長三角黏土地層軌道交通渣土資源化再利用關鍵技術研究

摘要：結合目前國內軌道交通渣土資源化再利用的應用現狀，對長三角黏土地層渣土資源化再利用關鍵技術及應用研究提出了解決思路。預期將優化長三角地區地鐵渣土處理方式，為節約項目建設投資成本帶來可觀的經濟效益；這一研究不僅對當前的軌道交通建設具有指導意義，對未來的城市發展和資源利用模式也具有重要的參考價值。同時可以為國內其它相關工程提供借鑒經驗。

關鍵詞：軌道交通黏土地層渣土資源化再利用高效脫水固化

ResearchonKeyTechnologiesofResourceRecyclingandReuseofRailTransitSlaginClayStratumofYangtzeRiverDelta

YUANDannaZHANGPengSHENFangWANGFengbo

JinkenCollegeofTechnology，NanjingCity，JiangsuProvince，211156China

Abstract：CombinedwiththecurrentapplicationstatusofresourcerecyclingandreuseofrailtransitslaginChina，thispaperproposessolutionsforthekeytechnologiesandapplicationresearchofresourcerecyclingandreuseofclaystratumslagintheYangtzeRiverDeltaregion.ItisexpectedtooptimizethedisposalmethodsofsubwayslagintheYangtzeRiverDeltaregion，andbringconsiderableeconomicbenefitstosavingtheinvestmentcostofprojectconstruction.Thisresearchnotonlyhasguidingsignificanceforthecurrentrailtransitconstruction，butalsohasimportantreferencevalueforfutureurbandevelopmentandresourceutilizationmodels.Atthesametime，itcanprovideexperienceforreferencetootherrelatedprojectsinChina.

KeyWords：Railtransit;Claystrata;Slag;Resourcerecyclingandreuse;Efficientdehydration;Solidification

地鐵在修建過程中會產生地鐵基坑渣土，同時地鐵隧道盾構在掘進過程中產生的盾構渣土也已逐漸成為城市固體廢棄物的主要來源，我國每年盾構渣土量在1.19×108t以上。盾構渣土中由于泡沫劑的存在，使得盾構渣土處理起來極易產生環境污染，造成資源浪費。如何合理、有效、環保地處理利用地鐵廢棄渣土已成為我國城市進一步文明發展迫切需求。

近年來我國積極促進清潔生產，大力推廣廢棄材料的再生和綜合利用，《固體廢物污染環境防治法》規定對固體廢物如地鐵渣土等的防治應堅持減量化、資源化和無害化的原則，十四五期間地鐵建設過程產生的廢棄渣土的低碳處理成為了政府節能減排的工作重點之一。目前我國地鐵渣土尤其是盾構渣土的資源化再利用技術及裝備研究卻相對滯后，相關行業標準不完善，渣土再利用率低，處理方式仍以無序堆放、填埋為主[1]，但這種處理方式會占用大量土地。而且盾構渣土如未做處理直接堆填容易引發次生危害，并對水土環境造成污染。

綜上所述，為了踐行習近平新時代中國特色社會主義的創新、協調、綠色、開放、共享發展理念，本文總結了目前國內軌道交通渣土資源化再利用的應用現狀，并對長三角黏土地層渣土資源化再利用關鍵技術及應用研究提出了解決思路。

1國內研究現狀和發展趨勢

1.地鐵渣土性能評價及處理選型技術

土的工程分類特性指標主要有顆粒級配、液塑限和有機質含量。這三類指標雖然適用于盾構渣土，但顯然無法完整表征含改良劑的盾構渣土性能，也無法給盾構渣土提供預處理選型依據。同時針對不同改良劑處理后盾構渣土尚缺乏一套行之有效的性能指標及精細化分類方法，尚缺乏針對盾構渣土再利用碳排放評價方法，針對不同性質的盾構渣土最優的低碳預處理形式仍不明確。

1.2地鐵渣土低碳高效脫水及裝備選型技術

渣土脫水作為地鐵基坑與盾構渣土減量化和無害化處理及資源化再利用的關鍵環節，脫水過程決定了盾構渣土處置的效率與成本。目前國內外的渣土脫水技術及設備一般有蒸發脫水、機械脫水、化學脫水、滲流脫水以及聯合脫水方法[2]，在黏土顆粒含量較低的情況下，簡易的脫水方法就能達到快速脫水的效果，但黏土顆粒含量較高時，顆粒表面的結合水難以快速脫除，因此需要較為復雜的脫水技術[3]。

目前對于地鐵基坑與盾構黏土渣土的脫水技術還缺乏較為系統完善的研究，需要結合各類方法調查研究出一套低碳高效經濟的渣土脫水及裝備選型技術。

1.3地鐵渣土低碳固化材料及應用技術

當前盾構施工現場對盾構隧道廢棄渣土絕大多數還是使用水泥、石灰進行固化，但水泥生產過程存在資源與能源消耗大、CO2排放量大和環境污染嚴重等問題。因此，很有必要研究出一種新型低碳固化材料代替水泥對盾構渣土進行固化并進行推廣。

目前有關泡沫等改良劑對于渣土固化影響的研究還很少，對于新型環保固化材料研究也還在起步階段，針對盾構渣土固化體強度演化機理和預測模型也缺乏系統研究。因此，很有必要針對長三角黏土地層形成一套地鐵渣土低碳固化材料及應用技術，以更好實現渣土資源化再利用。

1.4地鐵渣土資源化再利用技術

地鐵渣土具有作為免燒實（空）心磚、盾構壁后注漿材料、植被復墾材料與工程填筑材料的潛質，但目前我國針對地鐵渣土的利用率較低，渣土改良劑、脫水、固化劑對免燒實（空）心磚、盾構壁后注漿、植被復墾、回填土等材料各項性能的影響規律尚未揭示。因此，有必要研究黏土地層地鐵渣土資源化再利用技術。

2國內競爭情況及產業化前景

隨著城市軌道交通等建設高潮的來襲，大量盾構廢棄渣土的粗放填埋、堆積顯然與國家積極推進落實建筑垃圾源頭減量和資源化再利用的相關政策背道而馳。目前，我國已有規范對各級渣土的分類再利用方式進行了規定，例如《湖南省盾構渣土處理技術標準》提出了分離、脫水預處理后渣土的再利用形式及相關再生產品性能需滿足的規范要求。盾構渣土環保處置與再利用技術取決于渣土的性質，渣土性質又取決于技術選擇和地質條件，針對不同改良劑處理后盾構渣土的性能指標評價及精細化分類是當下亟需解決的首要問題。本項目針對此進行研究將具有十分客觀的應用前景，大大提升地鐵廢棄渣土的回收利用率。

盾構渣土的脫水、分離及固化是進行渣土再利用的關鍵環節。從市場調研情況來看，目前國內外地鐵盾構渣土所采用的脫水技術種類繁多，各種方法均存在不同的適用性與局限性，尤其對于黏性土來說尋求一種高效的脫水方式將十分有利于對渣土進行回收再利用，本項目提出一種物理脫水與化學脫水高效結合的聯合脫水技術，形成一套低碳經濟高效的脫水裝備選型技術，將具有十分廣闊的應用前景。

研發新的固化劑是目前的熱點問題。相較于傳統硅酸鹽水泥、石灰等，地聚物具有生產成本低、能耗低、CO2排放量少等優勢，是一種極具潛力的新型環保膠凝材料，也因此受到了許多專家、學者的青睞。未來產業化前景也將十分客觀。

盾構廢棄渣土脫水、固化的最終落腳點是進行渣土再利用。目前行業內關于盾構渣土低碳再生的典型應用主要有：盾構施工輔助材料、再生建筑材料、植被復墾材料、工程填筑材料等[4]。各種資源化再利用途徑跟地鐵基坑及隧道工程所處地層關系緊密，研發長三角黏土地層地鐵渣土資源化再利用及裝備配套技術對解決長三角地鐵渣土處理難題具有重要意義。

3長三角地區渣土再利用技術研究方向

3.1長三角地鐵渣土特性及處理選型技術

通過梳理長三角地區地鐵穿越地層參數資料，提出一套考慮渣土級配、液塑限、流動性等影響的適用于長三角地區地鐵基坑及盾構渣土性能評價指標，形成渣土精細化分類方法；研究渣土預處理碳排放的量化評價方法，建立長三角地區地鐵基坑及盾構渣土不同預處理方式的碳排放量化模型；以渣土性能指標精細化分類以及預處理碳排放定量評價為基礎，形成長三角地區黏土地層地鐵施工廢棄渣土低碳預處理選型技術。

3.2長三角地鐵渣土脫水及配套技術

研究黏土地層基坑與盾構渣土脫水方法，收集現場地層與渣土參數資料，研究物理（壓濾、烘干）脫水及化學脫水等各類方法對渣土脫水效率的影響規律；根據比選的基本脫水方案，針對現有的各類脫水設備結合實際工程狀況進行選型，包括振動篩、壓濾機、洗砂機、旋流器、轉筒烘干機等設備的各項技術參數進行合理設置，研究優選方案中外加劑類型、配比等對渣土脫水效率的影響規律，揭示外加劑與渣土相互作用的脫水細觀機理，提出黏性地層地鐵渣土脫水外加劑選型及配比方案；以脫水設備、外加劑的各項技術參數對脫水效率的影響規律結果為基礎，基于渣土典型資源化再利用目標，形成長三角黏土地層基坑與盾構渣土低碳高效成套脫水系統的材料與裝備選型技術。

3.3長三角地鐵渣土低碳固化材料及應用技術

以工后渣土抗壓強度等為控制目標，研發基坑與盾構渣土低碳固化劑材料[5]；研究固化改良渣土強度等指標隨含水率、泡沫注入比、低碳固化劑摻量和齡期等的演化規律，揭示固化過程中渣土顆粒—水—改良劑—固化劑的相互作用機理；形成長三角黏土地層基坑與盾構渣土固化及養護流程，形成盾構渣土固化體低碳強度再生技術[6]。

3.4長三角地鐵渣土資源化再利用及配套技術

基于生命周期理論，對地鐵渣土資源化再利用全過程的碳排放進行量化，尋找合理有效的減排措施，建立長三角黏土地層地鐵工后渣土典型資源化再利用的碳排放評價體系；建立渣土低碳資源化再利用選型分析模型，形成相應的評價體系，為渣土匹配最優的資源化低碳再利用方式選擇提供依據；基于均勻試驗的思想，設計并進行基于地鐵渣土免燒實（空）心磚制作和各項性能試驗，基于多目標規劃的優化理論，進行地鐵渣土免燒實（空）心磚配比最優化設計；從物理、力學經濟性等角度出發，綜合07eM2wAMugkNNoBHx3VZ8w==分析地鐵渣土制備壁后注漿材料的可行性，對漿液的水膠比、粉灰比、砂膠比、泥漿相對體積質量等因素進行單因素影響分析，結合市場效益目_{gQk9DJ3KxQMdyerkQvDSTQ==}標進行多目標的配比優化。

4結論

通過形成一系列技術研究成果，優化現場渣土處理工藝，為長三角地區地鐵渣土處理提供技術支撐，將帶來地鐵渣土處置費用的極大節約。預期將優化長三角地區地鐵渣土處理方式，為項目建設投資成本節約帶來可觀的經濟效益；同時可為國內其相關工程提供借鑒經驗，社會效益顯著。

參考文獻

[1]朱偉，錢勇進，王璐，魏斌，陸凱君，方忠強，孟立夫等.盾構隧道渣土與泥漿的分類與處理利用技術及主要問題[J].隧道建設（中英文），2021，41（S2）：1-13.

[2]謝亦朋，張聰，陽軍生，傅金陽，肖超，占永杰等.盾構隧道渣土資源化再利用技術研究及展望[J].隧道建設（中英文），2022，42（2）：188-207.

[3]程麗敏.市政軌道交通盾構渣土處理減量化再利用技術[J].建筑安全，2023，38（9）：14-16.

[4]張書經，陽棟，譚立新，李水生，丁燕懷，羅正東，許福.盾構渣土的含水率特征及脫水技術研究[J].中國水土保持，2019（8）：37-42.

[5]張軍輝，李海，楊豪，王華磊，韓善鵬等.盾構渣土資源化再利用技術研究綜述[J].中中外公路.2022，42（6）：1-11.

[6]徐俊.粉土地層盾構渣土同步注漿再利用研究[D].長沙：湖南大學，2020.