长三角黏土地层轨道交通渣土资源化再利用关键技术研究

摘要：结合目前国内轨道交通渣土资源化再利用的应用现状，对长三角黏土地层渣土资源化再利用关键技术及应用研究提出了解决思路。预期将优化长三角地区地铁渣土处理方式，为节约项目建设投资成本带来可观的经济效益；这一研究不仅对当前的轨道交通建设具有指导意义，对未来的城市发展和资源利用模式也具有重要的参考价值。同时可以为国内其它相关工程提供借鉴经验。

关键词：轨道交通黏土地层渣土资源化再利用高效脱水固化

ResearchonKeyTechnologiesofResourceRecyclingandReuseofRailTransitSlaginClayStratumofYangtzeRiverDelta

YUANDannaZHANGPengSHENFangWANGFengbo

JinkenCollegeofTechnology，NanjingCity，JiangsuProvince，211156China

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

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

地铁在修建过程中会产生地铁基坑渣土，同时地铁隧道盾构在掘进过程中产生的盾构渣土也已逐渐成为城市固体废弃物的主要来源，我国每年盾构渣土量在1.19×108t以上。盾构渣土中由于泡沫剂的存在，使得盾构渣土处理起来极易产生环境污染，造成资源浪费。如何合理、有效、环保地处理利用地铁废弃渣土已成为我国城市进一步文明发展迫切需求。

近年来我国积极促进清洁生产，大力推广废弃材料的再生和综合利用，《固体废物污染环境防治法》规定对固体废物如地铁渣土等的防治应坚持减量化、资源化和无害化的原则，十四五期间地铁建设过程产生的废弃渣土的低碳处理成为了政府节能减排的工作重点之一。目前我国地铁渣土尤其是盾构渣土的资源化再利用技术及装备研究却相对滞后，相关行业标准不完善，渣土再利用率低，处理方式仍以无序堆放、填埋为主[1]，但这种处理方式会占用大量土地。而且盾构渣土如未做处理直接堆填容易引发次生危害，并对水土环境造成污染。

综上所述，为了践行习近平新时代中国特色社会主义的创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，本文总结了目前国内轨道交通渣土资源化再利用的应用现状，并对长三角黏土地层渣土资源化再利用关键技术及应用研究提出了解决思路。

1国内研究现状和发展趋势

1.地铁渣土性能评价及处理选型技术

土的工程分类特性指标主要有颗粒级配、液塑限和有机质含量。这三类指标虽然适用于盾构渣土，但显然无法完整表征含改良剂的盾构渣土性能，也无法给盾构渣土提供预处理选型依据。同时针对不同改良剂处理后盾构渣土尚缺乏一套行之有效的性能指标及精细化分类方法，尚缺乏针对盾构渣土再利用碳排放评价方法，针对不同性质的盾构渣土最优的低碳预处理形式仍不明确。

1.2地铁渣土低碳高效脱水及装备选型技术

渣土脱水作为地铁基坑与盾构渣土减量化和无害化处理及资源化再利用的关键环节，脱水过程决定了盾构渣土处置的效率与成本。目前国内外的渣土脱水技术及设备一般有蒸发脱水、机械脱水、化学脱水、渗流脱水以及联合脱水方法[2]，在黏土颗粒含量较低的情况下，简易的脱水方法就能达到快速脱水的效果，但黏土颗粒含量较高时，颗粒表面的结合水难以快速脱除，因此需要较为复杂的脱水技术[3]。

目前对于地铁基坑与盾构黏土渣土的脱水技术还缺乏较为系统完善的研究，需要结合各类方法调查研究出一套低碳高效经济的渣土脱水及装备选型技术。

1.3地铁渣土低碳固化材料及应用技术

当前盾构施工现场对盾构隧道废弃渣土绝大多数还是使用水泥、石灰进行固化，但水泥生产过程存在资源与能源消耗大、CO2排放量大和环境污染严重等问题。因此，很有必要研究出一种新型低碳固化材料代替水泥对盾构渣土进行固化并进行推广。

目前有关泡沫等改良剂对于渣土固化影响的研究还很少，对于新型环保固化材料研究也还在起步阶段，针对盾构渣土固化体强度演化机理和预测模型也缺乏系统研究。因此，很有必要针对长三角黏土地层形成一套地铁渣土低碳固化材料及应用技术，以更好实现渣土资源化再利用。

1.4地铁渣土资源化再利用技术

地铁渣土具有作为免烧实（空）心砖、盾构壁后注浆材料、植被复垦材料与工程填筑材料的潜质，但目前我国针对地铁渣土的利用率较低，渣土改良剂、脱水、固化剂对免烧实（空）心砖、盾构壁后注浆、植被复垦、回填土等材料各项性能的影响规律尚未揭示。因此，有必要研究黏土地层地铁渣土资源化再利用技术。

2国内竞争情况及产业化前景

随着城市轨道交通等建设高潮的来袭，大量盾构废弃渣土的粗放填埋、堆积显然与国家积极推进落实建筑垃圾源头减量和资源化再利用的相关政策背道而驰。目前，我国已有规范对各级渣土的分类再利用方式进行了规定，例如《湖南省盾构渣土处理技术标准》提出了分离、脱水预处理后渣土的再利用形式及相关再生产品性能需满足的规范要求。盾构渣土环保处置与再利用技术取决于渣土的性质，渣土性质又取决于技术选择和地质条件，针对不同改良剂处理后盾构渣土的性能指标评价及精细化分类是当下亟需解决的首要问题。本项目针对此进行研究将具有十分客观的应用前景，大大提升地铁废弃渣土的回收利用率。

盾构渣土的脱水、分离及固化是进行渣土再利用的关键环节。从市场调研情况来看，目前国内外地铁盾构渣土所采用的脱水技术种类繁多，各种方法均存在不同的适用性与局限性，尤其对于黏性土来说寻求一种高效的脱水方式将十分有利于对渣土进行回收再利用，本项目提出一种物理脱水与化学脱水高效结合的联合脱水技术，形成一套低碳经济高效的脱水装备选型技术，将具有十分广阔的应用前景。

研发新的固化剂是目前的热点问题。相较于传统硅酸盐水泥、石灰等，地聚物具有生产成本低、能耗低、CO2排放量少等优势，是一种极具潜力的新型环保胶凝材料，也因此受到了许多专家、学者的青睐。未来产业化前景也将十分客观。

盾构废弃渣土脱水、固化的最终落脚点是进行渣土再利用。目前行业内关于盾构渣土低碳再生的典型应用主要有：盾构施工辅助材料、再生建筑材料、植被复垦材料、工程填筑材料等[4]。各种资源化再利用途径跟地铁基坑及隧道工程所处地层关系紧密，研发长三角黏土地层地铁渣土资源化再利用及装备配套技术对解决长三角地铁渣土处理难题具有重要意义。

3长三角地区渣土再利用技术研究方向

3.1长三角地铁渣土特性及处理选型技术

通过梳理长三角地区地铁穿越地层参数资料，提出一套考虑渣土级配、液塑限、流动性等影响的适用于长三角地区地铁基坑及盾构渣土性能评价指标，形成渣土精细化分类方法；研究渣土预处理碳排放的量化评价方法，建立长三角地区地铁基坑及盾构渣土不同预处理方式的碳排放量化模型；以渣土性能指标精细化分类以及预处理碳排放定量评价为基础，形成长三角地区黏土地层地铁施工废弃渣土低碳预处理选型技术。

3.2长三角地铁渣土脱水及配套技术

研究黏土地层基坑与盾构渣土脱水方法，收集现场地层与渣土参数资料，研究物理（压滤、烘干）脱水及化学脱水等各类方法对渣土脱水效率的影响规律；根据比选的基本脱水方案，针对现有的各类脱水设备结合实际工程状况进行选型，包括振动筛、压滤机、洗砂机、旋流器、转筒烘干机等设备的各项技术参数进行合理设置，研究优选方案中外加剂类型、配比等对渣土脱水效率的影响规律，揭示外加剂与渣土相互作用的脱水细观机理，提出黏性地层地铁渣土脱水外加剂选型及配比方案；以脱水设备、外加剂的各项技术参数对脱水效率的影响规律结果为基础，基于渣土典型资源化再利用目标，形成长三角黏土地层基坑与盾构渣土低碳高效成套脱水系统的材料与装备选型技术。

3.3长三角地铁渣土低碳固化材料及应用技术

以工后渣土抗压强度等为控制目标，研发基坑与盾构渣土低碳固化剂材料[5]；研究固化改良渣土强度等指标随含水率、泡沫注入比、低碳固化剂掺量和龄期等的演化规律，揭示固化过程中渣土颗粒—水—改良剂—固化剂的相互作用机理；形成长三角黏土地层基坑与盾构渣土固化及养护流程，形成盾构渣土固化体低碳强度再生技术[6]。

3.4长三角地铁渣土资源化再利用及配套技术

基于生命周期理论，对地铁渣土资源化再利用全过程的碳排放进行量化，寻找合理有效的减排措施，建立长三角黏土地层地铁工后渣土典型资源化再利用的碳排放评价体系；建立渣土低碳资源化再利用选型分析模型，形成相应的评价体系，为渣土匹配最优的资源化低碳再利用方式选择提供依据；基于均匀试验的思想，设计并进行基于地铁渣土免烧实（空）心砖制作和各项性能试验，基于多目标规划的优化理论，进行地铁渣土免烧实（空）心砖配比最优化设计；从物理、力学经济性等角度出发，综合07eM2wAMugkNNoBHx3VZ8w==分析地铁渣土制备壁后注浆材料的可行性，对浆液的水胶比、粉灰比、砂胶比、泥浆相对体积质量等因素进行单因素影响分析，结合市场效益目_{gQk9DJ3KxQMdyerkQvDSTQ==}标进行多目标的配比优化。

4结论

通过形成一系列技术研究成果，优化现场渣土处理工艺，为长三角地区地铁渣土处理提供技术支撑，将带来地铁渣土处置费用的极大节约。预期将优化长三角地区地铁渣土处理方式，为项目建设投资成本节约带来可观的经济效益；同时可为国内其相关工程提供借鉴经验，社会效益显著。

参考文献

[1]朱伟，钱勇进，王璐，魏斌，陆凯君，方忠强，孟立夫等.盾构隧道渣土与泥浆的分类与处理利用技术及主要问题[J].隧道建设（中英文），2021，41（S2）：1-13.

[2]谢亦朋，张聪，阳军生，傅金阳，肖超，占永杰等.盾构隧道渣土资源化再利用技术研究及展望[J].隧道建设（中英文），2022，42（2）：188-207.

[3]程丽敏.市政轨道交通盾构渣土处理减量化再利用技术[J].建筑安全，2023，38（9）：14-16.

[4]张书经，阳栋，谭立新，李水生，丁燕怀，罗正东，许福.盾构渣土的含水率特征及脱水技术研究[J].中国水土保持，2019（8）：37-42.

[5]张军辉，李海，杨豪，王华磊，韩善鹏等.盾构渣土资源化再利用技术研究综述[J].中中外公路.2022，42（6）：1-11.

[6]徐俊.粉土地层盾构渣土同步注浆再利用研究[D].长沙：湖南大学，2020.