Переработка туннельной породы - Tunnel rock recycling

Снимок взят с объекта, где в огромных количествах производятся бетонные элементы. На месте мусор туннеля перерабатывается в бетонные заполнители для элементов туннеля.

Переработка туннельной породы это метод переработки каменного мусора, образующегося при проходке туннелей, в другие полезные объекты. Самый распространенный - для конкретный агрегаты или как подоснование для дорожного строительства. Дробилки и грохоты, обычно используемые в карьерах, размещаются на площадке туннеля с целью дробления и просеивания обломков породы для дальнейшего использования. Самый крупный из когда-либо созданных туннельных заводов по переработке горной породы предназначался для строительства Готардский базовый туннель на который потребовалось 17 лет и завершился в 2016 году. 1/5 части обломков горных пород, выкопанных для туннеля, была переработана и использована в качестве заполнителя для бетонной облицовки внутри туннеля.

В среднем проекте туннеля выкопанная порода в основном рассматривается как отходы. В большинстве случаев его отдают или используют на свалке. Запуск предприятия по переработке каменного мусора стоит очень дорого. Хотя для крупного проекта, например, двухбочкового туннеля длиной более 20 км, это возможно. Готардский базовый туннель представлял собой туннель длиной 57 км.

Возможности

Использование выкопанной породы в качестве заполнителя бетона выгодно как с экономической, так и с экологической точки зрения. Это могло бы принести больше пользы, чем использование выкопанной породы в качестве свалки или засыпка старых карьеры. Кроме того, потребность в транспортировке заполнителя может быть значительно снижена, так как использование породы может быть размещено рядом с перерабатывающим предприятием и бетонным заводом. Инвестиционная стоимость этого объекта будет окупаться в долгосрочной перспективе, так как проект будет близок к самоокупаемости строительных агрегатов.^[1]

Методы туннелирования

Существует два основных типа проходки туннелей: Drill & Blast (D&B) и Tunnel Boring Machine (TBM). Оба метода допускают переработку, если качество породы одобрено. Оба метода требуют некоторой обработки. ТБМ создают частицы породы с чрезмерным количеством мелочи; это проблема, влияющая на качество как основания, так и заполнителя. При использовании метода выемки туннеля D&B частицы могут достигать 800 мм, и есть более крупная фракция, слишком большая для основания и заполнителя бетона. У перерабатывающего предприятия есть следующие варианты манипулирования горной массой: уменьшить размер породы, удалить мелкие частицы, уменьшить содержание влаги, добавить коммерческий гравий и песок, чтобы смешать его с переработанным мусором туннелей.

Проекты туннелей с переработкой туннельной породы

К 2018 году во всем мире насчитывается семь подтвержденных проектов, которые позволили перерабатывать туннельную породу (ТБМ) на промышленном уровне. Все эти проекты размещены в западная Европа и в хард-роке. Бетон использовался как торкретирование или бетонные элементы в TBM туннелирование.

Проект	Страна	Год	Км	Миллион тонн (метрическая)	Переработка отходов[%]	Диаметр (мм)	Ссылка
Zugwald	Швейцария	NA- 1998	9.5	1.2	16%	>16	^[2]
Готардский базовый туннель	Швейцария	1999-2016	57.1	28.7	23%	>0	^[3]
Коралм КАТ2	Австрия	2013-2023	21	8.6	17%	>16	^[4]
Линия фолло	Норвегия	2016-2021	19.5	9	10%*	>20	^[5]^[6]
Lötschberg	Швейцария	1999-2007	34.6	16	29.1%	>0	^[7]
Линталь	Швейцария	2010-2015	3.7	1	100%	>0	^[8]
Нант-де-Дранс	Швейцария	2008-2016	5.5	1.14	25%	>0

Вывод

Согласно данным из таблицы выше, в среднем возможно переработать 20% мусора туннелей. Причина низкого процента вторичного материала во многом связана с большой долей наполнителя, образующегося при сверлении. В рецептурах промышленного бетона нет необходимости во всем этом наполнителе, так как он нарушит текучесть бетона в его свежем состоянии.

Переработка туннельного мусора в агрегаты

Дробление

Основная роль в переработке туннельной породы - дробление породы на более мелкие размеры. Дробление горных пород делится на два метода, основанных на сжатии или ударе, что приводит к разным типам фрагментации материала. Дробилки используются в агрегатной и горнодобывающей промышленности, а также делятся на стационарные и мобильные. Настройка дробилок, размер корма и скорость играет важную роль в производстве высокого качества строительные агрегаты.^[9] На определенном этапе в измельчение, материал горной породы дробится на частицы свободных минералов, например свободный Слюда или же Кварцевый минералы. На рисунке ниже перечислены различные типы дробилок. Для кубификации скалы Ударник с вертикальным валом (VSI) - подходящая дробилка. Технология позволяет скалам сталкиваться друг с другом и раскалываться по естественным линиям спайности. Это благоприятно как для основания, так и для бетонного заполнителя.

Скрининг

В Туннельно-буровой станок (TBM) туннелирование механическое просеивание (скальпирование грохот) обычно является первым этапом обработки горных пород в туннелях. Грохот удаляет частицы породы диаметром менее 16 или 20 мм. Это необходимо для удаления большого количества мелких частиц, которые образуются при прокладке туннелей TBM в твердых породах. Нежелательно слишком много мелочи в бетонных заполнителях.

Классификация и обезвоживание

Если в рамках проекта туннеля требуется создание бетонных заполнителей фракцией 0/8 мм или 0/4 мм, требуется более совершенное технологическое оборудование. Классификация охватывает контроль размера частиц <1 мм. Обычные грохоты и дробилки не применяются ниже этого размера.^[10] Для классификации можно использовать ряд методов, но все они основаны на определенных принципах. Они используют естественную гравитационную силу и соответствующее поведение частиц для разделения частиц на фракции или разделения жидкости от частиц (обезвоживание / осветление). Одним из типов классификатора является Воздушный классификатор. Точность классификации будет иметь значение, поскольку бетонные заполнители действительно имеют граничные пределы в соответствии с Распределение частиц по размерам (оценка) на Наполнитель (материалы) в песчаной фракции.^[11] Частицы в этом диапазоне размеров также имеют тенденцию группироваться вместе. Эти явления называются агломерацией и не подходят для дозирования бетона. Удаление мелких частиц часто выполняется с использованием воды, для этого требуется установка для очистки воды. Это можно сделать с помощью отстойников и фильтр-пресс, требующий довольно много места. Очищенная вода может вернуться для удаления большего количества мелких частиц с породы туннеля, и цикл будет продолжаться.

Фильтр-пресс использует отстойную воду и разделяет ее на чистую воду и «фильтрующие корки».

Создание бетона из переработанных заполнителей

Переработка горной породы для производства заполнителя бетона - сложная процедура и потребует наличия лаборатории на объекте туннеля. К бетонному заполнителю предъявляются строгие требования, которые должны быть проверены, в некоторых случаях для этого может потребоваться от 5 до 15 различных лабораторных тестов на механическую прочность, классификацию и наличие примесей.

Требования к заполнителю из туннельной породы проверяются и измеряются на том же уровне, что и бетонный заполнитель из карьеров.

Из-за переменного потока воды через горный массив обычно остается неуверенным, каким будет содержание влаги в горном материале. Это необходимо измерить, потому что это повлияет на количество свободной воды, добавляемой во время перемешивания бетона, а высокое содержание влаги потребует добавления меньше свободной воды.


Камень	Измерение
Сила	- Индекс точечной нагрузки - TBM требуемая потребляемая мощность
Оценка	Ситовой анализ
Измельчение / износ	LCPC Micro-Deval
Фрагментация	Лос-Анджелес Истирание (механическое)
Форма	Индекс лещадности Индекс удлинения
Примеси	Щелочно-кремнеземная реакция слюда содержимое шиста Сера содержание содержание влаги