围涂工程中需要大量建筑渣土，最近几年，北仑先后向梅山岛“七姓涂围涂工程消纳 渣土50余万立方米；向围涂工地调运建筑渣土60余万立方米，有效缓解了渣土消纳压 力。5 渣土砖市场优势我国人均耕地资源不到世界平均水平的 40%，但因城乡建房烧制粘土砖，一年竟要 损毁良田70万亩。据了解，到2003年，全国人均耕地资源只有1.43亩，其中30%的县、 市人均耕地面积已低于联合国规定的人均0.8亩的戒备线。然而，由于种种原因，我国 目前仍是世界上少数几个以实心粘土砖作为主要墙体材料的国家之一。在我国，墙体材料约占整个房屋建筑材料的 70%，其中粘土砖在墙材中仍居主导地 位，生产实心粘土砖所需的粘土资源更属可耕地中较优质的粘土，因此，其对土地资源 的破坏可见一斑。据统计，目前全国尚有砖瓦企业9万多家，占地超过500 万多亩，每 年生产的粘土砖约 6000 多亿块，耗用粘土资源 13 亿立方米，按平均挖土深 3 米折算， 相当于每年毁田约 70 万亩。2012 年 9 月 26 日国家开展和改革委员会宣布，为深入推进墙体材料革新，节约能 源资源，有效保护耕地和环境，推动资源综合利用，促进节能减排目标任务的实现，我 国将在“十二五期间在XX等数百个城市和相关县城逐步限制使用粘土制品或禁用实 心粘土砖。意见指出，到2015 年，全国 30%以上的城市实现“限粘、50%以上县城实现“禁 实，有序推进乡镇、农村“禁实工作。意见明确，将分两批公布“限粘城市、“禁 实县城，并将“城市限粘、县城禁实工作纳入“十二五省级人民政府节能目标考 核。第一批“限粘城市、“禁实县城于 2013 年底前完成任务。尽快开发地铁渣土砖，不仅能在“限粘之后迅速地占领市场，还能有效的降低对 土地资源的破坏，社会效益和经济效益十分显著。6 前期工作为探寻适合XX市市情的建筑垃圾综合利用途径，将建筑垃圾资源化利用推向更多 领域、更深层次，确保XX建立实现循环经济和可持续开展，并拓展企业业务，推进企 业转型，我们开展了大量的前期工作。6.1技术调研为了对XX地区地铁渣土烧制空心砖从技术层面进展可行性，公司对在建1号线的 地铁区间和车站的情况进展了大量的调研，该地区主要地质的组成如下表所示：表 2 隧道围岩分级修正表岩土层 序号岩性名称岩性特征开挖后 稳定状态地下水 状态分级围岩根本 分级修正后 围岩分级粉质粘土填土松散-稍密易坍塌n1杂填土松散易坍塌n粘土硬塑自稳能力差nV1粉质粘土硬塑自稳能力差nV2粉土密实易坍塌m3粉细砂中密易坍塌m3粉细砂密实易坍塌m1强风化泥质砂岩mV2中风化泥质砂岩nIVV强风化泥质砂岩mV出2中风化泥质砂岩nVV对于以上的地层，可以分为三类：1. 可直接烧制对于粘土和粉质粘土，进展脱水之后，可以通过添加页岩，煤矸石等粉料直接烧制 粘土砖。2. 通过配比实验烧制 对于粉土，或含少量粉砂的粘土，可通过添加其它材料，进展配比实验，烧制空心 环保砖。3. 不适宜烧制对于淤泥，粉细砂及砂岩等不适宜用来造砖的材料，可以考虑用作绿化用土，景观 用土，路基填料等等。下面选取 1 号线 XX 站大东门站标段的四站三区间开挖土体的成份进展分析：表3地质情况与统计结果区段XX站合凤区间凤阳路站凤明区间明光路站明大区间大东门站地质情况粘土为主， 少量杂填 土与淤泥 质粉质粘粘土为主， 含少量粉 质粘土以粘土和 粉质粘土 为主，含局 部杂填土 和少量粉 细砂成份复杂， 含粉土、粉 质粘土、粉细砂以粉土为 主，含少量 咋填土、粉 质粘土和 粉细砂以粉土和 粉质粘土 为主，含局 部强风化 泥质砂岩成份复杂， 含大量粉土、粉细砂及强风化 泥质砂岩地下水情况说明除杂填土 之外，大局部都含水一半含水，一半不含 水除杂填土 之外，大局 部含水都在地下水位以下除杂填土 之外，大局 部含水都在地下水位以下除杂填土 之外，大局 部含水是否适宜 做渣土砖 通过统计结果说明，XX地区地铁渣土成份存在一定的差异，有些渣土经脱水后可 以直接用来烧制粘土砖，有些渣土要进过分拣和配比实验方可用作烧砖材料，有些渣土 成份比拟复杂，且含大量不宜烧制砖块的成份，应考虑其他用途。在工程启动后，必须针对地铁各个标段地质的实际情况，并根据其工程进度（不同 阶段出土成份不一致），有选择性地对渣土进展处理，从而最大限度地提高渣土的处置 效率，降低运营本钱。7 亟需解决的问题目前在国内投资开发建筑废弃物利用工程，既是机遇也是挑战，需要做好充分的准 备，只有建立一定的环境，工程才可以运行。1. 加大建筑渣土资源化科研工作扶持力度科研工作是建筑渣土资源化的根底，没有适宜的技术方案，建筑渣土的资源化就无 从谈起。所以，要加大对建筑渣土资源化利用进展技术开发企业的扶持投入力度，重点 支持研发成果的产业化转化。2. 建议政府出台相关方法，保证供、销渣土综合利用必须由政府发文件强制推行，研发企业采取特许经营权模式，进展渣 土统一再生、利用，这样才能保证企业的长期生存和开展。企业按照相关的标准处置建 筑废弃物，但是生产的产品必须大局部能被政府建立工程使用消化，非政府投资的商业 建立工程也要优先使用本城市生产的再生产品。渣土供给可以采取特许经营方式或由轨道公司和我公司组建合资公司，由我公司统 一组织脱水运输，脱水及运输费用可经审计局、轨道公司、重点局等途径确定。资源化产品可以要求建筑设计部门在设计环节优先采用建筑垃圾新型建材，在保证 建筑质量和相关要求的前提下，任何部门、单位不得以任何理由拒绝采用建筑垃圾新型 建材；各级财政、市政建立部门在城市公用设施和公共建筑的建立过程中，优先采用建 筑垃圾新型建材，可以规定凡在XX招标投标中心招标的工程，对能使用建筑垃圾新型 建材的，如研发企业能生产的，由招标人直接采购供给。3. 建议政府优先土地供给政策为保证建筑垃圾资源化利用工程产业化的快速推进，政府有关部门必须尽快配套相 关政策，优先落实处理厂土地供给问题。我们初步打算建成1家占地面积500亩以上的环保再生示X基地，进展XX轨道交 通工程渣土资源化利用工程研究与示 X。土地供给方面可以考虑政府以土地出资控股，企业以科技投入、科研成果和资金参 股的经营模式。4. 尽快制定相应的政策、法规建筑垃圾资源化工作是一项政府行为，建议有关部门根据XX市的具体情况尽快制 定出一套从建筑渣土的产生、收集、清运到分类、利用的相关法规和优惠政策，来引导 和约束建筑企业行为，也让建筑渣土资源化工作有法可依、有章可循。总之，创新资源化利用建筑渣土的思路、技术和政策，提高我市建筑渣土的资源化 利用水平是未来渣土资源化利用的长久主攻方向。作为我市的环保科技型央企，我们有 自己的企业研发中心、博士后流开工作站和长期合作的高等院校，我们有责任、有义务 为建立美丽 XX 尽自己的一份力量。8 社会效益和经济效益8.1节约土地以正在建立的地铁1 号线、2号线为例，初略估算两条地铁线的总渣土量共达约42 0 万立方米。如果采取传统的堆放处理方式，按照平均堆高 2 米计算，这两条线的渣土 需要占据约 3000 亩土地进展堆放。另外，根据XX市上报国家发改委的?XX轨道交通建立规划(2012-2018)?,未来6年， 在目前已开建的1号线、2号线一期的根底上，XX方案再新建约181.1公里的轨道交通 线网。随着轨道交通工程建立步伐的加快和规模的扩大，建立过程中产生的渣土数量将 逐年巨幅增长。8.2解决就业以 XX 省某渣土空心砖 XX 为例，建立一个年产 1 万吨的渣土空心砖生产基地，实现年销售收入 1.8 亿元，年上缴税金 2271 万元，年实现利润总额3562 万元，经济效益可观，社会效益明显，可以增加当地财政收入，增加就业岗位，解决当地劳动力145 人。8.3节能环保渣土如假设随意外运堆放，不仅需要占据更多珍贵的土地资源，更会严重破坏城市环境、污染道路 影响周边居民生活，而且擅自堆放犹如人工沼泽的盾构泥浆，还将产生严重的平安隐患。此外弃土 场等建筑垃圾在风的作用下形成扬尘，极大地污染大气，严重的甚至引发雾霭天气。所以，解决渣 土资源化利用，对于减少占地、防止环境污染、建立美好城市、建立资源节约型社会都具有十分重 要意义。