本發(fā)明涉及采取環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國建筑業(yè)飛速發(fā)展，工程泥漿和渣土作為工程建設(shè)的“副產(chǎn)品”引起國家的重視。而傳統(tǒng)上工程泥漿和渣土產(chǎn)生量預(yù)測主要通過經(jīng)驗方法進(jìn)行大致估算，以進(jìn)行泥漿存儲池容積估算和施工成本估算，通常按照開挖體積的1:4(砂土)～1:7(粘性土)做為泥漿產(chǎn)生量和外運(yùn)總量的測算指標(biāo)，開挖產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行簡單沉淀后主要采取直接棄漿外運(yùn)排放，隨著施工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗法估算已不能滿足當(dāng)今施工生產(chǎn)需要。

目前，我國工程泥漿和工程渣土產(chǎn)生量大、綜合利用率低，大量工程泥漿和渣土無序處理與無效利用，而實際施工過程中產(chǎn)生的工程泥漿和渣土可以作為一種潛在的資源被重復(fù)利用，為了更好的實現(xiàn)其無害化、減量化、資源化處理，科學(xué)預(yù)測其實際可資源化產(chǎn)量對于其后續(xù)處理至關(guān)重要。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中的建筑工程垃圾的產(chǎn)量預(yù)測方案基本被歸納五種方法，包括：人均數(shù)乘法、現(xiàn)場調(diào)研法、單位產(chǎn)量法、灰色理論模型法和材料流分析法。這些方法對于建筑工程垃圾產(chǎn)量預(yù)測的研究大多是僅使用于某單一具體項目，無法推廣于一類建筑工程垃圾的產(chǎn)量預(yù)測。對于工程泥漿和工程渣土可資源化產(chǎn)量預(yù)測來講，國內(nèi)外尚無對于此類建筑工程垃圾的定量預(yù)測模型研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法，以實現(xiàn)對建筑工程施工過程中的泥漿和渣土進(jìn)行科學(xué)預(yù)測產(chǎn)生量、最終實現(xiàn)資源化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法，包括：

根據(jù)盾構(gòu)施工、樁基施工、基坑施工、地連墻施工四種施工過程中泥漿和渣土發(fā)生源特征不同，確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素；

根據(jù)不同的施工類型及其影響產(chǎn)量因素不同，提出不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型；

根據(jù)不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土的體積，從而進(jìn)一步得到可資源化部分泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

優(yōu)選地，所述的確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素，包括：

對于盾構(gòu)施工，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)勘探報告，確定施工施工過程中穿越的土層，根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積；

根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積；

根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重以及不同土層的擴(kuò)散系數(shù)，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的可回收利用的泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

優(yōu)選地，所述的確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素，包括：

對于樁基施工，根據(jù)樁基施工的發(fā)生源特征，樁基泥漿與地下工程的深度有關(guān)，根據(jù)施工深度，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量；

對于基坑施工，根據(jù)基坑施工的發(fā)生源特征，基坑渣土的產(chǎn)量模型與土質(zhì)狀況、基坑的形狀和施工區(qū)域的土壤有關(guān)，根據(jù)基坑的基坑的體積，計算需要排除的廢棄渣土的產(chǎn)生量；

對于地連墻施工，根據(jù)地連墻的發(fā)生源特征，地連墻泥漿與渣土的體積與地連墻的體積有關(guān)，根據(jù)地連墻的體積，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

優(yōu)選地，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

盾構(gòu)施工穿越單一土層時，土層的體積v土的計算方法如下：

v土＝a×l

式中，a為盾構(gòu)施工的橫斷面積，l為該段施工長度。

優(yōu)選地，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工自上而下依次穿越第一土層和第二土層兩種土層，并且土層界限穩(wěn)定時，設(shè)第一土層的最大厚度為h1；第二土層的厚度為h2；盾構(gòu)施工半徑為r，l為該段施工長度，在土層界限保持穩(wěn)定時，兩種土層的體積之比就等于兩種土層橫斷面積之比；

設(shè)第一土層的面積為s1、第二土層的面積為s2，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2；

s1+s2＝πr2

優(yōu)選地，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工穿越三種土層并且土層界限穩(wěn)定時，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，β為第二土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2，第三土層的體積為v3；

優(yōu)選地，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工穿越三種土層并且土層界限不穩(wěn)定時，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3，三種土層自上而下對應(yīng)的體積依次為v1、v2、v3，在第一土層中取一點(diǎn)δ，點(diǎn)δ距離右邊界限起點(diǎn)的距離為l，在δ處取微元dl，在δ處對應(yīng)的粘土層厚度為h3/l，l為施工長度，在δ處粘土對應(yīng)的橫截面積為：

將α的計算公式帶入：

將面積與長度積分可得到：

v2＝v土-v1-v3。

優(yōu)選地，所述的根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積，包括：

在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，成漿土粒的體積v土的計算方法為：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾構(gòu)施工中的土層體積

λi—各土層對應(yīng)的土粒占比

ε—土粒的損失系數(shù)。

優(yōu)選地，所述的根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重計算出需要處理的排棄的泥漿的體積，包括：

在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，設(shè)泥漿池中泥漿的初始比重為ρ1，泥漿的總體積為v泥，泥漿的總重量m1＝v泥×ρ1，成漿土粒的密度為ρ土，成漿土粒顆粒的總重量m土＝ρ土×v土，掘進(jìn)后泥漿的比重為

掘進(jìn)后的泥漿比重較大，需要排棄部分泥漿，再加水調(diào)節(jié)至泥漿的比重為ρ1：

令v水＝μ(v棄-v土)，μ為修正系數(shù)，根據(jù)實際工程項目施工經(jīng)驗，μ＝1.8。

當(dāng)進(jìn)行多環(huán)盾構(gòu)施工掘進(jìn)時：

式中，n≥1，n≤掘進(jìn)的總環(huán)數(shù)；

v水為每一環(huán)盾構(gòu)施工中添加的水的體積；

vni為第n環(huán)盾構(gòu)施工中的土層體積；

λni為第n環(huán)中各地質(zhì)層對應(yīng)的土粒占比；

v棄為盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的需要處理的排棄的泥漿的體積產(chǎn)生量；

因此泥水盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的砂石體積v砂石為

其中τi為可回收利用砂石的占比。

在土壓盾構(gòu)系統(tǒng)中，渣土的體積v渣土的計算方法為：

v渣土＝δ×πr2l

δ為土體的松散系數(shù)，一般取1.04～1.06，r為盾構(gòu)施工的半徑，m；l為計算部分的施工長度,m。

渣土中含砂量計算：

其中τi為可回收利用砂石的占比。

優(yōu)選地，對于樁基施工，根據(jù)施工深度，計算需要排除的廢棄泥漿的體積，包括：

樁基泥漿的體積v樁基的計算方法為：

v樁基＝γ×2π(d/2)×h

γ為孔擴(kuò)散系數(shù)；

v樁基為樁基本身形成的外運(yùn)泥漿體積；

d為樁機(jī)直徑；

h為原地面至設(shè)計樁底間的高差。

灌注混凝土前孔中的泥漿量等同于樁基本身形成的泥漿量，其總量為：v1＝v2

粘土造漿每制作10m3的泥漿需v3m3粘土。故需外運(yùn)的造漿所產(chǎn)生的泥漿量為：

v3＝v1/10

所以，需要外運(yùn)的泥漿總量即可資源化產(chǎn)量為：v樁基＝v1+v2+v3。

優(yōu)選地，對于基坑施工，根據(jù)基坑施工的發(fā)生源特征，基坑渣土的產(chǎn)量模型與土質(zhì)狀況、基坑的形狀和施工區(qū)域的土壤有關(guān)，根據(jù)基坑的基坑的體積，計算需要排除的廢棄渣土的產(chǎn)生量，包括：

v渣土＝δ×v基坑

δ為渣土的擴(kuò)散系數(shù)，v基坑為基坑的體積；

渣土中含砂量為開挖的各土層體積與各土層含砂量乘積之和即：

v砂石＝∑vi·τ。

優(yōu)選地，對于地連墻施工，根據(jù)地連墻的體積，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量，包括：

地連墻渣土的體積v渣土的計算方法為：

v渣土＝δ×v地連墻

δ為渣土的擴(kuò)散系數(shù)，v地連墻為連體墻的體積；

渣土中含砂量為開挖的各土層體積與各土層含砂量乘積之和即：

v砂石＝∑vi·τ

連地墻泥漿的體積v泥漿的計算方法為：

v泥漿＝γ×v地連墻

γ為泥漿的擴(kuò)散系數(shù)，當(dāng)開挖地質(zhì)層為粘土層時，擴(kuò)散系數(shù)γ取1.10，當(dāng)開挖地質(zhì)層為砂土層時擴(kuò)散系數(shù)γ取1.30。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的預(yù)測模型能夠?qū)Σ煌愋偷氖┕み^程中的泥漿和渣土可回收利用的部分進(jìn)行科學(xué)計算產(chǎn)生量，有利于后續(xù)減量化、資源化的處理，對我國建筑工程垃圾的處理處置具有重要意義。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法的處理流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種盾構(gòu)施工中工程泥漿和渣土產(chǎn)生量的定量預(yù)測的方法的處理流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種施工橫斷面的面積計算圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種地質(zhì)層界限不穩(wěn)定計算圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，結(jié)合施工類型的發(fā)生源特征影響，本發(fā)明實施例提供了一種基于系統(tǒng)建模法對工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)量預(yù)測的方法，該方法首次對施工過程中產(chǎn)生的建筑工程垃圾進(jìn)行了提前精準(zhǔn)量化，方便對其接下來的處理做好規(guī)劃，更好的實現(xiàn)對建筑工程垃圾資源化的處置。本發(fā)明技術(shù)中對工程泥漿和工程渣土的發(fā)生源特征進(jìn)行研究，對工程泥漿和工程渣土進(jìn)行產(chǎn)量因素分析，提出工程渣土和工程泥漿的產(chǎn)量預(yù)測模型，并利用模型預(yù)測實際工程中渣土和泥漿的產(chǎn)生量。

本發(fā)明實施例提供了一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法，該方法的處理流程如圖1所示，包括如下的處理步驟：

步驟s110、根據(jù)盾構(gòu)施工、樁基施工、基坑施工、地連墻施工四種施工過程中泥漿和渣土發(fā)生源特征不同，確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素。

對于盾構(gòu)施工，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)勘探報告，確定施工施工過程中穿越的土層，根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積；

根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積；

根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重以及不同土層的擴(kuò)散系數(shù)，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的可回收利用的泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

對于樁基施工，根據(jù)樁基施工的發(fā)生源特征，樁基泥漿與地下工程的深度有關(guān)，根據(jù)施工深度，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量；

對于基坑施工，根據(jù)基坑施工的發(fā)生源特征，基坑渣土的產(chǎn)量模型與土質(zhì)狀況、基坑的形狀和施工區(qū)域的土壤有關(guān)，根據(jù)基坑的基坑的體積，計算需要排除的廢棄渣土的產(chǎn)生量，；

對于地連墻施工，根據(jù)地連墻的發(fā)生源特征，地連墻泥漿與渣土的體積與地連墻的體積有關(guān)，根據(jù)地連墻的體積，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

步驟s120、根據(jù)不同的施工類型及其影響產(chǎn)量因素不同，提出不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型；

步驟s130、根據(jù)不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土的體積，從而進(jìn)一步得到可資源化部分泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

由于盾構(gòu)施工過程產(chǎn)生的渣土和泥漿是所有類型工程泥漿的主要來源，本發(fā)明實施例提供的一種盾構(gòu)施工中工程泥漿和渣土產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法的處理流程圖如圖2所示，包括如下的處理步驟：

步驟s210、結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)勘探報告，確定在施工施工過程中穿過的土層。

一般自上而下依次分層如下：雜填土、素填土、暗塘土、砂質(zhì)粉土、粉砂夾粉土、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、含砂粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、圓礫、粉質(zhì)粘土、粉砂、卵石、粉細(xì)砂、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖和中等風(fēng)化砂礫巖等，并得到相應(yīng)土層的物理學(xué)參數(shù)。不同土層的地質(zhì)條件和土粒組成會影響泥漿和渣土的產(chǎn)量。各個土層的物理學(xué)參數(shù)如下表1所示。

表1

步驟s220、根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性，計算出對盾構(gòu)施工過程穿越的土層的體積。

具體計算方法如下：

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種施工橫斷面的面積計算圖。由于盾構(gòu)施工會同時在一層或多層的土層中掘進(jìn)，各土層的物理性質(zhì)差別較大，在進(jìn)行泥漿產(chǎn)量量化時需要分類計算。

1、盾構(gòu)施工穿越單一土層時，土層的體積v土的計算方法如下：

v土＝a×l

式中，a為盾構(gòu)施工的橫斷面積，單位為m2；l為該段施工長度，單位為m。

2、盾構(gòu)施工自上而下依次穿越第一土層和第二土層兩種土層，并且土層界限穩(wěn)定時，第一土層可以為粉質(zhì)粘土，第二土層可以為粉砂，設(shè)第一土層的最大厚度為h1；第二土層的厚度為h2；盾構(gòu)施工半徑為r，l為該段施工長度。在土層界限保持穩(wěn)定時，兩種土層的體積之比就等于兩種土層橫斷面積之比。因為總體積v土可以求出，根據(jù)其他土層的不同占比可求出各土層的體積。

設(shè)第一土層的面積為s1、第二土層的面積為s2，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2。

s1+s2＝πr2

3、盾構(gòu)施工穿越三種土層，并且土層界限穩(wěn)定時：計算方法與②情況相似，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，β為第二土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2，第三土層的體積為v3。

4、圖4為本發(fā)明實施例提供的一種土層界限不穩(wěn)定計算圖。土層界限不穩(wěn)定時，各土層體積的計算方法如下。

盾構(gòu)施工穿越三種土層時，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3。由于地形的變化是多種多樣且具有不穩(wěn)定性，因此在此部分計算時采用了理想化模型，既土層的變化是呈線性變化的狀態(tài)。三種土層自上而下對應(yīng)的體積依次為v1、v2、v3，由于土層界限的不穩(wěn)定，此時采用積分的方法求v1、v2、v3。在第一土層(比如粘土)中取一點(diǎn)δ，距離右邊界限起點(diǎn)的距離為l，在δ處取微元dl。由于土層厚度呈線性變化，在δ處對應(yīng)的粘土層厚度為h3/l。根據(jù)上文橫截面積的計算，可以得出在δ處粘土對應(yīng)的橫截面積為：

將α的計算公式帶入：

將面積與長度積分可得到：

v2＝v土-v1-v3

步驟s230、確定穿越的土層中的土粒占比。

泥漿是由盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的渣土溶于水而形成的。各土層影響工程泥漿的因素及量化方法包括：含沙量、含水量、干渣比例。

根據(jù)地層土性特點(diǎn)和盾構(gòu)掘進(jìn)切削土體特征、泥水分離系統(tǒng)渣土分離原理及特征，粘性土在切削過程中部分以塊狀的形式被循環(huán)泥漿載運(yùn)至分離系統(tǒng)被分離出來，形成干渣，未溶解入泥漿中。部分地層中含有砂石未溶解于泥漿中，因此泥漿的產(chǎn)量與土體中的干渣和砂石有關(guān)。

干渣的量化指標(biāo)根據(jù)實踐分析可進(jìn)行計算，粘性土干渣的比例k1計算方法為

其中，lp為塑性指數(shù)，ll液性指數(shù)，具體數(shù)值參考上表。

在盾構(gòu)泥漿泥砂篩分處理中，篩網(wǎng)可通過粒徑一般為0.25mm。土層中尺寸大于0.25mm的砂石粒會被篩分出來，砂石的比例k2的計算方法為：

k2(％)＝∑(d>0.25)k

k為不同粒徑沙礫在土層中的比例，數(shù)值參考上表。

土壤中的含水量w也會引起泥漿產(chǎn)量的增加，不同土層的含水量不同。

w＝v土×ω

其中v土是開挖土層的體積，ω為該土層的含水率。

土層中除了含沙量、含水量、干渣比例之外，剩余部分為影響泥漿理化性質(zhì)的因素既土層的土粒量，在不同土層中干渣比例、砂石比例、孔隙率和土粒占比如下述表2所示：

表2

步驟s240、根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積，根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重以及不同土層的擴(kuò)散系數(shù)，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土的體積，從而進(jìn)一步得到可回收利用部分泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

計算不同類型的泥漿與渣土用不同的計算模型。

1：在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，成漿土粒的體積v土的計算方法為：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾構(gòu)施工中的土層體積；

λi—各土層對應(yīng)的土粒占比；

ε—土粒的損失系數(shù)

在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，設(shè)泥漿池中泥漿的初始比重為ρ1，泥漿的總體積為v泥，泥漿的總重量m1＝v泥×ρ1，成漿土粒的密度為ρ土，成漿土粒顆粒的總重量m土＝ρ土×v土，掘進(jìn)后泥漿的比重為

掘進(jìn)后的泥漿比重較大，需要排棄部分泥漿，再加水調(diào)節(jié)至泥漿的比重為ρ1：

令v水＝μ(v棄-v土)，μ為修正系數(shù)，根據(jù)實際工程項目施工經(jīng)驗，μ＝1.8。

當(dāng)進(jìn)行多環(huán)盾構(gòu)施工掘進(jìn)時：

式中，n≥1，n≤掘進(jìn)的總環(huán)數(shù)。

vni為第n環(huán)盾構(gòu)施工中的土層體積。

λni為第n環(huán)中各地質(zhì)層對應(yīng)的土粒占比；

v棄為本發(fā)明的方法計算出的盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的需要處理的排棄的泥漿的體積產(chǎn)生量。

因此泥水盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的砂石體積v砂石為：

其中τi為可回收利用砂石的占比。

2：在土壓盾構(gòu)系統(tǒng)中，渣土的體積v渣土的計算方法為：

v渣土＝δ×πr2l

δ為土體的松散系數(shù)，一般取1.04～1.06，r為盾構(gòu)施工的半徑，單位為m，l為計算部分的施工長度，單位為m。

土中含砂量計算：

其中τi為可回收利用砂石的占比。

綜上所述，本發(fā)明提供的預(yù)測模型能夠?qū)κ┕み^程中的泥漿和渣土可回收利用的部分進(jìn)行提前量化，有利于后續(xù)減量化、資源化的處理，對我國建筑工程垃圾的處理處置具有重要意義。

本發(fā)明實施例提供的盾構(gòu)泥漿預(yù)測模型精度范圍為82.78％-94.44％，盾構(gòu)渣土預(yù)測模型精度為約94.49％，兩種模型均具有較高的精度。該方法在工程建設(shè)中不僅可以對垃圾產(chǎn)量準(zhǔn)確估算，還能夠提前規(guī)劃泥漿渣土的處理場地，實現(xiàn)泥漿源頭減量、渣土過程減量的目的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點(diǎn)說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

1.一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法，其特征在于，包括：

根據(jù)盾構(gòu)施工、樁基施工、基坑施工、地連墻施工四種施工過程中泥漿和渣土發(fā)生源特征不同，確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素；

根據(jù)不同的施工類型及其影響產(chǎn)量因素不同，提出不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型；

根據(jù)不同的產(chǎn)量預(yù)測計算模型，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土的體積，從而進(jìn)一步得到可資源化部分泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素，包括：

對于盾構(gòu)施工，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)勘探報告，確定施工施工過程中穿越的土層，根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積；

根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積；

根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重以及不同土層的擴(kuò)散系數(shù)，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的可回收利用的泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素，包括：

對于樁基施工，根據(jù)樁基施工的發(fā)生源特征，樁基泥漿與地下工程的深度有關(guān)，根據(jù)施工深度，計算需要排除的廢棄泥漿的產(chǎn)生量；

對于基坑施工，根據(jù)基坑施工的發(fā)生源特征，基坑渣土的產(chǎn)量模型與土質(zhì)狀況、基坑的形狀和施工區(qū)域的土壤有關(guān)，根據(jù)基坑的基坑的體積，計算需要排除的廢棄渣土的產(chǎn)生量；

對于地連墻施工，根據(jù)地連墻的發(fā)生源特征，地連墻泥漿與渣土的體積與地連墻的體積有關(guān)，根據(jù)地連墻的體積，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

盾構(gòu)施工穿越單一土層時，土層的體積v土的計算方法如下：

v土＝a×l

式中，a為盾構(gòu)施工的橫斷面積，l為該段施工長度。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工自上而下依次穿越第一土層和第二土層兩種土層，并且土層界限穩(wěn)定時，設(shè)第一土層的最大厚度為h1；第二土層的厚度為h2；盾構(gòu)施工半徑為r，l為該段施工長度，在土層界限保持穩(wěn)定時，兩種土層的體積之比就等于兩種土層橫斷面積之比；

設(shè)第一土層的面積為s1、第二土層的面積為s2，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2；

s1+s2＝πr2

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工穿越三種土層并且土層界限穩(wěn)定時，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3，α為第一土層對應(yīng)的圓心角，β為第二土層對應(yīng)的圓心角，第一土層的體積為v1，第二土層的體積為v2，第三土層的體積為v3；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)穿越的土層的種類和土層的穩(wěn)定性計算出土層的體積，包括：

當(dāng)盾構(gòu)施工穿越三種土層并且土層界限不穩(wěn)定時，設(shè)自上而下三種土層最大厚度為h1、h2、h3；面積為s1、s2、s3，三種土層自上而下對應(yīng)的體積依次為v1、v2、v3，在第一土層中取一點(diǎn)δ，點(diǎn)δ距離右邊界限起點(diǎn)的距離為l，在δ處取微元dl，在δ處對應(yīng)的粘土層厚度為h3/l，l為施工長度，在δ處粘土對應(yīng)的橫截面積為：

將α的計算公式帶入：

將面積與長度積分可得到：

v2＝v土-v1-v3。

8.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5、6或者7所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)土層的體積和土層中的土粒占比，計算出盾構(gòu)施工的泥水系統(tǒng)中成漿土粒的體積，包括：

在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，成漿土粒的體積v土的計算方法為：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾構(gòu)施工中的土層體積

λi—各土層對應(yīng)的土粒占比

ε—土粒的損失系數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)成漿土粒的體積、泥漿池中泥漿的總體積和比重計算出需要處理的排棄的泥漿的體積，包括：

在盾構(gòu)泥水系統(tǒng)中，設(shè)泥漿池中泥漿的初始比重為ρ1，泥漿的總體積為v泥，泥漿的總重量m1＝v泥×ρ1，成漿土粒的密度為ρ土，成漿土粒顆粒的總重量m土＝ρ土×v土，掘進(jìn)后泥漿的比重為

掘進(jìn)后的泥漿比重較大，需要排棄部分泥漿，再加水調(diào)節(jié)至泥漿的比重為ρ1：

令v水＝μ(v棄-v土)，μ為修正系數(shù)，根據(jù)實際工程項目施工經(jīng)驗，μ＝1.8。

當(dāng)進(jìn)行多環(huán)盾構(gòu)施工掘進(jìn)時：

式中，n≥1，n≤掘進(jìn)的總環(huán)數(shù)；

v水為每一環(huán)盾構(gòu)施工中添加的水的體積；

vni為第n環(huán)盾構(gòu)施工中的土層體積；

λni為第n環(huán)中各地質(zhì)層對應(yīng)的土粒占比；

v棄為盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的需要處理的排棄的泥漿的體積產(chǎn)生量；

因此泥水盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的砂石體積v砂石為

其中τi為可回收利用砂石的占比。

在土壓盾構(gòu)系統(tǒng)中，渣土的體積v渣土的計算方法為：

v渣土＝δ×πr2l

δ為土體的松散系數(shù)，一般取1.04～1.06，r為盾構(gòu)施工的半徑，m；l為計算部分的施工長度,m。

渣土中含砂量計算：

其中τi為可回收利用砂石的占比。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對于樁基施工，根據(jù)施工深度，計算需要排除的廢棄泥漿的產(chǎn)生量，包括：

樁基泥漿的體積v樁基的計算方法為：

v樁基＝γ×2π(d/2)×h

γ為孔擴(kuò)散系數(shù)；

v樁基為樁基本身形成的外運(yùn)泥漿體積；

d為樁機(jī)直徑；

h為原地面至設(shè)計樁底間的高差。

灌注混凝土前孔中的泥漿量等同于樁基本身形成的泥漿量，其總量為：v1＝v2

粘土造漿每制作10m3的泥漿需v3m3粘土。故需外運(yùn)的造漿所產(chǎn)生的泥漿量為：

v3＝v1/10

所以，需要外運(yùn)的泥漿總量即可資源化產(chǎn)生量為：v樁基＝v1+v2+v3。

11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)基坑施工的發(fā)生源特征，基坑渣土的產(chǎn)量模型與土質(zhì)狀況、基坑的形狀和施工區(qū)域的土壤有關(guān)，根據(jù)基坑的基坑的體積，計算需要排除的廢棄渣土的產(chǎn)生量，包括：

v渣土＝δ×v基坑

δ為渣土的擴(kuò)散系數(shù)，v基坑為基坑的體積；

渣土中含砂量為開挖的各土層體積與各土層含砂量乘積之和即：

v砂石＝∑vi·τ。

12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對于地連墻施工，根據(jù)地連墻的體積，計算需要排除的廢棄泥漿和渣土的產(chǎn)生量，包括：

地連墻渣土的體積v渣土的計算方法為：

v渣土＝δ×v地連墻

δ為渣土的擴(kuò)散系數(shù)，v地連墻為連體墻的體積；

渣土中含砂量為開挖的各土層體積與各土層含砂量乘積之和即：

v砂石＝∑vi·τ

連地墻泥漿的體積v泥漿的計算方法為：

v泥漿＝γ×v地連墻

γ為泥漿的擴(kuò)散系數(shù)，當(dāng)開挖地質(zhì)層為粘土層時，擴(kuò)散系數(shù)γ取1.10，當(dāng)開挖地質(zhì)層為砂土層時擴(kuò)散系數(shù)γ取1.30。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種工程泥漿和渣土可資源化產(chǎn)生量的定量預(yù)測方法。該方法包括：根據(jù)盾構(gòu)施工、樁基施工、基坑施工、地連墻施工四種施工過程中泥漿和渣土發(fā)生源特征不同，確定不同的施工類型影響其施工過程中泥漿和渣土的產(chǎn)量因素；根據(jù)不同的施工類型及其影響產(chǎn)量因素不同，建立不同的計算模型，計算出不同類型施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土的體積，科學(xué)預(yù)測計算可資源化部分泥漿和渣土的產(chǎn)生量。本發(fā)明提供的預(yù)測計算模型能夠科學(xué)定量施工過程中產(chǎn)生的泥漿和渣土可資源化產(chǎn)量，有利于后續(xù)減量化、資源化的處理處置，對我國建筑工程垃圾的處理處置具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：陳蕊;任福民;鄭海;林洋;奚成剛;劉家興;李蘭欣

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2020.12.14

技術(shù)公布日：2021.04.02