Đất đào hầm — Nguồn tài nguyên xây dựng đô thị bị sử dụng ít nhất ở Úc
Hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị của Úc — bao gồm đường hầm giao thông, mở rộng đường sắt đô thị, mạng lưới đường ống tiện ích và các điểm giao thông ngầm — tạo ra hàng triệu tấn đá và đất đào bới mỗi năm, hiện đang được xử lý gần như hoàn toàn như một vấn đề xử lý chất thải. Tuyến tàu điện ngầm Tây Sydney, tuyến tàu điện ngầm phía Tây Sydney, đường hầm tàu điện ngầm Melbourne và tuyến đường sắt xuyên sông Brisbane đã tạo ra hàng chục triệu mét khối vật liệu đào bới trong các giai đoạn xây dựng, phần lớn được vận chuyển đến các cơ sở xử lý chất thải được cấp phép với chi phí từ 1.400 đến 1.400 bảng Anh/tấn, bao gồm cả chi phí vận chuyển. Một phần nhỏ được tái sử dụng có lợi làm vật liệu lấp đầy; hầu như không có vật liệu nào được nghiền nhỏ và sử dụng làm cốt liệu xây dựng trong chính các dự án hoặc các công trình cơ sở hạ tầng gần đó — bất chấp chất lượng cao của đá sa thạch Hawkesbury thuộc lưu vực Sydney, đá bùn Silurian thuộc Melbourne và các tầng đá Neranleigh-Fernvale thuộc Brisbane, vốn cấu thành phần lớn vật liệu đào bới từ các đường hầm này.
Môi trường pháp lý và thương mại đang thay đổi. Khung Vật liệu mịn thu hồi của Cơ quan Bảo vệ Môi trường NSW và Khung Vật liệu hạ tầng của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Victoria hiện cung cấp các lộ trình rõ ràng để tái sử dụng đá đào hầm một cách có lợi làm cốt liệu, miễn là đáp ứng các tiêu chuẩn về thành phần. Các chủ đầu tư dự án, bao gồm Cơ quan Giao thông vận tải NSW và Cơ sở hạ tầng Victoria, ngày càng yêu cầu các nhà thầu chứng minh chiến lược tái sử dụng đất thải như một phần của cam kết bền vững trong khung đánh giá hiệu quả dự án. Trong bối cảnh này, một máy nghiền đá di động Việc vận hành tại khu vực cửa hầm hoặc cơ sở quản lý chất thải chuyển đổi chất thải hầm từ một khoản chi phí phải xử lý thành một tài sản vật liệu xây dựng — thay đổi phương trình tài chính của việc quản lý chất thải từ một khoản chi phí thuần túy thành một khoản bù trừ chi phí một phần, giúp giảm ngân sách vật liệu xây dựng tổng thể của dự án.
Đất thải từ hầm đường bộ và đường sắt: Đặc điểm và ứng dụng trong máy nghiền
Đất thải từ máy khoan hầm TBM so với đất thải từ phương pháp khoan nổ mìn: Những thách thức khác nhau về vật liệu.
Việc đào hầm bằng máy khoan hầm (TBM) tạo ra bùn thải – một hỗn hợp dạng bùn hoặc chất thải khô gồm các vật liệu đá nghiền mịn, từ bụi đến các mảnh vụn thường có kích thước dưới 100mm. Vật liệu này đã được giảm kích thước một phần nhờ quá trình cắt của TBM, nhưng cần phải nghiền lại lần thứ hai để đạt được độ hạt đồng nhất phù hợp cho mục đích xây dựng, và thường cần phải phân loại để loại bỏ phần bùn mịn có chứa chất lỏng cắt của TBM. Việc đào hầm bằng phương pháp khoan và nổ mìn tạo ra các mảnh vụn lớn hơn, không đều hơn (thường từ 100–500mm, với một số khối quá khổ) cần phải nghiền sơ cấp trước khi phân loại thành các cấp kích thước cốt liệu. Cả hai loại vật liệu này đều có thể được xử lý thông qua máy nghiền đá để tạo ra cốt liệu có thể sử dụng được, nhưng cấu hình và yêu cầu xử lý sơ bộ khác nhau giữa hai phương pháp đào hầm.
Khai thác theo phương pháp đào hở và lấp lại: Cơ hội tái sử dụng chất lượng cao nhất
Phương pháp đào hở và lấp (cut-and-cover) – được sử dụng cho các đoạn nông hơn của đường sắt ngầm, đường hầm dành cho người đi bộ và đường hầm dịch vụ tiện ích – đào xuyên qua đá gần bề mặt trong các đoạn cắt hở riêng biệt, nơi việc phân loại và tách vật liệu dễ dàng hơn nhiều so với việc xử lý đất đá bằng máy khoan hầm (TBM). Đá đào được từ các công trình đào hở và lấp thường không bị ô nhiễm, dễ tiếp cận để lấy mẫu và đánh giá chất lượng, và có sẵn với khối lượng lớn tại một vị trí trên bề mặt – chính là công trường xây dựng. Sự kết hợp của các yếu tố này làm cho đá đào hở và lấp trở thành loại đất thải đường hầm đơn giản nhất để nghiền và tái sử dụng: nó có thể được đánh giá theo các tiêu chuẩn cốt liệu thông thường, được xử lý qua máy nghiền đá tại khu vực cửa hầm hoặc khu vực tập kết liền kề, và được đặt trực tiếp vào đường vào công trường, khu vực lấp đầy kết cấu hoặc lớp nền trạm biến áp trong phạm vi dự án mà không cần các quy trình quản lý vật liệu phức tạp như đối với đất thải bùn TBM.
Đào hầm sâu: Biến đá đô thị thành vật liệu lấp đầy đô thị
Việc xây dựng các tòa nhà cao tầng tại các khu trung tâm thương mại (CBD) của Úc — Sydney, Melbourne, Brisbane, Perth và Adelaide đều đang tích cực triển khai các dự án xây dựng tháp — liên quan đến việc đào hầm sâu, xuyên qua các tầng đá nằm bên dưới lớp đất đô thị tương đối nông. Việc đào hầm tại CBD Sydney thường xuyên gặp phải đá sa thạch Hawkesbury ở độ sâu 5-15m dưới mặt đường; hầm tại Melbourne gặp đá bùn và sa thạch kỷ Silur; và móng tháp tại Brisbane chạm đến các tầng đá Neranleigh-Fernvale ở độ sâu khác nhau. Việc đào đá đô thị này, thường được loại bỏ bằng búa đá thủy lực và cần cẩu, đại diện cho 5.000-50.000 tấn đá cho mỗi dự án tháp — vật liệu hiện đang được vận chuyển bằng xe tải đến các mỏ đá được cấp phép hoặc các cơ sở xử lý chất thải với chi phí đáng kể và tác động môi trường do việc di chuyển bằng xe tải qua mạng lưới đường xá CBD tắc nghẽn.
Việc nghiền đá đào được tại công trường xây dựng — hoặc ở tầng hầm trong quá trình thi công (đối với các dự án tầng hầm rất lớn có đủ không gian) hoặc tại khu vực tập kết gần đó — tạo ra vật liệu nền đường, vật liệu lấp nền phụ và cốt liệu thoát nước có thể được sử dụng cho việc lấp đầy kết cấu của cùng dự án, nâng cấp đường vào công trường hoặc cung cấp cho các dự án xây dựng liền kề trong cùng khu vực phát triển. Chi phí tiết kiệm so với việc kết hợp xử lý chất thải và nhập khẩu cốt liệu là rất đáng kể trong bối cảnh đô thị, nơi cả phí đổ rác ($150–$300/tấn đối với đá hỗn hợp ở Sydney và Melbourne) và cốt liệu nhập khẩu ($50–$90/tấn) đều ở mức cao. Cấu hình nhỏ gọn gắn trên máy kéo của Watanabe rất có lợi trong bối cảnh này vì nó có thể được định vị và vận hành trong các khu vực tập kết đô thị hạn chế mà các thiết bị di động tự hành không thể tiếp cận nếu không có sự quản lý giao thông phức tạp và các bố trí giao diện tại công trường.
Biến chất thải hầm mỏ thành cốt liệu tái sử dụng — Quy trình xử lý
Đào giếng và xây dựng đường hầm tiện ích
Việc đào giếng tiếp cận cho các công trình tiện ích ngầm – đường hầm cáp điện, giếng dẫn cáp viễn thông, đường hầm chứa nước mưa và cống dẫn nước – tạo ra các khối lượng đá đào riêng biệt tại các vị trí giếng khác nhau trong thành phố. Mỗi giếng thường tạo ra 100–500 tấn vật liệu đào, không đủ để biện minh cho một nhà máy nghiền cố định nhưng lại rất đáng kể khi được quản lý như một chương trình trên nhiều giếng trong cùng một dự án tiện ích. Một máy nghiền di động gắn trên máy kéo di chuyển giữa các vị trí giếng khi quá trình đào diễn ra – được kết nối với máy kéo hiện có tại mỗi vị trí giếng thay vì yêu cầu một máy kéo chuyên dụng cho mỗi giếng – cung cấp khả năng xử lý cốt liệu cho toàn bộ chương trình giếng chỉ với một khoản đầu tư máy nghiền duy nhất, với sản phẩm nghiền từ mỗi giếng cung cấp cho việc khôi phục đường sá địa phương, xây dựng miệng giếng và nhu cầu đường dẫn vào tại vị trí đó.
Đối với các đường hầm chứa nước mưa ngầm và các công trình cải thiện hệ thống thoát nước — những chương trình đầu tư cơ sở hạ tầng liên tục ở hầu hết các khu vực chính quyền địa phương lớn của Úc — đá đào từ việc xây dựng giếng và cửa hầm представляет nguồn cung cấp cốt liệu ổn định trong suốt quá trình thực hiện chương trình kéo dài nhiều năm. Việc thiết lập một hệ thống nghiền đá di động cho các chương trình này chuyển đổi chi phí xử lý chất thải liên tục thành một phương án cung cấp cốt liệu với chi phí thấp hơn, giúp cải thiện hiệu quả chi phí tổng thể của chương trình năm này qua năm khác trong suốt vòng đời của chương trình.
Vật liệu lót hầm: Bê tông phun và bê tông đúc sẵn dạng tấm.
Lớp lót đường hầm ngầm — dù là bê tông phun cho đường hầm khoan nổ mìn hay các đoạn bê tông đúc sẵn cho đường hầm TBM — đều yêu cầu cốt liệu bê tông đáp ứng tiêu chuẩn AS 2758.1 cho bê tông kết cấu, đặc biệt chú ý đến khả năng phản ứng kiềm-silica (ASR) vì môi trường dưới lòng đất duy trì độ ẩm liên tục có thể duy trì sự giãn nở do ASR lâu dài trong suốt vòng đời thiết kế của đường hầm. Trong trường hợp đá đào trong đường hầm có thành phần phù hợp (khả năng ASR thấp, cường độ đủ, không có khoáng chất có hại), việc nghiền nhỏ đá để sử dụng làm cốt liệu bê tông lót sẽ tạo ra hiệu quả kinh tế vật liệu thực sự, giảm cả chi phí mua cốt liệu và cường độ vận chuyển bằng xe tải cho các dự án đường hầm lớn.
Phương pháp này — nghiền đá khai thác và sử dụng nó để lót đường hầm đã tạo ra — đã được áp dụng trong một số dự án đường hầm ở châu Âu và ngày càng được nghiên cứu trong việc đấu thầu xây dựng đường hầm ở Úc khi các cam kết về tính bền vững trong khuôn khổ thực hiện dự án khuyến khích các phương pháp sử dụng vật liệu tuần hoàn. Các yêu cầu đảm bảo chất lượng đối với cốt liệu bê tông lót đường hầm giống hệt với các yêu cầu đối với bất kỳ ứng dụng bê tông kết cấu nào, và cấu hình Watanabe cho ứng dụng này tuân theo cùng một phương pháp như đã mô tả trong các bài viết về cốt liệu xây dựng trong loạt bài này: đánh giá thạch học đá nguồn, thử nghiệm độ mài mòn và độ bền LA, hỗn hợp bê tông thử nghiệm và lấy mẫu chất lượng sản xuất liên tục trong suốt thời gian sản xuất bê tông lót.
Khung pháp lý và môi trường cho việc tái sử dụng đất đào hầm ở Úc
Việc phân loại vật liệu đào hầm theo quy định là tài nguyên (được miễn trừ khỏi quy định về chất thải khi đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng) hay chất thải (yêu cầu xử lý tại cơ sở được cấp phép) là yếu tố quan trọng nhất quyết định tính khả thi về mặt tài chính của chương trình nghiền và tái sử dụng vật liệu đào hầm. Lệnh Thu hồi Tài nguyên đối với Chất thải Rắn Chung (Không Phân hủy) của Cơ quan Bảo vệ Môi trường NSW (NSW EPA) cung cấp lộ trình để vật liệu đào hầm đáp ứng các tiêu chí chất lượng hóa học xác định được phân loại là tài nguyên khi được sử dụng trong các mục đích có lợi cụ thể, bao gồm làm nền đường, vật liệu lấp và cốt liệu thoát nước. Tiêu chuẩn Tham chiếu Môi trường của Victoria đối với vật liệu tự nhiên khai thác (ENM) cung cấp một khuôn khổ tương đương. Hướng dẫn DWER của Tây Úc về vật liệu lấp cung cấp các lộ trình tương tự, mặc dù ít chi tiết hơn, cho việc tái sử dụng vật liệu khai thác có lợi. Trong mỗi trường hợp, các yêu cầu về tài liệu — thử nghiệm đặc tính vật liệu đào hầm, hồ sơ chất lượng sản xuất, theo dõi vật liệu từ khu vực khai thác đến vị trí cuối cùng — phải được thiết lập và duy trì từ khi bắt đầu dự án để đảm bảo lộ trình phân loại theo quy định có sẵn khi vật liệu sẵn sàng để tái sử dụng.
Bộ hồ sơ dự án của Watanabe dành cho các ứng dụng đường hầm được thiết kế để tạo ra các hồ sơ theo dõi vật liệu và bằng chứng chất lượng theo yêu cầu của khung pháp lý về phục hồi tài nguyên của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) tiểu bang — từ các báo cáo đặc điểm đất thải ban đầu, hồ sơ chất lượng lô sản xuất cho đến các chứng từ đặt vật liệu cuối cùng, hoàn tất chuỗi giám sát vật liệu. Quy trình lập hồ sơ này không chỉ cho phép phân loại đất thải nghiền thành tài nguyên theo quy định; mà còn cung cấp cho dự án thương mại bằng chứng về hiệu quả môi trường, góp phần vào báo cáo bền vững theo chương trình Green Star, Công cụ Đánh giá Bền vững Cơ sở hạ tầng (IS) và các khung KPI môi trường cụ thể của dự án ngày càng được tích hợp trong các hợp đồng dự án đường hầm.
Bãi đỗ xe ngầm và việc đào hầm: Kinh tế vật liệu đô thị
Việc đào hầm sâu trong đô thị — việc đào đá sâu cần thiết cho hầm của các tòa nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm nhiều tầng và các công trình ga tàu điện ngầm — tạo ra khối lượng đá khổng lồ, gây tốn kém chi phí xử lý trong môi trường đô thị đông đúc nơi việc đào bới diễn ra. Phí đổ thải đá không bị ô nhiễm tại khu trung tâm Sydney (CBD) dao động ở mức 150.000–1250.000 bảng Anh/tấn trong thời kỳ bùng nổ xây dựng 2023–2025, do sự bão hòa của các bãi đổ thải được cấp phép nằm trong phạm vi vận chuyển kinh tế đến CBD. Với mức phí đổ thải này, việc đào hầm 20.000 tấn tạo ra chi phí xử lý chất thải từ 3.000 đến 150.000 bảng Anh — một khoản mục khiến bất kỳ phương án nghiền và tái sử dụng tại chỗ hoặc gần đó nào cũng trở nên hấp dẫn về mặt thương mại, ngay cả khi cốt liệu nghiền được bán với giá khiêm tốn hoặc được sử dụng làm vật liệu lấp đầy chất lượng thấp trong dự án.
Các nhà phát triển đã tích hợp chiến lược nghiền và tái sử dụng vào chương trình đào hầm móng của họ — thường thông qua thỏa thuận với nhà thầu, trong đó nhà thầu đào hầm vận hành máy nghiền như một phần của phạm vi quản lý đất thải — có thể đạt được tổng tiết kiệm (giảm chi phí xử lý cộng với giảm chi phí cốt liệu nhập khẩu) từ $80 đến $180 mỗi tấn trên tỷ lệ vật liệu được nghiền và tái sử dụng thành công. Với việc tái sử dụng 50% từ 20.000 tấn đất đào hầm, điều này tương đương với việc giảm tổng chi phí dự án từ $800.000 đến $1.800.000 — một khoản tiền đủ để xây dựng nhiều tầng và chứng minh cách quản lý vật liệu tuần hoàn trong phát triển đô thị có thể tạo ra lợi nhuận thương mại mà các phương pháp truyền thống không thể đạt được.
Các yếu tố an toàn và vận hành cần xem xét khi nghiền vật liệu gần hầm mỏ.
Việc vận hành máy nghiền đá liền kề với các công trình đào hầm hoặc tầng hầm đang hoạt động đòi hỏi phải tích hợp với Kế hoạch Quản lý An toàn Công trường (SSMP) của dự án và các quy trình an toàn về không gian hạn chế và đào bới. Các yêu cầu cụ thể chính bao gồm: duy trì vùng cấm giữa khu vực vận hành máy nghiền và bất kỳ hố đào hoặc mép giếng nào đang mở (tối thiểu 2m ngoài vùng cấm kết cấu); giao diện xử lý vật liệu - trình tự di chuyển đá đào từ khu vực làm việc đang hoạt động đến vị trí máy nghiền phải được quản lý để tránh xung đột giữa xe cộ/thiết bị và duy trì tầm nhìn thông thoáng cho người vận hành máy nghiền; quản lý bụi đặc biệt quan trọng trong môi trường đô thị, nơi bụi silica từ việc nghiền đá sa thạch hoặc đá hạt mịn phải được giảm thiểu trước khi ảnh hưởng đến các tòa nhà có người ở liền kề hoặc người đi bộ trên đường phố; và quản lý tiếng ồn theo Kế hoạch Quản lý Tiếng ồn Xây dựng của dự án phải tính đến máy nghiền như một nguồn tiếng ồn đáng kể, với các hạn chế về thời gian trong ngày được áp dụng phù hợp. Watanabe cung cấp dữ liệu tiếng ồn và bụi cụ thể của máy nghiền để đưa vào tài liệu SSMP của dự án, và nhóm có thể tư vấn về các chiến lược định vị và lập kế hoạch vận hành nhằm giảm thiểu tác động tiếng ồn của máy nghiền đối với các đối tượng nhạy cảm liền kề.
Kế toán carbon và chứng chỉ bền vững cho các chương trình tái sử dụng chất thải.
Điểm tín dụng của Công cụ Đánh giá Tính bền vững Cơ sở hạ tầng (IS) và điểm tín dụng Cơ sở hạ tầng Sao Xanh (Green Star Infrastructure) được cấp cho việc giảm thiểu chất thải vật liệu xây dựng và xử lý đất thải đã được xác minh thông qua các chương trình tái sử dụng có lợi. Mỗi tấn đất thải hầm được nghiền và tái sử dụng tại chỗ hoặc trong một dự án gần đó sẽ thay thế cả lượng carbon tích hợp của cốt liệu nhập khẩu mà nó thay thế (khoảng 5–20 kg CO₂-e mỗi tấn đối với đá nghiền) và lượng khí thải vận chuyển liên quan đến việc vận chuyển đất thải bằng xe tải mà nó tránh được. Đối với một chương trình tái sử dụng 50.000 tấn đất thải, tổng lượng carbon tiết kiệm được — thường là 500–1.500 tấn CO₂-e tùy thuộc vào khoảng cách vận chuyển bằng xe tải — đóng góp đáng kể vào các yêu cầu tín dụng bền vững của dự án và có thể tạo sự khác biệt về hiệu quả môi trường của dự án trong Tiêu chí Đánh giá IS hoặc Tiêu chí Đánh giá Hồ sơ dự thầu bền vững.
Khung tài liệu của Watanabe dành cho các ứng dụng đường hầm bao gồm các mẫu kế toán carbon phù hợp với Cơ sở dữ liệu vòng đời sản phẩm của Úc và phương pháp tính toán xếp hạng IS, cho phép các nhà quản lý bền vững dự án định lượng và báo cáo lợi ích carbon của chương trình tái sử dụng đất thải trong một định dạng có thể sử dụng trực tiếp cho việc nộp hồ sơ tín dụng xếp hạng IS. Khả năng lập tài liệu này ngày càng trở thành yếu tố khác biệt khi các nhà thầu lựa chọn nhà cung cấp thiết bị nghiền cho các hợp đồng đường hầm và công trình ngầm lớn, nơi các cam kết báo cáo bền vững được lồng ghép vào khung thực hiện dự án.
Năng lực thi công đường hầm và công trình ngầm của Watanabe
Công ty TNHH Máy nghiền đá Watanabe Tractor của Úc mang đến thị trường đường hầm và công trình ngầm sự kết hợp giữa khả năng nghiền chính xác và hỗ trợ lập hồ sơ dự án, được thiết kế đặc biệt cho môi trường tuân thủ phức tạp của các dự án cơ sở hạ tầng đô thị lớn. Watanabe hiểu rằng chương trình tái sử dụng đất đá thải trong dự án đường sắt đô thị không chỉ đơn thuần là công việc nghiền đá — đó là một hệ thống quản lý vật liệu được lập hồ sơ với các khía cạnh báo cáo về quy định, môi trường và tính bền vững, đòi hỏi nhiều hơn một chiếc máy và một người vận hành. Gói tài liệu dự án của công ty, chuyên môn về cấu hình máy nghiền trên nhiều loại đá hầm của Úc và khả năng triển khai nhanh chóng khiến công ty trở thành đối tác thiết thực cho các nhà thầu đường hầm đang tìm cách thiết lập các chương trình tái sử dụng đất đá thải như một yếu tố tiêu chuẩn trong phương pháp thực hiện dự án của họ. Liên hệ với nhóm Watanabe tại tractor-stone-crusher.com/contact-us/ hoặc email [email protected] Hãy cung cấp cho chúng tôi loại dự án, mô tả đá khai thác và khối lượng đất đào thải để được tư vấn về cấu hình và lập kế hoạch chương trình.
Sản phẩm nổi bật dành cho công tác đào hầm và xây dựng công trình ngầm.
Máy nghiền đá Watanabe PSW-3200 Series
Dòng máy PSW-3200 cung cấp công suất (80–150 tấn/giờ) và khả năng xử lý kích thước vật liệu đầu vào cần thiết cho các ứng dụng nghiền sơ cấp đất thải hầm lò. Cấu hình dẫn động bằng trục PTO cho phép triển khai tại các khu vực tập kết vật liệu trong đô thị mà không cần nguồn điện, và kích thước nhỏ gọn khi gắn trên máy kéo cho phép vận hành trong điều kiện tiếp cận hạn chế điển hình của các công trường xây dựng đô thị. Bộ lưới sàng từ 10–75mm bao phủ toàn bộ các thông số kỹ thuật sản phẩm tái sử dụng đất thải, từ vật liệu nền đường đến vật liệu lấp đầy kết cấu khối lượng lớn. Rôto chịu tải nặng xử lý vật liệu đầu vào không đều, bị nhiễm một phần bê tông phun thường thấy trong đất thải hầm lò khoan nổ mìn. Trọn bộ tài liệu dự án được bao gồm để tuân thủ khung pháp lý về phục hồi tài nguyên của EPA. Phụ tùng và hỗ trợ kỹ thuật tại Úc từ Condell Park NSW 2200.
