高效利用和处理出土—全自动化出土识别和分拣系统

小编语

随着碳达峰/碳中和的快速推进，如何更有效的利用隧道掘进过程中产生的出土是一个受到越来越多关注的问题。 高效利用出土既可以节约材料又能省去填埋花费，但对出土的分拣工作有很高的要求。在里昂-都灵铁路隧道的建设过程中，施工团队组建了一套自动化出土分类和运输系统。本期，小编就来带大家一起来了解一下欧洲隧道行业在这方面做的如何！

工程背景

里昂-都灵铁路线全长67km，其中57.5 km由隧道组成，这条铁路线链接了法国的圣-让德莫里埃纳和意大利的布索莱诺两座城市，工程的施工过程中，预计会产3700万吨的出土。

按照欧盟的环境保护要求，施工团队必须限制这些出土处置所产生的环境影响，并减少建设过程中的温室气体排放。

里昂-都灵铁路线全貌

施工团队主要的应对方式是优化出土再利用的效率，尽可能把出土用作隧道内混凝土的骨料和外部结构的回填土；但盾构掘进路线上的大部分区域为混合地层，一般由页岩、砂岩和煤组成。

项目使用的盾构，专为含煤的混合地质而设计

虽然砂岩和页岩是潜在的可利用材料，但煤则完全不适合制成混凝土或用作回填材料。如果施工团队想要高效地利用出土，就必须要对出土进行严格分拣。

自动化分拣

首先施工团队根据实地研究和钻探分析，对出土进行了预分级：

可再利用材料：

砂岩和页岩是潜在的可用材料，它们具有良好的岩土特性，但在使用前需要从粒度曲线角度进行筛选。

不可再利用材料：

煤炭是一种有机岩石，随着时间的推移，其岩土力学特性越来越差，煤炭或含有煤炭的任何其他材料都将被永久堆放，粒度曲线不合适的砂岩和页岩出土也会被归类为不可再利用的材料。

完成出土预分级后，施工团队决定从颜色和颗粒两个方面对出土进行自动分筛。为此，两种光学分析仪器安装到皮带输送机上：

数字化比色仪：

数字化比色仪通过视觉差异来进行材料识别，设备通过频闪光源和高分辨率色彩传感器来分辨出土类型。此外，这种设备还会测量透射光和反射光的强度以辅助判断。数字化比色仪在现场的主要作用是将含煤炭的出土识别出来。

现场设备

粒度仪：

粒度仪的原理是激光三角测量法，光电探测器会收集激光束照射在出土上的散射光，并对其进行分析，以此获取出土的粒度曲线。粒度仪在现场的主要作用是将不适合再利用的砂岩和页岩出土识别出来。

设备原理

两台仪器识别到了不可再利用的出土后，转运平台就会自动切换传送带，将不可再利用出土转送到另一个区域，整套系统可以自主完成从识别到分类的全流程。

自动化的分拣流程

问题与发展

这套自动化的出土分类设备在实际应用的过程中发现了不少的问题：

水的干扰：

施工过程中常会遭遇地下水或因施工需要加水，这会导致出土大量含水，而出土中的水会形成反射，导致比色仪的测量结果失真。为应对这一问题，施工团队加装了湿度计，根据材料的含水量对材料的颜色差异进行补偿。

比色仪配套系统的运作过程

切换频繁：

在实际使用过程中，检测到不可再利用材料的频率很高。这导致传送带需要频繁进行切换。为避免设备损耗，施工团队设置了切换延时系统，这套延时系统虽然会造成一部分可再利用的材料被浪费，但避免了传送带频繁切换带来的故障隐患。

未来发展

施工团队希望在未来能够进一步加强检测设备的识别能力，对可再利用材料中进一步进行区分，他们的目标是自动区分适用于混凝土骨料的出土和适用于回填土的出土。