盾構渣土綜合利用

/XX市軌道交通工程渣土資源化利用研究與示范項目調研報告二○一三年四月目錄1來源及規(guī)模12主要的危害23處理現(xiàn)狀23.1國外23.2國內34綜合利用44.1空心磚44.2路基填料44.3注漿材料54.4用于夯擴樁54.5再生骨料64.6其它65渣土磚市場優(yōu)勢66前期工作76.1技術調研76.2簽訂框架協(xié)議96.3各級科研立項107亟需解決的問題108社會效益和經(jīng)濟效益118.1節(jié)約土地118.2解決就業(yè)128.3節(jié)能環(huán)保12來源及規(guī)模建筑垃圾可分為土地開挖垃圾,道路開挖垃圾、舊建筑物拆除垃圾、建筑工地垃圾和建材生產(chǎn)垃圾五類,主要由渣土、砂石塊、廢瀝青混凝土塊、廢水泥混凝土塊、磚瓦、碎磚瓦塊、廢砂漿、廢金屬、廢塑料、廢竹木、廢玻璃、廢瓷片等組成。其中,土地開挖垃圾,道路開挖垃圾和舊建筑物拆除垃圾的量最大。目前.我國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%一40%。近年來隨著我國城市建設的飛速發(fā)展和城市居民住宅面積的提高.我國建筑渣土的產(chǎn)生量也隨大幅度增加。我國建筑渣土量平均以每年10%的速度增長。我國目前處于建設的高峰期,建筑垃圾的產(chǎn)量持續(xù)增加。20XX,我國的建筑垃圾的年產(chǎn)生量<含渣土>達15.5億噸左右,且呈逐年上升的趨勢。其中,近三年全國平均拆遷建筑面積約6億平米,約產(chǎn)生建筑垃圾7.8億噸;按國家住房與城鄉(xiāng)建設部規(guī)劃,到2020年我國尚需要建設300億平米住宅,平均每年建設面積為20億平米,約產(chǎn)生建筑垃圾10億噸<含渣土>,合計17.8億噸,兩組數(shù)據(jù)基本吻合。在所有的建筑垃圾中.渣土約占10億噸左右.這是一個驚人的數(shù)字.隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷推進.越來越多的城市已經(jīng)或將開始地鐵建設.產(chǎn)生的渣土量今后將不斷地提高。REF_Ref353521244\h表1為我國目前主要城市已建地鐵和規(guī)劃要建地鐵的概況。表SEQ表\*ARABIC1全國地鐵概況城市北京上海天津XXXXXXXXXXXXXXXX合計已有里程41933013623617820048275032571713規(guī)劃里程5618771606005856172701302102756014886城市XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX合計已有里程94002200000020136規(guī)劃里程51324815845202180322681682272252356由表中的統(tǒng)計結果可知.全國規(guī)劃中還要建設的地鐵里程超過5000km.隧道區(qū)間直徑按6m計算.則每公里地鐵開挖將出土約5.7萬方.全國將出土2.8億方土.如果全部采用棄土場堆積.將占用大量的土地資源。主要的危害1.占用土地.降低土壤質量。隨著城市建筑垃圾量的增加.土地被占用面積也逐漸加大.大多數(shù)垃圾以露天堆放為主.經(jīng)長期日曬雨淋后.垃圾中有害物質通過垃圾滲濾進入土壤中.從而發(fā)生了一系列物理、化學、生物反應.或為植物根系吸收或被微生物合成吸收.造成土壤的污染。2.影響空氣質量。建筑垃圾在堆放過程中.在溫度、水分等作用下.有些有機物質發(fā)生分解.產(chǎn)生有害氣體；一些腐敗的垃圾發(fā)出了惡臭氣味.同時垃圾中的細菌、粉塵飄散.影響環(huán)境質量；少量可燃建筑垃圾在焚燒過程中又會產(chǎn)生有毒的物質.造成了空氣污染。3.對水域的影響。建筑垃圾在堆放和填埋過程中.因發(fā)酵和雨水的沖淋.以及用地表水和地下水的浸泡而產(chǎn)生的滲濾液或淋濾液.會造成周圍地表水和地下水的嚴重污染。4.破壞市容、惡化城市環(huán)境衛(wèi)生。城市建筑垃圾占用空間大、堆放無序.甚至侵占了城市的各個角落.惡化了城市環(huán)境衛(wèi)生.與城市的美化與文明發(fā)展極不協(xié)調.影響了城市的形象。5.存在安全隱患。大多數(shù)城市對建筑垃圾堆放未制定有效合理的方案.從而產(chǎn)生不同程度的安全隱患.比如建筑垃圾的崩塌現(xiàn)象時有發(fā)生.甚至有的會導致地表排水和泄洪能力的降低。施工場地附近大量堆放的建筑垃圾.容易造成交通堵塞。處理現(xiàn)狀國外環(huán)顧全球.其他國家在發(fā)展過程中也都遇到過建筑垃圾帶來的問題.其中一些國家對建筑垃圾的管理政策有過很成功的嘗試.他們的一些經(jīng)驗值得我們借鑒。德國是世界上最早開展循環(huán)經(jīng)濟立法的國家。1955年至今.德國的建筑垃圾再生工廠已加工約1150萬立方米再生骨料.并用這些再生骨料建造了17.5萬套住房。同時.德國對未處理利用的建筑垃及按每噸500歐元的標準征收處理費。據(jù)悉.世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的建筑垃圾處理廠就在德國.這個廠每小時可生產(chǎn)1200噸建筑垃圾再生材料。德國約有200家建筑垃圾處理企業(yè).年營業(yè)額達20億歐元。美國每年有1億噸廢棄混凝土被加工成骨料用于工程建設。通過這種方式實現(xiàn)了再利用.再生骨料占美國建筑骨料使用總量的5%。在美國.68%的再生骨料被用于道路基礎建設.6%被用于攪拌混凝土.9%被用于攪拌瀝青混凝土.3%被用于邊坡防護.7%被用于回填基坑.7%被用在其他地方。美國政府1980年制定的《超級基金法》從源頭上限制了建筑垃圾的產(chǎn)生量.促使各企業(yè)自覺尋求建筑垃圾資源化利用的途徑。荷蘭目前已有70%的建筑垃圾可以被循環(huán)再利用.但是荷蘭政府希望將這一比例增加到90%。為此.他們制定了一系列法規(guī).建立限制建筑垃圾傾倒處理.強制再循環(huán)運行的質量控制制度。日本從20世紀60年代末就著手建筑垃圾的管理并制定相應的法律、法規(guī)及政策措施.以促進建筑垃圾的轉化和利用。1977年.日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》。1991年.日本政府又推出了《資源重新利用促進法》。日本對建筑垃圾的主導方針是:盡量不從施工現(xiàn)場排出建筑垃圾.建筑垃圾要盡可能重新利用.對于重新利用有困難的則應適當予以處理。韓國政府在20XX制定了《建設廢棄物再生促進法》.明確了政府、排放者和建筑垃圾處理商的義務和對建筑垃圾處理企業(yè)資本、規(guī)模、設施、設備、技術能力的要求。更重要的是.規(guī)定了建設工程義務使用建筑垃圾再生產(chǎn)品的范圍和數(shù)量.明確了未按規(guī)定使用建筑垃圾再生產(chǎn)品將受到哪些處罰。國內建筑垃圾經(jīng)過資源化處置,95%以上可成為工程建設的原材料并能應用在建設工程中去。目前,我國已有少數(shù)地區(qū)在政府、企業(yè)和研究單位的共同努力下實現(xiàn)了建筑垃圾資源化利用的途徑,從管理模式到資源化處置和工程應用都取得了很好的經(jīng)驗和理想的效果。比如:出臺地方法規(guī)、采用特許經(jīng)營方式等手段推動了建筑垃圾資源化利用的開展,當?shù)氐慕ㄖY源化利用率已達到50%以上甚至100%,利用建筑垃圾生產(chǎn)再生磚、無機混合料、再生骨料混凝土等各種建材產(chǎn)品,應用在建筑工程上最長達17年以上的實踐考驗,未發(fā)現(xiàn)問題。建筑垃圾完全可以作為一種城市礦產(chǎn)資源使用,節(jié)省大量的天然資源,保護環(huán)境,具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。但全國范圍內,我國目前建筑垃圾的主要處置方式是填埋與堆放,據(jù)不完全統(tǒng)計,實際建筑垃圾資源化利用率不足1%,主要產(chǎn)品型式為再生磚等。綜合利用空心磚為了實現(xiàn)最大限度地利用地鐵渣土.結合"綠色地鐵"的建設理念.XX從20XX開始軌道工程渣土綜合利用項目的專題研究。"通過分析地鐵渣土的性能、小型模擬試驗和權威檢測.確定利用地鐵廢渣土為主要原料制作燒結制品是可行的。"經(jīng)過兩年多的研究和試點.XX已經(jīng)摸索出一條可以推廣的有效途徑.通過5道工序、大約3天的時間.地鐵渣土就可變成新型墻材。呈稀泥狀的地鐵渣土運達后.先要進行碾碎.然后攪拌.再通過擠出機成型為磚塊.接著人工干燥.最后進行2至3天的焙燒。這樣5道工序全部完成大約需要3天時間.一批合格的新型墻材燒結多孔磚就完成了。由地鐵渣土制成的磚可用于房屋承重墻和非承重墻的建設.目前已經(jīng)有房產(chǎn)項目開始使用這種"地鐵磚"。利用地鐵渣土制磚既解決了自然堆放渣土可能產(chǎn)生的污染環(huán)境、土地浪費等問題.也有利于推廣高品質的新型墻材.推動綠色建設。以木馬機磚廠為例.按照年產(chǎn)6000萬塊標準地鐵渣土磚燒結多孔磚的產(chǎn)能.每年可消納軌道工程廢渣土10萬立方米.以堆高2米計算.可節(jié)省渣土堆放場地76畝。多孔磚比實心磚更節(jié)材環(huán)保.與原生產(chǎn)同等數(shù)量的粘土實心磚比較.可實現(xiàn)節(jié)約土地100畝.節(jié)約能源3845噸標煤.減排二氧化碳8841噸。對于消納廢渣土生產(chǎn)新型墻材的企業(yè)而言.還將獲得一定政策和資金扶持作為鼓勵。據(jù)透露.XX還計劃出臺相關激勵政策來吸引更多企業(yè)積極主動參與渣土綜合利用.力爭在20XX底在地鐵工程周邊建成不少于4家的渣土綜合利用企業(yè).形成年綜合利用軌道工程渣土規(guī)模達50萬立方米.遠期還計劃新建兩條年產(chǎn)1.2億塊標磚燒結自保溫墻材生產(chǎn)線。路基填料隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展.城市道路及公路大量建設.發(fā)生越來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結構材料。XX交通科研項目"建筑渣土填筑路基技術研究"由XX省交通科研所和XX繞城高速公路公司承擔。項目組通過大量的室內、現(xiàn)場試驗研究和數(shù)值分析.對XX繞城高速公路西北段沿線建筑渣土的工程特性和路用性能進行深入分析.提出建筑渣土的綜合分類法.、基于分維值D指標的建筑渣土級配評價、建筑渣土檢查方法和質量控制標準.形成《建筑渣土填筑路基施工技術指南》。研究結果表明.建筑渣土可適用于94區(qū)以下路基填筑.不僅減少公路沿線拆遷建筑渣土外運、處理和路基填筑用土的費用.也可節(jié)約砂土、砂石等自然資源.使渣土變廢為寶.節(jié)省了大量建設資金和土地資源.具有良好的經(jīng)濟、社會效益。注漿材料XX長江隧道所穿越的地層主要為淤泥質黏土和高滲透性的粉細砂、礫砂地層。其中后兩者地層占總長度的90%以上。沿線地質條件表現(xiàn)為高透水性、流塑性、高外水壓力〔最大水頭60m。采用泥水盾構施工方法.直徑達到14.87m。在如此大直徑的盾構中開挖.對壁后注漿性質的要求將更高.例如良好的流動性和充填性能.以及較低的泌水率和分層度.所需要的量也遠遠超過了一般的地鐵盾構。沿線還有重要建筑物——長江大堤需要保護.需要嚴格控制地表沉降。為此.研究了開挖排放的粉細砂在盾構壁后注漿中的再利用的問題。通過考慮地層不均質性——土砂比.研究了各種渣土情況下的漿液性質的變化。結果表明.盾構開挖排放的粉細砂渣土能夠滿足盾構壁后注漿施工的要求.漿液配方應根據(jù)土砂比的變化.快速作出調整.以保證漿液的性質不發(fā)生較大的變化。用于夯擴樁利用建筑垃圾如平房改造下來的碎磚爛瓦、廢鋼渣、礦渣磚、碎石、石子等廢物材料為填料.采用特殊工藝和專利施工機具.形成夯擴超短異型樁.是針對軟弱地基和松散地基的一種地基加固處理新技術。近些年來.XX工專新興科技服務總公司開發(fā)成功一種"用建筑垃圾夯擴超短異型樁施工技術".在綜合利用建筑垃圾方面有了突破性進展。該項技術是采用舊房改造、拆遷過程中產(chǎn)生的碎磚瓦、廢鋼渣、碎石等建筑垃圾為填料.經(jīng)重錘夯擴形成擴大頭的鋼筋混凝土短樁.并采用了配套的減隔振技術.具有擴大樁端面積和擠密地基的作用。單樁豎向承載力設計值可達500～700kN。經(jīng)測算.該項技術較其他常用技術可節(jié)約基礎投資20%左右。再生骨料建筑垃圾中的廢混凝土塊、廢磚石、砂漿、渣土經(jīng)破碎篩分和粉磨等一定的工序后都是作為再生骨料的材料來源廢混凝土塊經(jīng)破碎篩分得到粗骨料和細骨料.粗骨料可作為碎石直接用于地基加固、道路和飛機跑道的墊層、室內地坪墊層；細骨料用于砌筑砂漿和抹灰砂漿。再生骨料具有孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、壓碎指標值高和堅固性差的特點.導致再生混凝土工作性差、強度低、收縮大、碳化快、抗凍性能差和抗氯離子滲透性差。以往的再生混凝土只能用于制備路基材料、混凝土小型空心砌塊、花格磚等低強度等級的低性能混凝土。為了提高再生混凝土的性能.拓寬再生混凝土的應用領域.必須研發(fā)各種輔助添加劑和配比方法。其它隨著城市化進程的不斷提速.建筑渣土成幾何級速度增長.其資源化也成為時下一個全新的課題。近年來.XX市北侖區(qū)積極探索建筑渣土資源綜合利用管理模式.從拓寬其可利用途徑入手.不斷創(chuàng)新建筑渣土資源化利用方式.為建筑渣土找到了"新"出路。北侖中心城區(qū)的"銀泰天地"建設項目.是該區(qū)目前建筑渣土產(chǎn)生量最大的一個工地.出土量超過70萬立方米.消納場地的匱乏一度導致該項目施工進展緩慢通過該區(qū)建筑渣土"電子地圖".北侖區(qū)渣土部門及時得知通途路小港段兩側有綠化項目需要大量綠化用土。通過網(wǎng)絡平臺進行信息對接.該區(qū)建筑渣土得到了有效的資源回用。海灘圍涂工程中需要大量建筑渣土.最近幾年.北侖先后向梅山島"七姓涂圍涂工程"消納渣土50余萬立方米；向圍涂工地調運建筑渣土60余萬立方米.有效緩解了渣土消納壓力。渣土磚市場優(yōu)勢我國人均耕地資源不到世界平均水平的40%.但因城鄉(xiāng)建房燒制粘土磚.一年竟要損毀良田70萬畝。據(jù)了解.到20XX.全國人均耕地資源只有1.43畝.其中30%的縣、市人均耕地面積已低于聯(lián)合國規(guī)定的人均0.8畝的警戒線。然而.由于種種原因.我國目前仍是世界上少數(shù)幾個以實心粘土磚作為主要墻體材料的國家之一。在我國.墻體材料約占整個房屋建筑材料的70%.其中粘土磚在墻材中仍居主導地位.生產(chǎn)實心粘土磚所需的粘土資源更屬可耕地中較優(yōu)質的粘土.因此.其對土地資源的破壞可見一斑。據(jù)統(tǒng)計.目前全國尚有磚瓦企業(yè)9萬多家.占地超過500萬多畝.每年生產(chǎn)的粘土磚約6000多億塊.耗用粘土資源13億立方米.按平均挖土深3米折算.相當于每年毀田約70萬畝。20XX9月26日國家發(fā)展和改革委員會宣布.為深入推進墻體材料革新.節(jié)約能源資源.有效保護耕地和環(huán)境.推動資源綜合利用.促進節(jié)能減排目標任務的實現(xiàn).我國將在"十二五"期間在上海等數(shù)百個城市和相關縣城逐步限制使用粘土制品或禁用實心粘土磚。意見指出.到2015年.全國30%以上的城市實現(xiàn)"限粘"、50%以上縣城實現(xiàn)"禁實".有序推進鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村"禁實"工作。意見明確.將分兩批公布"限粘"城市、"禁實"縣城名單.并將"城市限粘、縣城禁實"工作納入"十二五"省級人民政府節(jié)能目標考核。第一批"限粘"城市、"禁實"縣城于20XX底前完成任務。盡快開發(fā)地鐵渣土磚.不僅能在"限粘"之后迅速地占領市場.還能有效的降低對土地資源的破壞.社會效益和經(jīng)濟效益十分顯著。前期工作為探尋適合XX市市情的建筑垃圾綜合利用途徑.將建筑垃圾資源化利用推向更多領域、更深層次.確保XX建設實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展.并拓展企業(yè)業(yè)務.推進企業(yè)轉型.我們開展了大量的前期工作。技術調研為了對XX地區(qū)地鐵渣土燒制空心磚從技術層面進行可行性.公司對在建1號線的地鐵區(qū)間和車站的情況進行了大量的調研.該地區(qū)主要地質的組成如下表所示：表2隧道圍巖分級修正表巖土層序號巖性名稱巖性特征開挖后穩(wěn)定狀態(tài)地下水狀態(tài)分級圍巖基本分級修正后圍巖分級①粉質粘土填土松散-稍密易坍塌ⅡⅥⅥ①1雜填土松散易坍塌ⅡⅥⅥ②粘土硬塑自穩(wěn)能力差ⅡⅤⅥ②1粉質粘土硬塑自穩(wěn)能力差ⅡⅤⅥ②2粉土密實易坍塌ⅢⅥⅥ②3粉細砂中密易坍塌ⅢⅥⅥ④3粉細砂密實易坍塌ⅢⅥⅥ⑤1強風化泥質砂巖ⅢⅤⅥ⑤2中風化泥質砂巖ⅡⅣⅤ⑥1強風化泥質砂巖ⅢⅤⅥ⑥2中風化泥質砂巖ⅡⅣⅤ對于以上的地層.可以分為三類：1.可直接燒制對于粘土和粉質粘土.進行脫水之后.可以通過添加頁巖.煤矸石等粉料直接燒制粘土磚。2.通過配比實驗燒制對于粉土.或含少量粉砂的粘土.可通過添加其它材料.進行配比實驗.燒制空心環(huán)保磚。3.不適宜燒制對于淤泥.粉細砂及砂巖等不適宜用來造磚的材料.可以考慮用作綠化用土.景觀用土.路基填料等等。下面選取1號線XX站~大東門站標段的四站三區(qū)間開挖土體的成份進行分析：表3地質情況與統(tǒng)計結果區(qū)段XX站合~鳳區(qū)間鳳陽路站鳳~明區(qū)間明光路站明~大區(qū)間大東門站地質情況粘土為主.少量雜填土與淤泥質粉質粘粘土為主.含少量粉質粘土以粘土和粉質粘土為主.含部分雜填土和少量粉細砂成份復雜.含粉土、粉質粘土、粉細砂以粉土為主.含少量咋填土、粉質粘土和粉細砂以粉土和粉質粘土為主.含部分強風化泥質砂巖成份復雜.含大量粉土、粉細砂及強風化泥質砂巖地下水情況說明除雜填土之外.大部分都含水一半含水.一半不含水除雜填土之外.大部分含水都在地下水位以下除雜填土之外.大部分含水都在地下水位以下除雜填土之外.大部分含水是否適宜做渣土磚★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★通過統(tǒng)計結果說明.XX地區(qū)地鐵渣土成份存在一定的差異.有些渣土經(jīng)脫水后可以直接用來燒制粘土磚.有些渣土要進過分揀和配比實驗方可用作燒磚材料.有些渣土成份比較復雜.且含大量不宜燒制磚塊的成份.應考慮其他用途。在項目啟動后.必須針對地鐵各個標段地質的實際情況.并根據(jù)其工程進度<不同階段出土成份不一致>.有選擇性地對渣土進行處理.從而最大限度地提高渣土的處置效率.降低運營成本。亟需解決的問題目前在國內投資開發(fā)建筑廢棄物利用項目.既是機遇也是挑戰(zhàn).需要做好充分的準備.只有建立一定的環(huán)境.項目才可以運行。1.加大建筑渣土資源化科研工作扶持力度科研工作是建筑渣土資源化的基礎.沒有合適的技術方案.建筑渣土的資源化就無從談起。所以.要加大對建筑渣土資源化利用進行技術開發(fā)企業(yè)的扶持投入力度.重點支持研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化轉化。2.建議政府出臺相關辦法.保證供、銷渣土綜合利用必須由政府發(fā)文件強制推行.研發(fā)企業(yè)采取特許經(jīng)營權模式.進行渣土統(tǒng)一再生、利用.這樣才能保證企業(yè)的長期生存和發(fā)展。企業(yè)按照相關的標準處置建筑廢棄物.但是生產(chǎn)的產(chǎn)品必須大部分能被政府建設項目使用消化.非政府投資的商業(yè)建設項目也要優(yōu)先使用本城市生產(chǎn)的再生產(chǎn)品。渣土供給可以采取特許經(jīng)營方式或由軌道公司和我公司組建合資公司.由我公司統(tǒng)一組織脫水運輸.脫水及運輸費用可經(jīng)審計局、軌道公司、重點局等途徑確定。資源化產(chǎn)品可以要求建筑設計部門在設計環(huán)節(jié)優(yōu)先采用建筑垃圾新型建材.在保證建筑質量和相關要求的前提下.任何部門、單位不得以任何理由拒絕采用建筑垃圾新型建材；各級財政、市政建設部門在城市公用設施和公共建筑的建設過程中.優(yōu)先采用建筑垃圾新型建材.可以規(guī)定凡在XX招標投標中心招標的項目.對能使用建筑垃圾新型建材的.如研發(fā)企業(yè)能生產(chǎn)的.由招標人直接采購