盾构渣土综合利用.docx

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盾构渣土综合利用

合肥市轨道交通工程

渣土资源化利用研究与示范项目

调研报告

二○一三年四月

1来源及规模1

2主要的危害2

3处理现状2

3.1国外2

3.2国内3

4综合利用4

4.1空心砖4

4.2路基填料4

4.3注浆材料5

4.4用于夯扩桩5

4.5再生骨料6

4.6其它6

5渣土砖市场优势6

6前期工作7

6.1技术调研7

6.2签订框架协议9

6.3各级科研立项10

7亟需解决的问题10

8社会效益和经济效益11

8.1节约土地11

8.2解决就业12

8.3节能环保12

来源及规模

建筑垃圾可分为土地开挖垃圾,道路开挖垃圾、旧建筑物拆除垃圾、建筑工地垃圾和建材生产垃圾五类,主要由渣土、砂石块、废沥青混凝土块、废水泥混凝土块、砖瓦、碎砖瓦块、废砂浆、废金属、废塑料、废竹木、废玻璃、废瓷片等组成。

其中,土地开挖垃圾,道路开挖垃圾和旧建筑物拆除垃圾的量最大。

目前，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%一40%。

近年来随着我国城市建设的飞速发展和城市居民住宅面积的提高，我国建筑渣土的产生量也随大幅度增加。

我国建筑渣土量平均以每年10%的速度增长。

我国目前处于建设的高峰期,建筑垃圾的产量持续增加。

2010年,我国的建筑垃圾的年产生量（含渣土）达15.5亿吨左右,且呈逐年上升的趋势。

其中,近三年全国平均拆迁建筑面积约6亿平米,约产生建筑垃圾7.8亿吨;按国家住房与城乡建设部规划,到2020年我国尚需要建设300亿平米住宅,平均每年建设面积为20亿平米,约产生建筑垃圾10亿吨（含渣土）,合计17.8亿吨,两组数据基本吻合。

在所有的建筑垃圾中，渣土约占10亿吨左右，这是一个惊人的数字，随着城镇化进程的不断推进，越来越多的城市已经或将开始地铁建设，产生的渣土量今后将不断地提高。

表1为我国目前主要城市已建地铁和规划要建地铁的概况。

表1全国地铁概况

城市

北京

上海

天津

广州

深圳

南京

杭州

哈尔滨

沈阳

成都

武汉

合计

已有里程

419

330

136

236

178

200

48

27

50

32

57

1713

规划里程

561

877

160

600

585

617

270

130

210

275

601

4886

城市

重庆

宁波

无锡

长沙

郑州

福州

合肥

大连

南昌

青岛

西安

合计

已有里程

94

0

0

22

0

0

0

0

0

0

20

136

规划里程

513

248

158

45

202

180

322

68

168

227

225

2356

由表中的统计结果可知，全国规划中还要建设的地铁里程超过5000km，隧道区间直径按6m计算，则每公里地铁开挖将出土约5.7万方，全国将出土2.8亿方土，如果全部采用弃土场堆积，将占用大量的土地资源。

主要的危害

1.占用土地，降低土壤质量。

随着城市建筑垃圾量的增加，土地被占用面积也逐渐加大，大多数垃圾以露天堆放为主，经长期日晒雨淋后，垃圾中有害物质通过垃圾渗滤进入土壤中，从而发生了一系列物理、化学、生物反应，或为植物根系吸收或被微生物合成吸收，造成土壤的污染。

2.影响空气质量。

建筑垃圾在堆放过程中，在温度、水分等作用下，有些有机物质发生分解，产生有害气体；一些腐败的垃圾发出了恶臭气味，同时垃圾中的细菌、粉尘飘散，影响环境质量；少量可燃建筑垃圾在焚烧过程中又会产生有毒的物质，造成了空气污染。

3.对水域的影响。

建筑垃圾在堆放和填埋过程中，因发酵和雨水的冲淋，以及用地表水和地下水的浸泡而产生的渗滤液或淋滤液，会造成周围地表水和地下水的严重污染。

4.破坏市容、恶化城市环境卫生。

城市建筑垃圾占用空间大、堆放无序，甚至侵占了城市的各个角落，恶化了城市环境卫生，与城市的美化与文明发展极不协调，影响了城市的形象。

5.存在安全隐患。

大多数城市对建筑垃圾堆放未制定有效合理的方案，从而产生不同程度的安全隐患，比如建筑垃圾的崩塌现象时有发生，甚至有的会导致地表排水和泄洪能力的降低。

施工场地附近大量堆放的建筑垃圾，容易造成交通堵塞。

处理现状

国外

环顾全球，其他国家在发展过程中也都遇到过建筑垃圾带来的问题，其中一些国家对建筑垃圾的管理政策有过很成功的尝试，他们的一些经验值得我们借鉴。

德国是世界上最早开展循环经济立法的国家。

1955年至今，德国的建筑垃圾再生工厂已加工约1150万立方米再生骨料，并用这些再生骨料建造了17.5万套住房。

同时，德国对未处理利用的建筑垃及按每吨500欧元的标准征收处理费。

据悉，世界上生产规模最大的建筑垃圾处理厂就在德国，这个厂每小时可生产1200吨建筑垃圾再生材料。

德国约有200家建筑垃圾处理企业，年营业额达20亿欧元。

美国每年有1亿吨废弃混凝土被加工成骨料用于工程建设。

通过这种方式实现了再利用，再生骨料占美国建筑骨料使用总量的5%。

在美国，68%的再生骨料被用于道路基础建设，6%被用于搅拌混凝土，9%被用于搅拌沥青混凝土，3%被用于边坡防护，7%被用于回填基坑，7%被用在其他地方。

美国政府1980年制定的《超级基金法》从源头上限制了建筑垃圾的产生量，促使各企业自觉寻求建筑垃圾资源化利用的途径。

荷兰目前已有70%的建筑垃圾可以被循环再利用，但是荷兰政府希望将这一比例增加到90%。

为此，他们制定了一系列法规，建立限制建筑垃圾倾倒处理，强制再循环运行的质量控制制度。

日本从20世纪60年代末就着手建筑垃圾的管理并制定相应的法律、法规及政策措施，以促进建筑垃圾的转化和利用。

1977年，日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》。

1991年，日本政府又推出了《资源重新利用促进法》。

日本对建筑垃圾的主导方针是:

尽量不从施工现场排出建筑垃圾，建筑垃圾要尽可能重新利用，对于重新利用有困难的则应适当予以处理。

韩国政府在2003年制定了《建设废弃物再生促进法》，明确了政府、排放者和建筑垃圾处理商的义务和对建筑垃圾处理企业资本、规模、设施、设备、技术能力的要求。

更重要的是，规定了建设工程义务使用建筑垃圾再生产品的范围和数量，明确了未按规定使用建筑垃圾再生产品将受到哪些处罚。

国内

建筑垃圾经过资源化处置,95%以上可成为工程建设的原材料并能应用在建设工程中去。

目前,我国已有少数地区在政府、企业和研究单位的共同努力下实现了建筑垃圾资源化利用的途径,从管理模式到资源化处置和工程应用都取得了很好的经验和理想的效果。

比如:

出台地方法规、采用特许经营方式等手段推动了建筑垃圾资源化利用的开展,当地的建筑垃圾资源化利用率已达到50%以上甚至100%,利用建筑垃圾生产再生砖、无机混合料、再生骨料混凝土等各种建材产品,应用在建筑工程上最长达17年以上的实践考验,未发现问题。

建筑垃圾完全可以作为一种城市矿产资源使用,节省大量的天然资源,保护环境,具有显着的社会、环境和经济效益。

但全国范围内,我国目前建筑垃圾的主要处置方式是填埋与堆放,据不完全统计,实际建筑垃圾资源化利用率不足1%,主要产品型式为再生砖等。

综合利用

空心砖

为了实现最大限度地利用地铁渣土，结合“绿色地铁”的建设理念，长沙从2009年开始轨道工程渣土综合利用项目的专题研究。

“通过分析地铁渣土的性能、小型模拟试验和权威检测，确定利用地铁废渣土为主要原料制作烧结制品是可行的。

”经过两年多的研究和试点，长沙已经摸索出一条可以推广的有效途径，通过5道工序、大约3天的时间，地铁渣土就可变成新型墙材。

呈稀泥状的地铁渣土运达后，先要进行碾碎，然后搅拌，再通过挤出机成型为砖块，接着人工干燥，最后进行2至3天的焙烧。

这样5道工序全部完成大约需要3天时间，一批合格的新型墙材烧结多孔砖就完成了。

由地铁渣土制成的砖可用于房屋承重墙和非承重墙的建设，目前已经有房产项目开始使用这种“地铁砖”。

利用地铁渣土制砖既解决了自然堆放渣土可能产生的污染环境、土地浪费等问题，也有利于推广高品质的新型墙材，推动绿色建设。

以木马机砖厂为例，按照年产6000万块标准地铁渣土砖烧结多孔砖的产能，每年可消纳轨道工程废渣土10万立方米，以堆高2米计算，可节省渣土堆放场地76亩。

多孔砖比实心砖更节材环保，与原生产同等数量的粘土实心砖比较，可实现节约土地100亩，节约能源3845吨标煤，减排二氧化碳8841吨。

对于消纳废渣土生产新型墙材的企业而言，还将获得一定政策和资金扶持作为鼓励。

据透露，长沙还计划出台相关激励政策来吸引更多企业积极主动参与渣土综合利用，力争在2013年底在地铁工程周边建成不少于4家的渣土综合利用企业，形成年综合利用轨道工程渣土规模达50万立方米，远期还计划新建两条年产1.2亿块标砖烧结自保温墙材生产线。

路基填料

随着经济的高速发展，城市道路及公路大量建设，发生越来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结构材料。

福建交通科研项目“建筑渣土填筑路基技术研究”由福建省交通科研所和福州绕城高速公路公司承担。

项目组通过大量的室内、现场试验研究和数值分析，对福州绕城高速公路西北段沿线建筑渣土的工程特性和路用性能进行深入分析，提出建筑渣土的综合分类法，、基于分维值D指标的建筑渣土级配评价、建筑渣土检查方法和质量控制标准，形成《建筑渣土填筑路基施工技术指南》。

研究结果表明，建筑渣土可适用于94区以下路基填筑，不仅减少公路沿线拆迁建筑渣土外运、处理和路基填筑用土的费用，也可节约砂土、砂石等自然资源，使渣土变废为宝，节省了大量建设资金和土地资源，具有良好的经济、社会效益。

注浆材料

南京长江隧道所穿越的地层主要为淤泥质黏土和高渗透性的粉细砂、砾砂地层。

其中后两者地层占总长度的90%以上。

沿线地质条件表现为高透水性、流塑性、高外水压力（最大水头60m）。

采用泥水盾构施工方法，直径达到14.87m。

在如此大直径的盾构中开挖，对壁后注浆性质的要求将更高，例如良好的流动性和充填性能，以及较低的泌水率和分层度，所需要的量也远远超过了一般的地铁盾构。

沿线还有重要建筑物——长江大堤需要保护，需要严格控制地表沉降。

为此，研究了开挖排放的粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用的问题。

通过考虑地层不均质性——土砂比，研究了各种渣土情况下的浆液性质的变化。

结果表明，盾构开挖排放的粉细砂渣土能够满足盾构壁后注浆施工的要求，浆液配方应根据土砂比的变化，快速作出调整，以保证浆液的性质不发生较大的变化。

用于夯扩桩

利用建筑垃圾如平房改造下来的碎砖烂瓦、废钢渣、矿渣砖、碎石、石子等废物材料为填料，采用特殊工艺和专利施工机具，形成夯扩超短异型桩，是针对软弱地基和松散地基的一种地基加固处理新技术。

近些年来，河北工专新兴科技服务总公司开发成功一种“用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术”，在综合利用建筑垃圾方面有了突破性进展。

该项技术是采用旧房改造、拆迁过程中产生的碎砖瓦、废钢渣、碎石等建筑垃圾为填料，经重锤夯扩形成扩大头的钢筋混凝土短桩，并采用了配套的减隔振技术，具有扩大桩端面积和挤密地基的作用。

单桩竖向承载力设计值可达500～700kN。

经测算，该项技术较其他常用技术可节约基础投资20%左右。

再生骨料

建筑垃圾中的废混凝土块、废砖石、砂浆、渣土经破碎筛分和粉磨等一定的工序后都是作为再生骨料的材料来源废混凝土块经破碎筛分得到粗骨料和细骨料，粗骨料可作为碎石直接用于地基加固、道路和飞机跑道的垫层、室内地坪垫层；细骨料用于砌筑砂浆和抹灰砂浆。

再生骨料具有孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、压碎指标值高和坚固性差的特点，导致再生混凝土工作性差、强度低、收缩大、碳化快、抗冻性能差和抗氯离子渗透性差。

以往的再生混凝土只能用于制备路基材料、混凝土小型空心砌块、花格砖等低强度等级的低性能混凝土。

为了提高再生混凝土的性能，拓宽再生混凝土的应用领域，必须研发各种辅助添加剂和配比方法。

其它

随着城市化进程的不断提速，建筑渣土成几何级速度增长，其资源化也成为时下一个全新的课题。

近年来，宁波市北仑区积极探索建筑渣土资源综合利用管理模式，从拓宽其可利用途径入手，不断创新建筑渣土资源化利用方式，为建筑渣土找到了“新”出路。

北仑中心城区的“银泰天地”建设项目，是该区目前建筑渣土产生量最大的一个工地，出土量超过70万立方米，消纳场地的匮乏一度导致该项目施工进展缓慢通过该区建筑渣土“电子地图”，北仑区渣土部门及时得知通途路小港段两侧有绿化项目需要大量绿化用土。

通过网络平台进行信息对接，该区建筑渣土得到了有效的资源回用。

海滩围涂工程中需要大量建筑渣土，最近几年，北仑先后向梅山岛“七姓涂围涂工程”消纳渣土50余万立方米；向围涂工地调运建筑渣土60余万立方米，有效缓解了渣土消纳压力。

渣土砖市场优势

我国人均耕地资源不到世界平均水平的40%，但因城乡建房烧制粘土砖，一年竟要损毁良田70万亩。

据了解，到2003年，全国人均耕地资源只有1.43亩，其中30%的县、市人均耕地面积已低于联合国规定的人均0.8亩的警戒线。

然而，由于种种原因，我国目前仍是世界上少数几个以实心粘土砖作为主要墙体材料的国家之一。

在我国，墙体材料约占整个房屋建筑材料的70%，其中粘土砖在墙材中仍居主导地位，生产实心粘土砖所需的粘土资源更属可耕地中较优质的粘土，因此，其对土地资源的破坏可见一斑。

据统计，目前全国尚有砖瓦企业9万多家，占地超过500万多亩，每年生产的粘土砖约6000多亿块，耗用粘土资源13亿立方米，按平均挖土深3米折算，相当于每年毁田约70万亩。

2012年9月26日国家发展和改革委员会宣布，为深入推进墙体材料革新，节约能源资源，有效保护耕地和环境，推动资源综合利用，促进节能减排目标任务的实现，我国将在“十二五”期间在上海等数百个城市和相关县城逐步限制使用粘土制品或禁用实心粘土砖。

意见指出，到2015年，全国30%以上的城市实现“限粘”、50%以上县城实现“禁实”，有序推进乡镇、农村“禁实”工作。

意见明确，将分两批公布“限粘”城市、“禁实”县城名单，并将“城市限粘、县城禁实”工作纳入“十二五”省级人民政府节能目标考核。

第一批“限粘”城市、“禁实”县城于2013年底前完成任务。

尽快开发地铁渣土砖，不仅能在“限粘”之后迅速地占领市场，还能有效的降低对土地资源的破坏，社会效益和经济效益十分显着。

前期工作

为探寻适合合肥市市情的建筑垃圾综合利用途径，将建筑垃圾资源化利用推向更多领域、更深层次，确保合肥建设实现循环经济和可持续发展，并拓展企业业务，推进企业转型，我们开展了大量的前期工作。

技术调研

为了对合肥地区地铁渣土烧制空心砖从技术层面进行可行性，公司对在建1号线的地铁区间和车站的情况进行了大量的调研，该地区主要地质的组成如下表所示：

表2隧道围岩分级修正表

岩土层

序号

岩性名称

岩性特征

开挖后

稳定状态

地下水

状态分级

围岩基本

分级

修正后

围岩分级

①

粉质粘土填土

松散-稍密

易坍塌

Ⅱ

Ⅵ

Ⅵ

①1

杂填土

松散

易坍塌

Ⅱ

Ⅵ

Ⅵ

②

粘土

硬塑

自稳能力差

Ⅱ

Ⅴ

Ⅵ

②1

粉质粘土

硬塑

自稳能力差

Ⅱ

Ⅴ

Ⅵ

②2

粉土

密实

易坍塌

Ⅲ

Ⅵ

Ⅵ

②3

粉细砂

中密

易坍塌

Ⅲ

Ⅵ

Ⅵ

④3

粉细砂

密实

易坍塌

Ⅲ

Ⅵ

Ⅵ

⑤1

强风化泥质砂岩

Ⅲ

Ⅴ

Ⅵ

⑤2

中风化泥质砂岩

Ⅱ

Ⅳ

Ⅴ

⑥1

强风化泥质砂岩

Ⅲ

Ⅴ

Ⅵ

⑥2

中风化泥质砂岩

Ⅱ

Ⅳ

Ⅴ

对于以上的地层，可以分为三类：

1.可直接烧制

对于粘土和粉质粘土，进行脱水之后，可以通过添加页岩，煤矸石等粉料直接烧制粘土砖。

2.通过配比实验烧制

对于粉土，或含少量粉砂的粘土，可通过添加其它材料，进行配比实验，烧制空心环保砖。

3.不适宜烧制

对于淤泥，粉细砂及砂岩等不适宜用来造砖的材料，可以考虑用作绿化用土，景观用土，路基填料等等。

下面选取1号线合肥站~大东门站标段的四站三区间开挖土体的成份进行分析：

表3地质情况与统计结果

区段

合肥站

合~凤区间

凤阳路站

凤~明区间

明光路站

明~大区间

大东门站

地质情况

粘土为主，少量杂填土与淤泥质粉质粘

粘土为主，含少量粉质粘土

以粘土和粉质粘土为主，含部分杂填土和少量粉细砂

成份复杂，含粉土、粉质粘土、粉细砂

以粉土为主，含少量咋填土、粉质粘土和粉细砂

以粉土和粉质粘土为主，含部分强风化泥质砂岩

成份复杂，含大量粉土、粉细砂及强风化泥质砂岩

地下水情况说明

除杂填土之外，大部分都含水

一半含水，一半不含水

除杂填土之外，大部分含水

都在地下水位以下

除杂填土之外，大部分含水

都在地下水位以下

除杂填土之外，大部分含水

是否适宜做渣土砖

★★★★★

★★★★★

★★★★

★★

★★★

★★

★

通过统计结果说明，合肥地区地铁渣土成份存在一定的差异，有些渣土经脱水后可以直接用来烧制粘土砖，有些渣土要进过分拣和配比实验方可用作烧砖材料，有些渣土成份比较复杂，且含大量不宜烧制砖块的成份，应考虑其他用途。

在项目启动后，必须针对地铁各个标段地质的实际情况，并根据其工程进度（不同阶段出土成份不一致），有选择性地对渣土进行处理，从而最大限度地提高渣土的处置效率，降低运营成本。

亟需解决的问题

目前在国内投资开发建筑废弃物利用项目，既是机遇也是挑战，需要做好充分的准备，只有建立一定的环境，项目才可以运行。

1.加大建筑渣土资源化科研工作扶持力度

科研工作是建筑渣土资源化的基础，没有合适的技术方案，建筑渣土的资源化就无从谈起。

所以，要加大对建筑渣土资源化利用进行技术开发企业的扶持投入力度，重点支持研发成果的产业化转化。

2.建议政府出台相关办法，保证供、销

渣土综合利用必须由政府发文件强制推行，研发企业采取特许经营权模式，进行渣土统一再生、利用，这样才能保证企业的长期生存和发展。

企业按照相关的标准处置建筑废弃物，但是生产的产品必须大部分能被政府建设项目使用消化，非政府投资的商业建设项目也要优先使用本城市生产的再生产品。

渣土供给可以采取特许经营方式或由轨道公司和我公司组建合资公司，由我公司统一组织脱水运输，脱水及运输费用可经审计局、轨道公司、重点局等途径确定。

资源化产品可以要求建筑设计部门在设计环节优先采用建筑垃圾新型建材，在保证建筑质量和相关要求的前提下，任何部门、单位不得以任何理由拒绝采用建筑垃圾新型建材；各级财政、市政建设部门在城市公用设施和公共建筑的建设过程中，优先采用建筑垃圾新型建材，可以规定凡在合肥招标投标中心招标的项目，对能使用建筑垃圾新型建材的，如研发企业能生产的，由招标人直接采购供应。

3.建议政府优先土地供给政策

为保证建筑垃圾资源化利用项目产业化的快速推进，政府有关部门必须尽快配套相关政策，优先落实处理厂土地供给问题。

我们初步打算建成1家占地面积500亩以上的环保再生示范基地，进行合肥轨道交通工程渣土资源化利用项目研究与示范。

土地供给方面可以考虑政府以土地出资控股，企业以科技投入、科研成果和资金参股的经营模式。

4.尽快制定相应的政策、法规

建筑垃圾资源化工作是一项政府行为，建议有关部门根据合肥市的具体情况尽快制定出一套从建筑渣土的产生、收集、清运到分类、利用的相关法规和优惠政策，来引导和约束建筑企业行为，也让建筑渣土资源化工作有法可依、有章可循。

总之，创新资源化利用建筑渣土的思路、技术和政策，提高我市建筑渣土的资源化利用水平是未来渣土资源化利用的长久主攻方向。

作为我市的环保科技型央企，我们有自己的企业研发中心、博士后流动工作站和长期合作的高等院校，我们有责任、有义务为建设美丽合肥尽自己的一份力量。

社会效益和经济效益

节约土地

以正在建设的地铁1号线、2号线为例，初略估算两条地铁线的总渣土量共达约420万立方米。

如果采取传统的堆放处理方式，按照平均堆高2米计算，这两条线的渣土需要占据约3000亩土地进行堆放。

另外，根据合肥市上报国家发改委的《合肥轨道交通建设规划（2012-2018）》，未来6年，在目前已开建的1号线、2号线一期的基础上，合肥计划再新建约181.1公里的轨道交通线网。

随着轨道交通工程建设步伐的加快和规模的扩大，建设过程中产生的渣土数量将逐年巨幅增长。

解决就业

以河北省某渣土空心砖有限公司为例，建设一个年产1万吨的渣土空心砖生产基地，实现年销售收入1.8亿元，年上缴税金2271万元，年实现利润总额3562万元，经济效益可观，社会效益明显，可以增加当地财政收入，增加就业岗位，解决当地劳动力145人。

节能环保

渣土如若随意外运堆放，不仅需要占据更多宝贵的土地资源，更会严重破坏城市环境、污染道路、影响周边居民生活，而且擅自堆放犹如人工沼泽的盾构泥浆，还将产生严重的安全隐患。

此外弃土场等建筑垃圾在风的作用下形成扬尘，极大地污染大气，严重的甚至引发雾霭天气。

所以，解决渣土资源化利用，对于减少占地、避免环境污染、建设美好城市、建设资源节约型社会都具有十分重要意义。