Recykling skał tunelowych
Recykling skał tunelowych to metoda przetwarzania gruzu skalnego z tuneli na inne potrzeby użytkowe. Najczęściej stosuje się go do betonowych lub jako podłoże pod budowę dróg. Kruszarki i przesiewacze zwykle używane w kamieniołomach są umieszczane na terenie tunelu w celu kruszenia i przesiewania gruzu skalnego do dalszego wykorzystania. Największy tunelowy zakład recyklingu skał, jaki kiedykolwiek powstał, powstał na potrzeby budowy tunelu Gotthard Base Tunnel co zajęło 17 lat i zakończyło się w 2016 r. 1/5 gruzu skalnego wydobytego do tunelu została poddana recyklingowi i wykorzystana jako kruszywo do betonowej okładziny wewnątrz tunelu.
W przeciętnym projekcie tunelu wydobyta skała jest najczęściej traktowana jako odpad. W większości przypadków jest ona rozdawana lub wykorzystywana na wysypiskach. Uruchomienie zakładu recyklingu gruzu skalnego jest niezwykle kosztowne. Chociaż dla dużego projektu, jak na przykład tunel dwubębnowy dłuższy niż 20 km, jest to wykonalne. Gotthard Base Tunnel był tunelem o długości 57 km.
Możliwości
Wydobyta skała wykorzystywana jako kruszywo betonowe jest korzystna zarówno ekonomicznie, jak i ekologicznie. Mogłoby to generować większą wartość niż wykorzystywanie wydobytej skały jako składowiska odpadów lub zasypywanie starych kamieniołomów . Dodatkowo, konieczność transportu kruszywa mogłaby zostać znacznie zmniejszona, ponieważ utylizacja skały mogłaby być zlokalizowana w pobliżu zakładu przetwórczego i węzła betoniarskiego. Koszt inwestycji w ten obiekt zwróciłby się w dłuższej perspektywie, ponieważ projekt byłby zbliżony do samozaopatrzenia w kruszywa budowlane.
Metody tunelowania
Istnieją dwa główne typy drążenia tuneli: Drill & Blast (D&B) oraz Tunnel Boring Machine (TBM). Obie metody pozwalają na recykling, jeśli jakość skały jest zatwierdzona. Obie metody wymagają pewnego rodzaju przetwarzania. TBM tworzą cząstki skał z nadmierną ilością drobnych cząstek; jest to problem wpływający na jakość zarówno warstwy nośnej, jak i kruszywa betonowego. Przy zastosowaniu metody wykopu tunelowego D&B cząstki mogą osiągnąć wysokość do 800 mm, a frakcja jest znacznie grubsza, zbyt duża dla podłoża i kruszywa betonowego. Zakład przetwórczy ma następujące możliwości manipulowania górotworem: zmniejszenie rozmiaru skały, usunięcie miału, zmniejszenie zawartości wilgoci dodanie handlowego żwiru i piasku w celu wymieszania ich z odpadami z tunelu poddanymi recyklingowi.
Projekty tuneli, w których zastosowano recykling skały tunelowej
Do 2018 r. na całym świecie istnieje siedem potwierdzonych projektów, w ramach których zakończono recykling skał tunelowych (TBM) na poziomie przemysłowym. Wszystkie te projekty są osadzone w Europie Zachodniej iw hard rocku. Beton był używany jako beton torkretowy lub elementy betonowe w tunelach TBM .
| Projekt | Kraj | Rok | km | Miliony ton (metryczne) | Recykling[%] | Średnica (mm) | Odniesienie |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zugwald | Szwajcaria | NA- 1998 | 9.5 | 1.2 | 16% | >16 | |
| Tunel bazowy Gotarda | Szwajcaria | 1999-2016 | 57.1 | 28,7 | 23% | >0 | |
| Koralm KAT2 | Austria | 2013-2023 | 21 | 8.6 | 17% | >16 | |
| Śledź linię | Norwegia | 2016-2021 | 19,5 | 9 | 10%* | >20 | |
| Lötschberg | Szwajcaria | 1999-2007 | 34,6 | 16 | 29,1% | >0 | |
| Linthala | Szwajcaria | 2010-2015 | 3.7 | 1 | 100% | >0 | |
| Nant de Drance | Szwajcaria | 2008-2016 | 5.5 | 1.14 | 25% | >0 |
Wniosek
Na podstawie danych z powyższej tabeli średnio można poddać recyklingowi 20% gruzu tunelowego. Przyczyną niskiego procentu materiału pochodzącego z recyklingu jest w dużej mierze duża ilość wypełniacza powstającego podczas wiercenia. W recepturach betonu przemysłowego nie ma potrzeby stosowania całego tego wypełniacza, ponieważ zakłóciłoby to płynięcie betonu w stanie świeżym.
Przetwarzanie gruzu tunelowego na agregaty
Miażdżący
Główną rolą w obróbce skał tunelowych jest kruszenie skał na mniejsze rozmiary. Rozdrabnianie skał dzieli się na dwie metody oparte na ściskaniu lub uderzeniu, skutkujące różnym rodzajem rozdrobnienia materiału. Kruszarki znajdują zastosowanie w przemyśle kruszywowym i mineralnym, można je również podzielić na stacjonarne i mobilne. Ustawienie kruszarek, wielkości nadawy i prędkości odgrywa ważną rolę w produkcji wysokiej jakości kruszyw budowlanych . Na pewnym etapie rozdrabniania materiał skalny rozpada się na ziarna wolnych minerałów, takich jak np. wolna mika lub kwarc minerały. Na poniższym rysunku przedstawiono różne typy kruszarek. Do spulchniania skały odpowiednia jest kruszarka pionowego wału (VSI). Technologia pozwala skałom zderzać się ze sobą i pękać w naturalnych liniach rozszczepienia. Jest to korzystne zarówno dla podłoża, jak i kruszywa betonowego.
Ekranizacja
W wytaczarce tunelowej (TBM) drążenie tunelu mechaniczne przesiewanie (przesiewacz skalpujący) jest zwykle pierwszym etapem obróbki skały tunelowej. Przesiewacz usuwa cząstki skał o średnicy poniżej 16 lub 20 mm. Ma to na celu usunięcie dużych ilości drobnych cząstek, które powstają podczas drążenia tuneli TBM w twardej skale. Zbyt duża ilość miału w kruszywie betonowym jest niepożądana.
Klasyfikacja i odwadnianie
Jeśli projekt tunelu ma tworzyć kruszywo betonowe jako frakcje 0/8 mm lub 0/4 mm, wymaga bardziej zaawansowanego zakładu przetwórczego. Klasyfikacja obejmuje kontrolę wielkości cząstek < 1 mm. Konwencjonalne przesiewacze i kruszarki nie mają zastosowania poniżej tego rozmiaru. Do klasyfikacji można zastosować szereg metod, choć wszystkie opierają się na pewnych podstawach. Wykorzystują one naturalną siłę grawitacji i odpowiednie zachowanie cząstek do rozdzielania cząstek na frakcje lub rozdzielania cieczy na cząstki (odwadnianie/klarowanie). Jednym z typów klasyfikatorów jest klasyfikator powietrzny . Dokładność klasyfikacji będzie miała znaczenie, ponieważ kruszywa betonowe mają granice graniczne zgodnie z rozkładem wielkości cząstek (klasyfikacja) na wypełniaczu (materiały) we frakcji piasku. Cząstki w tym zakresie wielkości również mają tendencję do skupiania się razem. Zjawiska te nazywane są aglomeracją i są niefortunne z punktu widzenia dozowania betonu. Usuwanie grzywien często odbywa się za pomocą wody, co wymaga oczyszczenia wody przez stację uzdatniania wody. Można to zrobić za pomocą osadników i prasy filtracyjnej , wymagające dość dużo miejsca. Oczyszczona woda może wrócić do usuwania większej ilości drobnych cząstek ze skały tunelu, a cykl jest ciągły.
.jpg)
Tworzenie betonu z kruszyw pochodzących z recyklingu
Recykling skał w celu wytworzenia kruszywa betonowego jest złożoną procedurą i będzie wymagał laboratorium na miejscu w projekcie tunelu. Kruszywo betonowe ma ścisłe wymagania, które należy przetestować, co w niektórych przypadkach może wymagać od 5 do 15 różnych testów laboratoryjnych, dotyczących wytrzymałości mechanicznej, uziarnienia i zanieczyszczeń.
Wymagania kruszywa ze skał tunelowych są badane i mierzone na tym samym poziomie, co kruszywo betonowe z kamieniołomów.
Ze względu na zmienny przepływ wody przez masyw skalny zwykle nie ma pewności, jaka będzie zawartość wilgoci w materiale skalnym. Należy to zmierzyć, ponieważ wpłynie to na ilość wolnej wody dodawanej podczas mieszania betonu, wysoka zawartość wilgoci będzie wymagała dodania mniejszej ilości wolnej wody.
| Głaz | Zmierzenie |
|---|---|
| Wytrzymałość | - Indeks obciążenia punktowego - TBM wymagany pobór mocy |
| Cieniowanie | Analiza sitowa |
| Kruszenie/zużycie | LCPC mikrodewal |
| Podział | Test ścieralności w Los Angeles |
| Kształt | Indeks łamliwości Indeks wydłużenia |
| Zanieczyszczenia |
Reakcja alkalia-krzemionka
zawartość miki Zawartość siarki zawartość wilgoci |
