天山勝利隧道棄渣綜合利用探討

［關鍵詞］ 棄渣；性能分析；綜合利用；天山勝利隧道

［摘 要］ 以天山勝利隧道作為研究對象，探討了隧道棄渣在工程建設中的綜合利用，結果表明：①天山勝利隧道棄渣中花崗巖占比最高，對破碎、加工、篩分后的棄渣細集料進行試驗，其壓碎值、密度及亞甲藍值均符合相關規范要求，可綜合利用于路基填筑、橋梁和隧道工程澆筑；②目前，隧道出口段230萬m³棄渣經過破碎、加工、分篩后，其中198萬m³集料用于路基填筑，隧道進口段188.20萬m³棄渣因含泥量大而回填至K45+000、K66+425棄渣場；③隧道棄渣的綜合利用貫徹落實了《新疆維吾爾自治區交通運輸（公路）“十四五”發展規劃》，改善了棄渣處理與利用方式，推動了水土保持效益與經濟效益雙贏。

［中圖分類號］ U455.1；S157.2" [文獻標識碼] B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.12.016

［引用格式］ 徐治明，陳現輝，汝風杰，等.天山勝利隧道棄渣綜合利用探討[J].中國水土保持，2024（12）：56-58.

開展資源綜合利用是我國深入實施可持續發展戰略的重要內容?！丁笆奈濉爆F代綜合交通運輸體系發展規劃》強調，“全面提高資源利用效率，推進快遞包裝減量化、標準化、循環化，推動廢舊設施材料等資源化利用”。我國高速公路橋隧建設占比較高，在施工過程中會產生大量棄渣，易造成棄渣周邊原生地貌破壞、環境污染、水土流失、資源浪費等生態問題^[1-3]。棄渣作為生產建設項目水土流失的重要影響因素，其防護與處置對項目水土保持成效及當地生態環境保護至關重要^[4-5]。因此，如何科學合理處置施工過程中產生的棄渣，是建設綠色公路、提高資源利用效率亟待解決的首要問題^[6-7]。許多研究成果表明，全面綜合利用棄渣是解決棄渣壓占土地、控制水土流失和避免環境污染切實可行的手段。目前關于棄渣處理與利用的研究多以西南山區、北方高寒地區的鐵路、公路為研究對象^[8-9]，而西北生態系統脆弱地區的相關研究成果較少。在“一帶一路”倡議的背景下，新疆公路建設規模與日俱增，同時不可避免地對周邊生態與水土資源產生影響。為貫徹落實《新疆維吾爾自治區交通運輸（公路）“十四五”發展規劃》，改善棄渣處理與利用方式，筆者選取天山勝利隧道作為研究對象，通過資料收集、調查詢問、實地調研和試驗檢測等方式，開展了棄渣在工程建設中的綜合利用研究，以期為同類型地區的棄渣綜合利用提供科學借鑒與理論參考。

1 項目概況

G0711烏魯木齊至尉犁高速公路（簡稱“烏尉高速公路”）是《國家公路網規劃（2013年—2030年）》中烏魯木齊至若羌聯絡線中的一段，全長318.5 km，是連接南北疆的重要交通通道，對推動自治區絲綢之路經濟帶核心區建設，促進自治區經濟發展和沿線優勢資源開發，改善人民群眾交通出行條件，實現新疆社會穩定和長治久安總目標具有重要意義。天山勝利隧道作為烏尉高速公路的關鍵性控制工程，是《新疆維吾爾自治區交通運輸（公路）“十四五”發展規劃》中的重點工程。隧道單洞長約22.1 km，洞底最大埋深約1 160.29 m，是世界上在建最長高速公路隧道，橫跨烏魯木齊縣、和靜縣，地理坐標為東經86°49′58.74″～86°58′40.70″、北緯42°56′22.35″～43°6′18.33″，兩端分別位于烏尉高速公路K75+685和K97+790處。隧道軸線總體走向為233°～210°，隧道進口段海拔約2 770.2 m、出口段海拔約^{2 900.2} m；隧道雙主洞施工段屬于構造剝蝕高中山地貌區，自然坡度為40°～50°，地勢陡峭、地形起伏大。隧道地處高寒地區，氣候惡劣多變，冬季氣溫在-30 ℃以下，極端最低氣溫-41.5 ℃。隧道緊鄰國家級自然保護區天山一號冰川保護區、天山大峽谷國家森林公園，穿越自治區廟爾溝森林公園、烏拉斯臺河、烏魯木齊河二級水源保護區，環水保等級極高。隧道采用“三洞＋四豎井”施工方案，目前仍在建設期，計劃于2026年12月通車運行，工程建設已產生棄渣446.42萬m³。因此，天山勝利隧道工程建設具有隧道規模大、渣量多、周邊環境敏感脆弱等特點。

2 地層巖性

該隧道主要地質構造為華力西期構造，隧道穿過的斷裂層有16條，地層主要為第四系殘坡積和沖洪積塊石土和碎石土，因此隧道出渣石料中花崗巖占比最高，其余基本為大理巖、片巖等。天山勝利隧道地層巖性見表1。

3 隧道棄渣性能分析

天山勝利隧道棄渣量較大，若采用傳統的就地掩埋，或拉運至棄渣場堆放等，則會占用大量土地資源，損毀原地貌與景觀植被。另外，隧道緊鄰國家級自然保護區和二級水源保護區，若不妥當處置棄渣，則會造成環境污染、水土流失等生態問題。天山勝利隧道棄渣中花崗巖占比最高，其硬度與抗壓強度高，耐久性強，性能較為優良，依據《建設用卵石、碎石》（GB/T 14685—2022）中制備碎石的巖石抗壓強度要求及路基填筑要求，隧道棄渣可加工成集料用于路基填筑和橋梁、隧道澆筑。在隧道出口處設置棄渣場及碎石場，以加工制作集料。根據《公路工程集料試驗規程》（JTG 3432—2024），篩分細集料、粗集料，并試驗細集料壓碎值、密度、亞甲藍值等指標，據此判斷集料用途。

3.1 集料物理特征

1）集料級配組成?；凇豆饭こ碳显囼炓幊獭罚↗TG 3432—2024），對集料進行篩分，使用^0.075～9.5 mm的篩孔篩分0～4.75 mm的細集料，使用^0.075～16 mm的篩孔篩分＞4.75～9.5 mm的粗集料，篩分試驗通過率見表2。

由表2可知，篩分后的0～4.75 mm細集料符合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）中細集料Ⅱ類技術指標要求，可用于高速公路路基填筑和橋梁、隧道工程澆筑；篩分后的＞4.75～9.5 mm粗集料滿足規范中粗集料相關技術指標要求，可用于路基填筑。

2）細集料壓碎值。壓碎值是表示集料抵抗壓碎的性能指標。依據《公路工程集料試驗規程》（JTG 3432—2024）中的試驗方法，試驗測得0～4.75 mm細集料的壓碎值為21%，滿足《建設用砂》（GB/T 14684—2022）規定的Ⅱ類機制砂單級最大壓碎值≤25%，高速公路、一級公路的基層級配細集料壓碎值≤26%，二級公路基層級配細集料壓碎值≤30%的要求。因此，篩分后的細集料可用于高速公路、一級公路、二級公路基層填筑。

3）細集料密度。細集料的緊密度和堅硬度可通過測定其密度來反映。依據《公路工程集料試驗規程》（JTG 3432—2024）中的測定方法，測定隧道棄渣細集料的密度，結果見表3。隧道棄渣細集料表觀密度為2.686 kg/m³、堆積密度為1.639 kg/m 均符合規范中的技術要求，這表明隧道棄渣細集料可用于公路路基填筑和橋梁、隧道工程澆筑。

3.2 細集料化學性能

亞甲藍值是反映細集料中泥粉含量的指標。經測定，細集料中的亞甲藍值為0.8 g/kg，小于《建設用砂》（GB/T 14684—2022）中亞甲藍值Ⅱ級技術要求（≤1.0 g/kg）。根據《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ 52—2006），當亞甲藍值lt;1.4 g/kg時，判定細集料組成是以石粉為主，因石粉顆粒表面致密，黏土性雜質較少，故可用于公路、橋梁及隧道工程中。

4 隧道棄渣綜合利用

4.1 路基填筑

上述試驗表明，天山勝利隧道棄渣經破碎、加工后的細集料各項檢測數據均符合相關規范要求，可作為路基填筑和澆筑材料；隧道棄渣經破碎后的粗集料符合相關規范要求，能用于路基填筑。烏尉高速公路路基填筑時所需石料量多，因此可先從隧道棄渣中選用。目前隧道出口段棄渣230萬m³經過破碎、加工、分篩后，其中198萬m³集料用于烏尉高速公路K97+809.5～K102+120標段的路基填筑，截至目前已填筑路基約3.41 km，棄渣利用率達到^86.09%，有效減少了棄渣對土地資源的占用及影響。

4.2 回填廢棄礦坑

經實地調研，發現隧道進口段棄渣含泥量大，更適用于回填廢棄礦坑。而項目中的K45+000、K66+425棄渣場均為廢棄露天礦坑，位于水土保持敏感區，生態環境敏感脆弱，若不進行回填恢復，則極易損毀周圍土地資源、地形地貌與植被。經測算，兩處棄渣場不僅運距短，占地面積還大（62.44 hm²），可回填棄渣量大^{（1 350} 萬m³），設計回填棄渣量1 184.36萬m 其中K45+000棄渣場1 086.36萬m³、K66+425棄渣場^98.00萬m³（見表4）。截至目前，工程回填棄渣量達^188.20萬m 占已產生棄渣總量（446.42萬m³）的^42.16%。根據主體工程設計和批復的水土保持方案，兩處棄渣場回填滿后將撒播草籽恢復植被，以保護渣場周邊生態環境，實現綠化環保、占補平衡。

5 結束語

天山勝利隧道工程具有建設規模大、棄渣量多、周邊生態環境敏感脆弱的特點，其棄渣組成中花崗巖占比最高。對破碎、加工后的棄渣集料進行篩分、試驗，其中粗集料可用于填筑路基，細集料壓碎值、密度及亞甲藍值等指標均滿足相關規范要求，可用于路基填筑和橋梁、隧道澆筑。截至目前，天山勝利隧道棄渣經過破碎、加工、篩分后，已有198萬m³用于烏尉高速公路K97+809.5～K102+120標段的路基填筑，填筑路基長約3.41 km，利用率達86.09%；已將隧道進口段^188.20萬m³含泥量大的棄渣回填至K45+000、K66+425棄渣場。天山勝利隧道棄渣的綜合利用貫徹落實了《新疆維吾爾自治區交通運輸（公路）“十四五”發展規劃》，改善了棄渣處理與利用方式，推動了水土保持效益與經濟效益雙贏。目前，天山勝利隧道仍在建設期，在未來施工過程中將繼續推動棄渣資源化綜合利用。

［參考文獻]

［1] 汪立韜，肖輝杰，辛智鳴，等.烏蘭布和沙漠綠洲區典型農田防護林帶風速流場數值模擬[J].中國水土保持科學，202 21（4）：11-19.

［2] 陳小軍，蘭俊太，王笑然，等.高寒高海拔區棄渣堆生態修復技術研究綜述[J].中國資源綜合利用，202 41（6）：^105-108.

［3] 鄭江坤，張鴿，曾倩婷，等.棄渣場邊坡草本植物根系力學及土壤抗沖性特征[J].中國水土保持科學，2022，20（6）：59-66.

［4] 黃少雄，陳記，劉明，等.高速公路隧道洞渣綜合利用管理研究[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（12）：^306-309.

［5] 王帥兵，王克勤，李叔東，等.云南省2012—2016年水土保持動態監測結果分析[J].中國水土保持科學，2022，20（6）：50-58.

［6] 涂圣武，沈正偉.宜興至長興高速公路江蘇段隧道洞渣綜合利用研究[J].江蘇建筑，2022（增刊1）：86-91.

［7] 嚴志偉，劉大剛，趙大銘，等.鐵路隧道棄渣的本地資源化利用[J].環境工程學報，2022，16（5）：1649-1656.

［8] 連杰.隧道花崗巖棄渣在遵秦高速公路中的應用研究[D].重慶：重慶交通大學，2022：9-57.

［9] 郭天雷，盧陽，張怡.西南山區高速公路建設棄渣有效管控辦法探討：以四川九綿高速公路項目為例[J].亞熱帶水土保持，2022，34（1）：51-54.