一种TBM开挖料洞内制备砂石骨料的方法及系统与流程

一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法及系统
技术领域
1.本发明涉及隧洞施工技术领域，具体涉及一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法及系统。


背景技术：

2.tbm指的是全断面隧道掘进机，又称为全断面掘进机，也译作全断面(隧道)钻掘机，是专门用在开凿隧道的大型机具。与传统的钻爆法施工相比，tbm法施工具有施工速度快、施工中对围岩的损伤小、减少支护工程量、安全性高、自动化程度高、环保程度高、作业人员少及施工支洞少等优势，在大埋深、长距离、跨流域和跨海洋的隧道工程中应用较广泛。
3.tbm法施工的隧洞，可采用掘进贯通后再衬砌，或采用掘进衬砌同步作业两种方式。对于掘进衬砌同步作业的方式，往往是利用tbm出料皮带机先把物料运输至洞外，经洞外砂石系统和混凝土系统加工生产为混凝土后由运输车运输至tbm作业面附近使用，并不仅需要将所有开挖料送出，还需耗费资源将成品送入洞内，耗费大量的人力物力，并且输送出洞外的开挖料，需要布置较大的渣场或回采料场进行堆存，势必会对外部环境造成影响。另外，采用tbm法施工的隧洞一般很少布置或不布置施工支洞，物料的进出只有很少较长的通道，物料进出隧洞运输距离远、限制条件多，物料运输不便，影响施工效率，影响工程投资。


技术实现要素：

4.针对现有技术中tbm开挖料需先运输出隧洞处理后再运回使用的技术问题；本发明提供了一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法及系统，实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供了一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法，包括以下步骤：
7.在隧洞内将tbm开挖料，按照粒径大小筛分成砂料、整形料和破碎料，所述砂料、所述整形料和所述破碎料的粒径依次增大；
8.将所述破碎料破碎后，按照粒径大小筛分成再碎料、粗石料和待整形料，所述再碎料、所述粗石料和所述待整形料粒径依次减小；
9.对所述整形料和所述待整形料，进行整形，以产出精分料；
10.将所述精分料按照粒径大小筛分成精砂料、精石料和碎石料，所述精砂料、所述精石料和所述碎石料的粒径依次增大；
11.对所述砂料和所述精砂料进行洗砂细砂处理，以产出成品砂。
12.根据tbm开挖料级配试验可知的是，tbm开挖料的品相特点是小粒径物料含量偏
大，整体呈片状，含水率高，针片状含量高，石粉含量高。考虑到原料中砂率已很高，大块石比例偏低，也充分考虑碎石粒形的问题，可优先利用原料中的砂。
13.本发明提供的tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法，其在隧洞内将tbm开挖料，先按照粒径由小到大筛分成砂料、整形料和破碎料，然后将粒径较大的破碎料进行破碎，并将破碎后的物料粒径由大到先筛分成再碎料、粗石料和待整形料，粗石料可直接存储备用，而整形料和待整形料则整形成精分料，精分料则按粒径由小到大筛分成精砂料、精石料和碎石料，精石料和碎石料可直接存储备用，而精砂料和砂料一起经洗砂细砂处理，便可产出成品砂。
14.也就是说，本发明通预筛，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后将预筛出的碎石直接进行破碎后再进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，再将小颗粒碎石整形并进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，尽量提高了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设，并且，直接产出三种规格的，符合衬砌混凝土要求的骨料碎石，以及拌和混凝土的成品砂，不需要将tbm开挖料运出和运如成品砂和成品碎石。
15.综上，本发明实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本，并且减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
16.在一可选的实施例中，在筛分所述tbm开挖料和所述精分料时，均在水喷淋的状况下进行，一方面能够冲刷掉物理上污泥，并且能够防止在分筛过程中产生扬尘，而影响隧洞内空气的质量。
17.具体而言，所述成品砂的粒径小于5mm。
18.具体而言，所述粗石料的粒径为20～40mm，所述碎石料的粒径为10～20mm，所述精石料的粒径为5～10mm。
19.在一可选的实施例中，洗砂细砂处理排出的废水，经浓缩沉淀产出上清液和污泥，污泥则进行压滤处理，以将筛分时产生的污水进行回收处理，以实现废水的回收利用，减少污水的排放。
20.在一可选的实施例中，将所述破碎料破碎后，筛分出的所述再碎料送回破碎装置进行再次破碎，以充分的利用tbm开挖料，避免外运碎石。
21.第二方面，本发明提供了一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的系统，包括：
22.预筛机，用于将tbm开挖料筛分成砂料、整形料和破碎料，所述砂料、所述整形料和所述破碎料的粒径依次增大；
23.破碎机，用于破碎所述破碎料；
24.初筛机，用于将所述破碎料破碎后的物料筛分成再碎料、粗石料和待整形料，所述再碎料、所述粗石料和所述待整形料粒径依次减小；
25.整形机，用于对所述整形料和待整形料进行整形，以产出精分料；
26.精筛机，用于将所述精分料筛分成精砂料、精石料和碎石料，所述精砂料、所述精石料和所述碎石料的粒径依次增大；
27.洗砂细砂组件，用于对所述砂料和所述精砂料进行洗砂细砂处理，以产出成品砂。
28.本发明通预筛机，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后通过破碎机将预筛出的碎石直接进行破碎，再通过初筛机进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，尔后由整形机对小颗粒碎石进行整形，并由精筛机进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，而砂料和精砂料则由洗砂细砂组件进行处理，尽量提高了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设。
29.并且，直接产出三种规格的，符合衬砌混凝土要求的骨料碎石，以及拌和混凝土的成品砂，不需要将tbm开挖料运出和运如成品砂和成品碎石，以实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本，并且减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
30.在一可选的实施例中，还包括：成品砂仓，用于储存所述成品砂；精石仓，用于储存所述精石料；碎石仓，用于储存所述碎石料；粗石仓，用于储存所述粗石料，以便于在隧洞内直接存储符合要求的碎石骨料和成品砂
31.在一可选的实施例中，还包括喷淋系统，所述喷淋系统用于给所述预筛机和所述精筛机提供喷淋水，一方面能够冲刷掉物理上污泥，并且能够防止在分筛过程中产生扬尘，而影响隧洞内空气的质量。
32.在一可选的实施例中，还包括污水处理组件，所述污水处理组件包括：浓缩沉淀池，用于收集和沉淀所述洗砂细砂组件排出的废水；加药器，用于给所述浓缩沉淀池加入絮凝剂；污泥罐，用于储存所述浓缩沉淀池排出的污泥；压滤机，用于压滤所述污泥罐内的污泥；其中，所述浓缩沉淀池上清液出口和所述压滤机的排液端均与所述喷淋系统的进液端相连，以将筛分时产生的污水进行回收处理，以实现废水的回收利用，减少污水的排放。
33.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果
34.1、本发明提供的tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法，通预筛，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后将预筛出的碎石直接进行破碎后再进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，再将小颗粒碎石整形并进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，尽量提高了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设，并且，直接产出三种规格的，符合衬砌混凝土要求的骨料碎石，以及拌和混凝土的成品砂，不需要将tbm开挖料运出和运如成品砂和成品碎石，实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本，并且减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
35.2、本发明提供的tbm开挖料洞内制备砂石骨料的系统，通预筛机，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后通过破碎机将预筛出的碎石直接进行破碎，再通过初筛机进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，尔后由整形机对小颗粒碎石进行整形，并由精筛机进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，而砂料和精砂料则由洗砂细砂组件进行处理，尽量提高
了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设，实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本，并且减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.在附图中：
38.图1为本发明实施例tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法流程示意图；
39.图2为本发明实施例tbm开挖料洞内制备砂石骨料的系统结构示意图。
40.附图中标记及对应的零部件名称：
41.10-预筛机，20-破碎机，30-整形机，40-精筛机，50-洗砂细砂组件，61-成品砂仓，62-精石仓，63-碎石仓，64-粗石仓，70-喷淋系统，80-污水处理组件，81-浓缩沉淀池，82-加药器，83-污泥罐，84-压滤机。
具体实施方式
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
44.在本技术实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
45.实施例1
46.结合图1和图2，本实施例提供了一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法，包括以下步骤：
47.在隧洞内将tbm开挖料，按照粒径大小筛分成砂料、整形料和破碎料，所述砂料、所述整形料和所述破碎料的粒径依次增大；
48.将所述破碎料破碎后，按照粒径大小筛分成再碎料、粗石料和待整形料，所述再碎料、所述粗石料和所述待整形料粒径依次减小；
49.对所述整形料和所述待整形料，进行整形，以产出精分料；
50.将所述精分料按照粒径大小筛分成精砂料、精石料和碎石料，所述精砂料、所述精石料和所述碎石料的粒径依次增大；
51.对所述砂料和所述精砂料进行洗砂细砂处理，以产出成品砂。
52.根据tbm开挖料级配试验可知的是，tbm开挖料粒径小于5mm的物料占比接近35％，且粒形可以满足工程需求；粒径大于40mm的物料占比不到30％；粒径在5mm～40mm的比例接近35％，且针片状含量高。可以看出，tbm开挖料的品相特点是小粒径物料含量偏大，整体呈片状，含水率高，针片状含量高，石粉含量高。考虑到原料中砂率已很高，大块石比例偏低，也充分考虑碎石粒形的问题，可优先利用原料中的砂。
53.基于tbm开挖料的组成，所述成品砂的粒径小于5mm，所述粗石料的粒径为20～40mm，所述碎石料的粒径为10～20mm，所述精石料的粒径为5～10mm。
54.其中，在筛分所述tbm开挖料和所述精分料时，均在水喷淋的状况下进行，一方面能够冲刷掉物理上污泥，并且能够防止在分筛过程中产生扬尘，而影响隧洞内空气的质量。
55.另外，洗砂细砂处理排出的废水，经浓缩沉淀产出上清液和污泥，污泥则进行压滤处理，以将筛分时产生的污水进行回收处理，以实现废水的回收利用，减少污水的排放。
56.在此基础上，将所述破碎料破碎后，筛分出的所述再碎料送回破碎装置进行再次破碎，以充分的利用tbm开挖料，避免外运碎石。
57.可以理解的是，由于石粉含量高，且含水率高，本实施例采用筛分分级除粉和湿法加工工艺；5mm～40mm的碎石直接进行整形；40mm以上的物料进入破碎机20后优先考虑出成品，粒形不满足要求时进行整形，尽量保证粒径较大碎石的产率。由于隧洞内空间有限，加工系统的生产规模和仓储规模按满足一个开挖衬砌循环所需成品进行设置，控制生产规模；生产工艺在满足需求的前提下尽量简化，减少设备数量，控制设备尺寸，降低布置难度。另外，由于tbm开挖料砂率偏高，本系统产出的机制砂的比例偏高，可以将多余的机制砂运出洞外，供其他工程部位使用。
58.基于tbm开挖料的组成，对本实施例提供的tbm开挖料洞内制备砂石骨料的方法做进一步的说明，本实施例在tbm后采用自带驱动的钢平台台车携带相应的生产设备，其在隧洞内通过振动预筛分装置(如圆振动筛分机)将tbm开挖料，先按照粒径由小到大筛分成砂料(小于5mm)、整形料(5～40mm)和破碎料(大于40mm)，然后将粒径较大的破碎料(大于5mm)进行破碎，并将破碎后的物料粒径由大到先筛分成再碎料(大于40mm)、粗石料(20～40mm)和待整形料(小于20mm)，粗石料直接存储备用，而整形料和待整形料则整形(如立轴冲击式破碎机20)成精分料，精分料则按粒径由小到大筛分成精砂料(小于5mm)、精石料(5～10mm)和碎石料(10～20mm)，精石料和碎石料直接存储备用，而精砂料和砂料一起经洗砂细砂处理，便可产出成品砂。
59.也就是说，本实施例通预筛，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后将预筛出的碎石直接进行破碎后再进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，再将小颗粒碎石整形并进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，尽量提高了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设，并且，直接产出三种规格的，符合衬砌混凝土要求的骨料碎石，以及拌和混凝土的成品砂，不需要将tbm开挖料运出和运如成品
砂和成品碎石。
60.综上，本实施例充分考虑了tbm开挖料砂率高、大块石比例偏低、整体呈片状、含水率高、针片状含量高及石粉含量高的特点，不仅优先考虑利用原料中的砂，原料中5mm～40mm的碎石整形，尽量提高了工艺中大粒径碎石产率，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度。并且原料含水率高，基本不会产生粉尘；废水通过处理后将完全回收利用，废水实现了零排放，产生的泥饼随出料胶带机送至洞外统一处理，不会造成环境污染。
61.同时，本实施例实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本；减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
62.实施例2
63.结合图2，本实施例提供了一种tbm开挖料洞内制备砂石骨料的系统，包括：
64.预筛机10，用于将tbm开挖料筛分成砂料、整形料和破碎料，所述砂料、所述整形料和所述破碎料的粒径依次增大；
65.破碎机20，用于破碎所述破碎料；
66.初筛机，用于将所述破碎料破碎后的物料筛分成再碎料、粗石料和待整形料，所述再碎料、所述粗石料和所述待整形料粒径依次减小；
67.整形机30，用于对所述整形料和待整形料进行整形，以产出精分料；
68.精筛机40，用于将所述精分料筛分成精砂料、精石料和碎石料，所述精砂料、所述精石料和所述碎石料的粒径依次增大；
69.洗砂细砂组件50，用于对所述砂料和所述精砂料进行洗砂细砂处理，以产出成品砂。
70.可以理解的是，还包括：成品砂仓61，用于储存所述成品砂；精石仓62，用于储存所述精石料；碎石仓63，用于储存所述碎石料；粗石仓64，用于储存所述粗石料，以便于在隧洞内直接存储符合要求的碎石骨料和成品砂
71.通常，还包括喷淋系统70，所述喷淋系统70用于给所述预筛机10和所述精筛机40提供喷淋水，一方面能够冲刷掉物理上污泥，并且能够防止在分筛过程中产生扬尘，而影响隧洞内空气的质量。
72.相应的，还包括污水处理组件80，所述污水处理组件80包括：浓缩沉淀池81，用于收集和沉淀所述洗砂细砂组件50排出的废水；加药器82，用于给所述浓缩沉淀池81加入絮凝剂；污泥罐83，用于储存所述浓缩沉淀池81排出的污泥；压滤机84，用于压滤所述污泥罐83内的污泥；其中，所述浓缩沉淀池81上清液出口和所述压滤机84的排液端均与所述喷淋系统70的进液端相连，以将筛分时产生的污水进行回收处理，以实现废水的回收利用，减少污水的排放。
73.针对于实施例1记载的tbm开挖料，具体来说：
74.在本实施例中tbm开挖料通过出料胶带机输送至原料仓，随后进入预筛机10(通常为圆振动预筛分机)，预筛机10布置了筛孔尺寸分别为40mm*40mm和5mm*5mm的双层圆振动筛和清水喷洗管路，物料在圆振动筛上被水冲洗除泥，并被分级为大于40mm(破碎料)、5mm
～40mm(整形料)和小于5mm(砂料)的物料。大于40mm的物料被送入破碎机20(如反击式破碎机20)，5mm～40mm的物料被送入整形机30(如立轴冲击式破碎机20)，小于5mm的物料进入洗砂细砂组件50。
75.由于tbm开挖料整体呈片状，在反击式破碎机20中可以被充分的破碎，也在反击式破碎机20中被整形，然后进入初筛机。相应的，初筛机布置了筛孔尺寸分别为40mm*40mm和20mm*20mm的双层圆振动筛，而为了保证进入初筛机的物料尽可能低的含水量，初筛机进行干筛，粒径大于40mm的物料(再碎料)在此被选出后返回破碎机20循环破碎至40mm以下。粒径为20mm～40mm的物料如果粒形满足要求，则直接进入粗石仓64，如果粒形不能满足要求，则进入整形机30(立轴整形机30)中整形；粒径小于20mm的物料(待整形料)与选出的(整形料)5mm～40mm的物料一起进入整形机30中整形，然后输入精筛机40。通常，整形机30选择转速为50m/s左右的立轴冲击式破碎机20。
76.精筛机40布置了筛孔尺寸分别为20mm*20mm、10mm*10mm和5mm*5mm的三层圆振动筛和清水喷洗管路。喷洗管路不仅可以除去碎石中的石粉，避免筛分过程中产生粉尘，而且可以提高物料的筛分效率。进入精筛机40的物料被分级为40mm～20mm(粗石料)、20mm～10mm(碎石料)、10mm～5mm(精石料)和小于5mm(精砂料)的物料，40mm～20mm的物料直接进入粗石仓64、20mm～10mm的物料直接进入碎石仓63，10mm～5mm的物料直接进入精石仓62，小于5mm的物料与废水一起进入洗砂细砂组件50。
77.洗砂细砂回组件包括斗轮洗砂机、细砂回收旋流器和脱水筛，粒径小于5mm的物料和废水一起进入洗砂细砂回组件后，经斗轮洗砂机和细砂回收旋流器清洗回收，经脱水筛脱水后进入成品砂仓61，废水进入废水处理组件。
78.废水处理组件包括浓缩沉淀池81、加药器82、污泥罐83和压滤机84，各环节产生的生产废水进入该组件后进行处理，产生的废水进入清水池循环利用，产生的泥饼则由tbm出料皮带机送出洞外集中处理。
79.需要说明的是，由于tbm开挖料砂率偏高，本系统产出的机制砂的比例偏高，可以将多余的机制砂运出洞外，供其他工程部位使用。
80.综上，本实施例通预筛机10，将可直接制备的砂料与碎石分开，然后通过破碎机20将预筛出的碎石直接进行破碎，再通过初筛机进行粗筛，便可产出符合要求的大颗粒碎石，尔后由整形机30对小颗粒碎石进行整形，并由精筛机40进行精筛，以直接产出精石料和碎石料，而砂料和精砂料则由洗砂细砂组件50进行处理，尽量提高了大粒径碎石产率，而产生的精砂料则和砂料一起经洗砂细砂处理，制得成品砂，控制了生产和储存规模，简化了加工工艺，减少设备数量，降低了布置难度，可在空间有限的隧洞内布设。而采用自带驱动的钢平台台车携带一整套的砂石骨料生产系统，可以布置在tbm后不远处，就近利用。
81.另外，直接产出三种规格的，符合衬砌混凝土要求的骨料碎石，以及拌和混凝土的成品砂，不需要将tbm开挖料运出和运如成品砂和成品碎石，以实现了tbm洞挖料的就近加工和使用，避免了洞内物料外运加工并返运的情况发生，简化了施工程序，节约了施工工期，降低了工程成本，并且减少外运物料的规模，不仅减小了出料胶带机等运输设备的规模，而且减少了洞外渣场或回采料场的用地规模，降低了征地移民规模和难度，节约了工程投资。
82.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。