引言

持續的高強度城市開發建設產生的大量建筑廢棄物，使得城市固體廢棄物管理問題日益突顯．在中國，2018年12月國務院辦公廳印發的《“無廢城市”建設試點工作方案》，2021年5月國家發展和改革委員會、科技部、工業和信息化部等部門印發的《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》以及2021年7月國家發展和改革委員會編制印發的《“十四五”循環經濟發展規劃》，均對固體廢棄物減量、資源化和無害化處置提出了要求．在中國粵港澳大灣區建設中，固體廢棄物處置的協同機制、資源化技術的研發有待進一步開拓，且隨著生態環境壓力的加大，亟需對固廢資源循環利用方案進行探索．以深圳市為例，其固體廢棄物中的工程渣土的產生量和全市的承載能力已嚴重失衡．2015—2019年，深圳市建筑廢棄物年均產生質量是深圳市生活垃圾總質量的19倍．其中，工程渣土體積約占建筑廢棄物的75%~80%，產生量已遠超深圳市工程渣土受納場承載能力．作為無廢城市試點之一，深圳市積極展開試點工作，對工程渣土處置問題進行探索．2019年制定了《深圳市工程泥漿施工現場處理試點工作方案》，組織深圳地鐵集團開展現場試點工作．雖然試點工作的開展有助于工程渣土處置難題的解決，但仍存在較多問題，如所采用的處理設備集成化和模塊化程度低，設備占地面積與處理能力不匹配，對不同地層適應性弱等，這些問題對工程渣土的處理能力及經濟、環境與社會效益均存在重大影響．因此，亟需對現存問題詳細分析，探索一套可靠、有效、經濟的解決方案，實現工程渣土高效的源頭減量、資源化利用和無害化處置．本研究以深圳市地鐵盾構渣土為研究對象，通過問卷調查、專家訪談以及實地調研等手段收集各地鐵工程盾構渣土試點項目的一手資料，系統分析盾構渣土在現場處置中詳細問題，并提出改進措施，為規范深圳市盾構渣土現場處置活動，實現無害化、減量化和資源化處理提供參考．1深圳市盾構渣土處置概況盾構法施工因具有快速、安全和可靠等優勢，已成為地鐵和隧道等地下工程的主要施工工法，深圳市地鐵建設也主要應用盾構法施工．雖然盾構法施工對深圳交通建設的發展起到了重要作用，但同時也產生了大量盾構渣土，每千米地鐵盾構施工至少產生4.5×104m3的盾構渣土，截至2030年，深圳市仍有超過500km的軌道交通規劃建設規模．考慮到深圳市工程渣土受納場承載能力，盾構渣土處置問題將變得日益嚴峻．盾構渣土不同于普通的工程渣土．在盾構施工中，為順利掘進，往往會在掘進過程中添加泡沫劑和高分子聚合物等對生態環境影響較大的物質．因此，由盾構產生的渣土不能簡單地通過填埋和堆放進行處置，未經處理的填埋和堆放容易導致渣土內含的有害物質污染土壤和水體，對環境產生負面影響．同時，由于盾構渣土中含有大量流動性泥漿，含水率高，運輸途中容易產生泄漏等問題，常規工程渣土受納場很難接納，而簡單地堆積有可能造成滑坡等安全事故，因此處置難度較大．盾構渣土作為一種建筑廢棄物，對其進行資源化利用是一種高效的處置方法．2020年深圳市建筑廢棄物產生量為9.476×107m3，各處置方式中，通過外運方式進行平衡處置的量占全市建筑廢棄物總體積的70.7%，資源化利用（包括圍填海、綜合利用和工程回填）的量約占總體積的26.6%．考慮到建筑廢棄物中工程渣土（含盾構渣土）的占比較高，中國的盾構渣土資源利用率僅為1%左右．雖然深圳市整體盾構渣土資源化利用水平相對較好，但主要處置方式仍以外運為主，資源化利用水平仍有巨大的提升空間．因此，深入探索盾構渣土資源化利用對深圳市進一步挖掘資源化利用潛力極具價值，且能提升全國的盾構渣土資源化利用水平．為進一步對深圳市盾構渣土資源化利用展開探索，并有效遏制盾構渣土海路或陸路運輸途中泥漿亂排和污染環境等現象，2019年下半年，深圳市住房和建設局對在建地鐵項目展開了盾構渣土現場處置試點工作．通過對渣土篩分和對細顆粒渣土、泥漿壓濾，實現盾構渣土的泥砂和泥水分離，達到盾構渣土減量化和控制余泥含水率目標．本研究第1批試點項目集中在深圳地鐵6號、12號、13號和16號線．根據試點項目的效果，制訂深圳市盾構渣土處置辦法、技術規范和工程造價清單．

2深圳市盾構渣土現場處置問題分析2019年12月至2020年4月，以深圳地鐵6號、12號、13號和16號線的4個盾構渣土現場處理項目為研究對象，通過問卷調查、專家訪談、現場踏勘和咨詢，了解各試點單位的工程概況，并取各試點現場的砂子和泥餅樣品進行檢測分析．

2.1現場處置工藝情況調研發現，每個試點現場所使用的盾構渣土處理設備及工藝流程并不相同，這與盾構區間土質特性和實施單位的技術能力有關．表1為4個試點現場的盾構區間主要土質類型或特點、工藝流程和處理設備類型等信息．由表1可知，各試點現場已形成較為完善的盾構渣土處置流程，均包含了進料、篩分、泥漿調理、壓濾及尾水處理等環節．各試點現場所使用的設備主要包括振動篩、除砂器、滾筒篩、沉淀罐、水力旋流器、泥漿凈化設備和板框式壓濾機等．

各試點使用的工藝流程可劃分為預處理、泥漿調理、泥砂分離、泥漿濃縮、壓濾脫水、尾水處理和集成化控制等7個子系統（圖1）．其中，僅6號線試點項目安裝了集成化控制系統．各子系統主要功能如下：1）預處理：利用篩分設備對盾構渣土進行預篩分處理，篩出大塊巖石顆粒，可用高壓沖水將泥漿分散．2）泥漿調理：加水稀釋泥漿，對泥漿中殘留的泡沫劑進行消泡和除味．3）泥砂分離：將經過稀釋消泡后的漿液輸送至除砂設備中進行泥砂分離．4）泥漿濃縮：將已分離砂粒的工程泥漿從泥漿池輸送至泥漿濃縮罐，進一步濃縮提高泥漿含固率．5）壓濾脫水：將濃縮后的泥漿輸送至壓濾機，進行壓濾脫水，泥漿經過壓濾脫水后形成的泥餅含水率（水的質量分數）不得超過40％．6）尾水處理：通過物理、化學和生物等方法對泥漿處理工藝過程中產生的尾水進行凈化處理．7）集成化控制：由可編程邏輯控制器（pro?grammable logic controller，PLC）控制系統、人機交互系統和監測通訊系統組成，可滿足控制室遠程自動或手動控制、現場本地控制、關鍵參數檢測及系統故障報警等基本需求.。

2.2樣品檢測為進一步確定試點項目中砂土和泥餅的參數，對4個試點現場收集的砂和泥餅進行檢測．具體操作步驟為：①稱取砂與泥餅的濕質量；②將砂與泥餅置于105°C烘干箱中烘干，通過質量損失計算砂的含水率（水的質量分數）w1和泥餅的含水率w2；③將砂送至標準篩中進行篩分試驗，計算砂的細度模數Mx［10］．含水率和Mx的計算公式為含水率=m(烘干前)-m(烘干后)m(烘干后)×100%（1）Mx=(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1100-A1（2）其中，A1，A2，…，A6分別是孔徑為4.75、2.36、1.18、600、300和150μm篩的累計篩余砂的質量分數．各試點項目砂和泥餅的各項檢測結果如表2．由表2可知，12號線試點項目砂的細度模數較大，16號線試點項目砂的細度模數較小．4個試點項目中砂的含泥量w3（砂中粒徑小于75.00μm的顆粒的質量分數）普遍較高，12號線試點項目中w3約為6號線的2倍．4個試點項目中的w2均小于25%．

2.3處理能力及工藝特點

試點項目的工藝特點進行分析．依據《深圳市住房和建設局關于公開征集泥漿施工現場處理技術方案的通知》對用地面積及脫水干化設備處理能力的要求，判斷各試點項目處理能力是否達標．模塊化和集成化程度主要考慮設備在模塊組合時拆卸的簡便性，以及是否充分利用場地面積進行設備安裝．裝備智能化則體現在是否實現智能化管理．設備對地層適應性主要看各試點項目是否能有效應對盾構區間土質變化問題．由表3可見，4個試點項目中只有12號線項目處理能力滿足要求，其他3個項目需要改進．模塊化和集成化程度方面，12和6號線采用了模塊化設計，13和16號線項目模塊化集成化程度一般．裝備智能化方面，4個試點項目都有所體現，其中，6號線項目程度最高．設備對地層適應性方面，13和6號線項目較好，12和16號線項目一般．

2.4盾構渣土現場處理存在的問題調研結果表明，各試點已形成較為完善的盾構渣土處置流程，可以將盾構渣土處理為石子、砂土和泥餅，各組成材料的含水率滿足《深圳市建筑廢棄物管理辦法》（市政府令330號）運出場（廠）地的要求．但存在以下問題：1）設備對地層適應性弱且現場處理能力不足．4個試點項目的地層土質均不同，且隨著盾構掘進，土質變化明顯．在調研過程中發現，盾構區間土質變化易造成振動篩無法篩分、泥漿溢流及細砂含泥量高等問題，需對工藝設備進行改造升級．設備除了適應性弱以外，還存在處理能力不達標的問題．地鐵13、16和6號線試點項目日處理能力有待提高．根據現場調查，影響處理效率的主要原因有：①泥餅質量含水率過低.對泥餅性質進行測試發現，4個試點現場處理項目的泥餅質量含水率（質量分數）介于21.07%～24.25%，遠低于深圳住建局招標文件規定的要求（<40%）．較低的含水率（水的質量分數）意味較長的壓濾時間，一定程度上會影響壓濾效率和壓濾機使用壽命．②盾構渣土現場處置使用的壓濾機的濾布壽命較短，頻繁更換濾布需要時間，且由于壓濾機濾框給料口經常發送堵塞，濾餅不易取出，對連續生產存在一定影響．③試點項目所采用的處理設備對不同地層土質的適應性弱，處理能力不足．④盾構渣土中含有泡沫劑，在處理過程中需要加入消泡劑進行消泡，占用大量的時間．2）再生砂含泥量偏高和未對泥餅進行資源化處理．再生砂的含泥量（質量分數）為3.56%~7.48%，且含有一定的絮凝劑．根據《建筑用砂》GB/T14684—2011規定，I類砂的含泥量不得大于1.0%，II類砂的含泥量不得大于3.0%，III類砂的含泥量不得大于5.0%．4個試點項目中只有13和6號線試點項目的再生砂符合《建筑用砂》GB/T14684—2011中III類砂的要求，其他兩個試點項目的再生砂需要進一步處理，說明目前的除砂設備需要改進．大量實踐表明，用于制備混凝土的砂的含泥量越高，對混凝土的強度和耐久性的影響越大，需在工序中嚴格控制砂石骨料的含泥量．絮凝劑的殘留問題也會影響混凝土質量．絮凝劑殘留量越高，混凝土的流動性、保坍性能和抗壓強度均會顯著降低．經過壓濾而成的泥餅資源化利用途徑多樣，如利用泥餅制作免燒磚、陶粒、海綿城市設施介質土、種植土、水穩層和高嶺土等，但由于受施工場地限制，4個試點項目的泥餅都是外運填埋，未實現資源化利用．3）盾構渣土處理設備集成化、模塊化和智能化程度偏低．為適應狹小場地的盾構渣土資源化需求，應對設備進行集成化和模塊化設計，方便快速拼接安裝．13及16號線試點項目設備占地面積大，未充分利用場地實現高效渣土處理，設備集成化和模塊化有待提升．考慮到經濟因素，各試點項目主要使用傳統設備，效率高的水力旋流器（除砂器和除泥器）和智能管理系統很少使用．4個試點項目中只有地鐵6號線中山大學-武漢大學區間試點工地安裝了密閉式廠房和中央控制系統，智能化管理程度較高，其余試點項目智能化管理程度較低．3改進措施及建議針對盾構渣土現場處理存在的問題，提出以下改進措施和建議，以期能為經濟高效處理深圳市盾構渣土和資源化利用提供借鑒．1）采用3層振動篩和斜板沉淀設備提高設備適應性和處理能力．為提升盾構渣土處置設備對不同類型渣土的適應性和處理能力，在選取處理設備時，應充分考慮設備參數的可調性和設備的本身特性．如在預處理子系統中，若篩分設備參數可調性差或篩網直徑選擇不當，當盾構渣土組成類型發生變化時，易發生淤堵，對系統處理效率及后續成品質量將造成一定影響，因此，在振動篩分設備的選取時應充分調查盾構區間渣土類型，優先選取振幅范圍、頻率范圍和激振力均可調，且篩分效率高、不易堵孔的3層篩網的篩分設備．泥水分離階段應優先考慮選擇斜板沉淀設備，不宜選用傳統的沉淀塔進行泥水分離．目前，大部分試點仍采用傳統的沉淀塔進行泥水分離，由于沒有斜板或斜管，沉淀效率低，且傳統的沉淀塔一般為現場制作，無法循環利用．為進一步提高泥水分離效率，結合斜板沉淀設備，參與研發了移動式高速泥水分離系統該系統由消能箱、斜板沉淀裝置、排泥裝置、排水裝置及絮凝劑自動添加裝置組成，在東莞清溪河道底泥處置項目中已正常運行3a，該系統的整體處理效率是使用傳統沉淀塔的4倍，運行效果良好．2）采用水力旋流器制成的除砂器提高再生砂質量．目前的盾構渣土現場處理工藝技術上是可行的，只是再生砂中的含泥量較高．采用由水力旋流器和振動脫水篩制成的除砂器代替傳統的滾筒式洗砂機，可提高再生砂的質量，使再生砂滿足《建筑用砂》GB/T14684—2011標準．受施工場地限制，不鼓勵在施工現場對泥餅進行資源化處理，但應將泥餅運至工程渣土集中處理廠進行資源化處理，而不是直接運至東莞和惠州等地填埋．由于滾筒式洗砂機和大直徑水力旋流器僅能做到泥砂分離，而無法將粉土和黏土分開，無法充分發揮泥餅應用潛力．因此，建議在工藝流程中增加除泥器，或者采用研發的盾構渣土生態處理工藝．該工藝設備已在東莞清溪河道底泥處置運行3a，效果良好．對盾構渣土生態處理工藝適當改進后可用于地鐵盾構渣土現場處理或者渣土集中處理．3）提高設備集成化布置、模塊化設計和智能化控制水平．集成化和智能化在盾構渣土處置過程中的優勢較為明顯．集成化主要是在有限的施工場地對設備進行布置，形成最優化和集成度最高的場地布置方案．模塊化設計可方便快速實現各類系統間模塊化安裝．智能化控制是解決設備運行效率和操作簡便性的關鍵，通過設備智能化實現現場少人化管理，并能增強裝備對不同渣土類型的適應性．在 現 場 布 置 前，通 過 前 期 建 筑 信 息 模 型（building information modeling，BIM）建模的實際場景模擬和設備拼裝實現集成化，為開展現場拼裝集成提供依據，實現場地的充分利用，解決場地面積與處理能力不匹配的問題．模塊化設計需充分考慮各類設備間的組合方式和系統間的接口，實現高效拆裝．智能化控制包括采用自動加藥裝置嚴格控制絮凝劑使用劑量，以及智能化分類和智能化粒徑分析，將參數傳輸至可視化中控室內便于與各類設備實行信息交互．實現各設備狀態的實時監控和控制，在提升效率的同時，減少運維人數，節省人力成本．結 語對深圳市盾構渣土現場處理試點項目進行調查研究，分析各試點項目的特點及問題．研究發現：1）試點項目的盾構渣土現場處理工藝技術上是可行的．通過篩分、洗砂、沉淀和壓濾等方法可將4個試點盾構渣土處理為石子、砂土和泥餅（粉土和黏土混合物）等材料，且各材料的含水率（水的質量分數）符合《深圳市建筑廢棄物管理辦法》（市政府令330號）運出場（廠）的相關規定；泥餅含水率低于25%，滿足深圳住建局招標文件規定小于40%的要求．篩分出的石子和再生砂可用作建筑材料，實現了盾構渣土減量化和部分資源化目標．2）試點項目的處理工藝有待于進一步完善．如設備適應性差和現場處理能力不足，再生砂含泥量偏高，泥餅沒有資源化處理，盾構渣土處理設備集成化、模塊化和智能化程度偏低等．為提高盾構渣土現場處理能力和提高產品質量，從設備、工藝、資源化利用、集成化、模塊化及智能化角度提出改進措施和建議：①采用3層振動篩和斜板沉淀設備提高設備適應性和處理能力；②采用水力旋流器制成的除砂器提高再生砂質量；③利用BIM技術、自動化控制技術和信息化技術，提高設備集成化布置和智能化控制水平泥砂分離，而無法將粉土和黏土分開，無法充分發揮泥餅應用潛力．因此，建議在工藝流程中增加除泥器，或者采用研發的盾構渣土生態處理工藝．該工藝設備已在東莞清溪河道底泥處置運行3a，效果良好．對盾構渣土生態處理工藝適當改進后可用于地鐵盾構渣土現場處理或者渣土集中處理．3）提高設備集成化布置、模塊化設計和智能化控制水平．集成化和智能化在盾構渣土處置過程中的優勢較為明顯．集成化主要是在有限的施工場地對設備進行布置，形成最優化和集成度最高的場地布置方案．模塊化設計可方便快速實現各類系統間模塊化安裝．智能化控制是解決設備運行效率和操作簡便性的關鍵，通過設備智能化實現現場少人化管理，并能增強裝備對不同渣土類型的適應性．在 現 場 布 置 前，通 過 前 期 建 筑 信 息 模 型（building information modeling，BIM）建模的實際場景模擬和設備拼裝實現集成化，為開展現場拼裝集成提供依據，實現場地的充分利用，解決場地面積與處理能力不匹配的問題．模塊化設計需充分考慮各類設備間的組合方式和系統間的接口，實現高效拆裝．智能化控制包括采用自動加藥裝置嚴格控制絮凝劑使用劑量，以及智能化分類和智能化粒徑分析，將參數傳輸至可視化中控室內便于與各類設備實行信息交互．實現各設備狀態的實時監控和控制，在提升效率的同時，減少運維人數，節省人力成本．

結 語

對盾構渣土現場處理試點項目進行調查研究，分析各試點項目的特點及問題．研究發現：

1）試點項目的盾構渣土現場處理工藝技術上是可行的．通過篩分、洗砂、沉淀和壓濾等方法可將4個試點盾構渣土處理為石子、砂土和泥餅（粉土和黏土混合物）等材料，且各材料的含水率（水的質量分數）符合《深圳市建筑廢棄物管理辦法》（市政府令330號）運出場（廠）的相關規定；泥餅含水率低于25%，滿足深圳住建局招標文件規定小于40%的要求．篩分出的石子和再生砂可用作建筑材料，實現了盾構渣土減量化和部分資源化目標．

2）試點項目的處理工藝有待于進一步完善．如設備適應性差和現場處理能力不足，再生砂含泥量偏高，泥餅沒有資源化處理，盾構渣土處理設備集成化、模塊化和智能化程度偏低等．為提高盾構渣土現場處理能力和提高產品質量，從設備、工藝、資源化利用、集成化、模塊化及智能化角度提出改進措施和建議：①采用3層振動篩和斜板沉淀設備提高設備適應性和處理能力；②采用水力旋流器制成的除砂器提高再生砂質量；③利用BIM技術、自動化控制技術和信息化技術，提高設備集成化布置和智能化控制水平．