Tunnelbergsåtervinning
Återvinning av tunnelsten är en metod för att bearbeta stenavfall från tunneldrivning till andra användbara behov. Det vanligaste är för betongmaterial eller som underlag för vägbyggen. Krossar och siktar som normalt används i stenbrott är stationerade på tunnelplatsen i syfte att krossa och sikta stenavfallet för vidare användning. Den största anläggningen för återvinning av tunnelsten som någonsin skapats var för byggandet av Gotthard-bastunneln som tog 17 år och slutfördes 2016. 1/5 av det stenavfall som grävdes ut för tunneln återvanns och användes som ballast för betongbeklädnaden inuti tunneln.
I ett genomsnittligt tunnelprojekt betraktas det schaktade berget mest som avfall. I de flesta fall ges det bort eller används på en soptipp. Att starta upp en anläggning för återvinning av stenavfallet är enormt dyrt. Men för ett stort projekt, som till exempel en dubbeltunnel längre än 20 km, är det möjligt. Gotthardbastunneln var en 57 km lång tunnel.
Möjligheter
Utgrävt berg som används som betongmaterial är fördelaktigt både ekonomiskt och miljömässigt. Det skulle kunna vara mer värdeskapande jämfört med att använda det schaktade berget som deponi eller fylla upp gamla stenbrott . Dessutom skulle behovet av att transportera ballast kunna minska avsevärt eftersom utnyttjandet av berget skulle kunna placeras nära en bearbetningsanläggning och en betongtillverkningsanläggning. Investeringskostnaden för denna anläggning skulle på sikt återbetalas eftersom projektet skulle vara nära självförsörjande i byggmaterial.
Tunnlingsmetoder
Det finns två huvudtyper av tunnling: Drill & Blast (D&B) och Tunnel Boring Machine (TBM). Båda metoderna möjliggör återvinning, om bergkvaliteten är godkänd. Båda metoderna kräver någon form av bearbetning. TBM skapar stenpartiklar med alltför stora mängder fina partiklar; detta är ett problem som påverkar kvaliteten för både underlag och betongmaterial. Vid användning av tunnelgrävningsmetoden D&B kan partiklarna bli upp till 800 mm och det finns en mycket grövre fraktion, för stor för underlag och betongmaterial. Bearbetningsanläggningen har följande val för att manipulera bergmassan: minska stenstorleken, ta bort fina partiklar, minska fukthalten, tillsätt kommersiellt grus och sand för att blanda det med det återvunna tunnelskräpet.
Tunnelprojekt som har återvunnet tunnelberg
År 2018 finns det sju bekräftade projekt världen över som har åstadkommit återvinning av tunnelberg (TBM) på industriell nivå. Dessa projekt är alla placerade i Västeuropa och i hårdrock. Betongen har antingen använts som sprutbetong eller betongelement vid TBM-tunnling .
| Projekt | Land | År | Km | Miljoner ton (metrisk) | Återvinning[%] | Diameter (mm) | Referens |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zugwald | Schweiz | NA- 1998 | 9.5 | 1.2 | 16 % | >16 | |
| Gotthard Base Tunnel | Schweiz | 1999-2016 | 57,1 | 28.7 | 23 % | >0 | |
| Koralm KAT2 | Österrike | 2013-2023 | 21 | 8.6 | 17 % | >16 | |
| Follo linje | Norge | 2016-2021 | 19.5 | 9 | 10 %* | >20 | |
| Lötschberg | Schweiz | 1999-2007 | 34,6 | 16 | 29,1 % | >0 | |
| Linthal | Schweiz | 2010-2015 | 3.7 | 1 | 100 % | >0 | |
| Nant de Drance | Schweiz | 2008-2016 | 5.5 | 1.14 | 25 % | >0 |
Slutsats
Enligt data från tabellen ovan är det i genomsnitt möjligt att återvinna 20 % av tunnelavfallet. Anledningen till den låga andelen återvunnet material beror till stor del på den stora andelen fyllmedel som skapas vid borrning. I industriella betongrecept finns det inget behov av allt detta fyllmedel eftersom det skulle förstöra flödet av betongen i dess färska tillstånd.
Bearbetar tunnelskräp till aggregat
Förkrossande
Huvudrollen vid bearbetning av tunnelberg är att krossa stenarna till mindre storlekar. Krossning av sten är uppdelad i två metoder baserade på kompression eller slag som resulterar i olika typer av fragmentering av materialet. Krossar används inom ballast- och mineralindustrin och kan även delas in i stationära och mobila anläggningar. Installation av krossarna, matningsstorlek och hastigheter spelar en stor roll vid produktion av högkvalitativa byggmaterial . I ett visst skede av sönderdelningen splittras bergmaterialet ner till fria mineralkorn som t.ex. fritt glimmer eller kvartsmineral . I bilden nedan är de olika krosstyperna listade. För kubifiering av berget Vertical Shaft Impactor (VSI) en lämplig kross. Tekniken låter stenarna kollidera med varandra och delas vid de naturliga klyvningslinjerna. Detta är fördelaktigt för både underlag och betongmaterial.
Undersökning
I tunnelborrningsmaskiner (TBM) är mekanisk siktning (scalping screener) normalt det första steget i bearbetningen av tunnelberg. Silaren tar bort stenpartiklar under 16 eller 20 mm diameter. Detta för att ta bort de höga mängder finmaterial som skapas vid TBM-tunnling i hårt berg. För mycket finmaterial i betongmaterial är oönskat.
Klassificering och avvattning
Om ett tunnelprojekt vill skapa betongmaterial som 0/8 mm eller 0/4 mm fraktioner krävs en mer avancerad bearbetningsanläggning. Klassificeringen omfattar storlekskontroll av partiklar < 1 mm. Konventionella siktar och krossar är inte tillämpliga under denna storlek. En rad metoder kan användas för klassificering, även om alla bygger på vissa grunder. Dessa utnyttjar den naturliga gravitationskraften och partiklarnas motsvarande beteende för att separera partiklarna i fraktioner eller dela en vätska från partiklar (avvattning/klarning). En typ av klassificerare är Air classifier . Klassificeringsnoggrannheten kommer att vara av relevans eftersom betongmaterial har gränsgränser enligt partikelstorleksfördelning (gradering) på fyllmedel (material) i sandfraktionen. Partiklar i detta storleksintervall tenderar också att klunga ihop sig. Dessa fenomen kallas agglomeration och är olyckliga när det gäller betongtilldelning. Borttagning av fina partiklar görs ofta med vatten inblandat, detta kräver ett vattenreningsverk för att rena vattnet. Detta kan göras med sedimenteringstankar och filterpress , som kräver ganska mycket utrymme. Vattnet som renas kan gå tillbaka till att ta bort mer finmaterial från tunnelberget och kretsloppet fortsätter.
.jpg)
Skapa betong med återvunnet ballast
Att återvinna sten för att producera betongmaterial är en komplex procedur och kommer att kräva ett laboratorium på plats vid tunnelprojektet. Betongmassa har strikta krav som måste testas, detta kan i vissa fall kräva mellan 5-15 olika laboratorietester, gällande mekanisk hållfasthet, gradering och föroreningar.
Kraven på ballasten från tunnelberget testas och mäts på samma nivå som betongballast från stenbrott.
På grund av varierande vattenflöden genom ett bergmassiv är det normalt en osäkerhet om hur fukthalten i bergmaterialet blir. Detta måste mätas eftersom det kommer att påverka det fria vattnet som tillsätts under betongblandningen, en hög fukthalt kräver att mindre fritt vatten tillsätts.
| Sten | Mätning |
|---|---|
| Styrka | - Punktbelastningsindex - TBM krävs strömförbrukning |
| Betygsättning | Siktanalys |
| Krossbarhet/slitage | LCPC Micro-Deval |
| Splittring | Los Angeles nötningstest |
| Form | Flakiness index Förlängningsindex |
| Föroreningar |
Alkali-kiseldioxidreaktion
Mica shist innehåll fukthalt |
