工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法与流程

本发明涉及采取环境工程技术领域，尤其涉及一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法。

背景技术：

近年来，我国建筑业飞速发展，工程泥浆和渣土作为工程建设的“副产品”引起国家的重视。而传统上工程泥浆和渣土产生量预测主要通过经验方法进行大致估算，以进行泥浆存储池容积估算和施工成本估算，通常按照开挖体积的1:4(砂土)～1:7(粘性土)做为泥浆产生量和外运总量的测算指标，开挖产生的泥浆进行简单沉淀后主要采取直接弃浆外运排放，随着施工技术的发展经验法估算已不能满足当今施工生产需要。

目前，我国工程泥浆和工程渣土产生量大、综合利用率低，大量工程泥浆和渣土无序处理与无效利用，而实际施工过程中产生的工程泥浆和渣土可以作为一种潜在的资源被重复利用，为了更好的实现其无害化、减量化、资源化处理，科学预测其实际可资源化产量对于其后续处理至关重要。

目前，现有技术中的建筑工程垃圾的产量预测方案基本被归纳五种方法，包括：人均数乘法、现场调研法、单位产量法、灰色理论模型法和材料流分析法。这些方法对于建筑工程垃圾产量预测的研究大多是仅使用于某单一具体项目，无法推广于一类建筑工程垃圾的产量预测。对于工程泥浆和工程渣土可资源化产量预测来讲，国内外尚无对于此类建筑工程垃圾的定量预测模型研究。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法，以实现对建筑工程施工过程中的泥浆和渣土进行科学预测产生量、最终实现资源化。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法，包括：

根据盾构施工、桩基施工、基坑施工、地连墙施工四种施工过程中泥浆和渣土发生源特征不同，确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素；

根据不同的施工类型及其影响产量因素不同，提出不同的产量预测计算模型；

根据不同的产量预测计算模型，计算出不同类型施工过程中产生的泥浆和渣土的体积，从而进一步得到可资源化部分泥浆和渣土的产生量。

优选地，所述的确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素，包括：

对于盾构施工，结合当地的地质勘探报告，确定施工施工过程中穿越的土层，根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积；

根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积；

根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重以及不同土层的扩散系数，计算出不同类型施工过程中产生的可回收利用的泥浆和渣土的产生量。

优选地，所述的确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素，包括：

对于桩基施工，根据桩基施工的发生源特征，桩基泥浆与地下工程的深度有关，根据施工深度，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量；

对于基坑施工，根据基坑施工的发生源特征，基坑渣土的产量模型与土质状况、基坑的形状和施工区域的土壤有关，根据基坑的基坑的体积，计算需要排除的废弃渣土的产生量；

对于地连墙施工，根据地连墙的发生源特征，地连墙泥浆与渣土的体积与地连墙的体积有关，根据地连墙的体积，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量。

优选地，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

盾构施工穿越单一土层时，土层的体积v土的计算方法如下：

v土＝a×l

式中，a为盾构施工的横断面积，l为该段施工长度。

优选地，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工自上而下依次穿越第一土层和第二土层两种土层，并且土层界限稳定时，设第一土层的最大厚度为h1；第二土层的厚度为h2；盾构施工半径为r，l为该段施工长度，在土层界限保持稳定时，两种土层的体积之比就等于两种土层横断面积之比；

设第一土层的面积为s1、第二土层的面积为s2，α为第一土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2；

s1+s2＝πr2

优选地，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工穿越三种土层并且土层界限稳定时，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3，α为第一土层对应的圆心角，β为第二土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2，第三土层的体积为v3；

优选地，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工穿越三种土层并且土层界限不稳定时，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3，三种土层自上而下对应的体积依次为v1、v2、v3，在第一土层中取一点δ，点δ距离右边界限起点的距离为l，在δ处取微元dl，在δ处对应的粘土层厚度为h3/l，l为施工长度，在δ处粘土对应的横截面积为：

将α的计算公式带入：

将面积与长度积分可得到：

v2＝v土-v1-v3。

优选地，所述的根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积，包括：

在盾构泥水系统中，成浆土粒的体积v土的计算方法为：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾构施工中的土层体积

λi—各土层对应的土粒占比

ε—土粒的损失系数。

优选地，所述的根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重计算出需要处理的排弃的泥浆的体积，包括：

在盾构泥水系统中，设泥浆池中泥浆的初始比重为ρ1，泥浆的总体积为v泥，泥浆的总重量m1＝v泥×ρ1，成浆土粒的密度为ρ土，成浆土粒颗粒的总重量m土＝ρ土×v土，掘进后泥浆的比重为

掘进后的泥浆比重较大，需要排弃部分泥浆，再加水调节至泥浆的比重为ρ1：

令v水＝μ(v弃-v土)，μ为修正系数，根据实际工程项目施工经验，μ＝1.8。

当进行多环盾构施工掘进时：

式中，n≥1，n≤掘进的总环数；

v水为每一环盾构施工中添加的水的体积；

vni为第n环盾构施工中的土层体积；

λni为第n环中各地质层对应的土粒占比；

v弃为盾构过程中产生的需要处理的排弃的泥浆的体积产生量；

因此泥水盾构过程中产生的砂石体积v砂石为

其中τi为可回收利用砂石的占比。

在土压盾构系统中，渣土的体积v渣土的计算方法为：

v渣土＝δ×πr2l

δ为土体的松散系数，一般取1.04～1.06，r为盾构施工的半径，m；l为计算部分的施工长度,m。

渣土中含砂量计算：

其中τi为可回收利用砂石的占比。

优选地，对于桩基施工，根据施工深度，计算需要排除的废弃泥浆的体积，包括：

桩基泥浆的体积v桩基的计算方法为：

v桩基＝γ×2π(d/2)×h

γ为孔扩散系数；

v桩基为桩基本身形成的外运泥浆体积；

d为桩机直径；

h为原地面至设计桩底间的高差。

灌注混凝土前孔中的泥浆量等同于桩基本身形成的泥浆量，其总量为：v1＝v2

粘土造浆每制作10m3的泥浆需v3m3粘土。故需外运的造浆所产生的泥浆量为：

v3＝v1/10

所以，需要外运的泥浆总量即可资源化产量为：v桩基＝v1+v2+v3。

优选地，对于基坑施工，根据基坑施工的发生源特征，基坑渣土的产量模型与土质状况、基坑的形状和施工区域的土壤有关，根据基坑的基坑的体积，计算需要排除的废弃渣土的产生量，包括：

v渣土＝δ×v基坑

δ为渣土的扩散系数，v基坑为基坑的体积；

渣土中含砂量为开挖的各土层体积与各土层含砂量乘积之和即：

v砂石＝∑vi·τ。

优选地，对于地连墙施工，根据地连墙的体积，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量，包括：

地连墙渣土的体积v渣土的计算方法为：

v渣土＝δ×v地连墙

δ为渣土的扩散系数，v地连墙为连体墙的体积；

渣土中含砂量为开挖的各土层体积与各土层含砂量乘积之和即：

v砂石＝∑vi·τ

连地墙泥浆的体积v泥浆的计算方法为：

v泥浆＝γ×v地连墙

γ为泥浆的扩散系数，当开挖地质层为粘土层时，扩散系数γ取1.10，当开挖地质层为砂土层时扩散系数γ取1.30。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的预测模型能够对不同类型的施工过程中的泥浆和渣土可回收利用的部分进行科学计算产生量，有利于后续减量化、资源化的处理，对我国建筑工程垃圾的处理处置具有重要意义。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法的处理流程图；

图2为本发明实施例提供的一种盾构施工中工程泥浆和渣土产生量的定量预测的方法的处理流程图；

图3为本发明实施例提供的一种施工横断面的面积计算图；

图4为本发明实施例提供的一种地质层界限不稳定计算图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

针对上述现有技术中的问题，结合施工类型的发生源特征影响，本发明实施例提供了一种基于系统建模法对工程泥浆和渣土可资源化产量预测的方法，该方法首次对施工过程中产生的建筑工程垃圾进行了提前精准量化，方便对其接下来的处理做好规划，更好的实现对建筑工程垃圾资源化的处置。本发明技术中对工程泥浆和工程渣土的发生源特征进行研究，对工程泥浆和工程渣土进行产量因素分析，提出工程渣土和工程泥浆的产量预测模型，并利用模型预测实际工程中渣土和泥浆的产生量。

本发明实施例提供了一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法，该方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤s110、根据盾构施工、桩基施工、基坑施工、地连墙施工四种施工过程中泥浆和渣土发生源特征不同，确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素。

对于盾构施工，结合当地的地质勘探报告，确定施工施工过程中穿越的土层，根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积；

根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积；

根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重以及不同土层的扩散系数，计算出不同类型施工过程中产生的可回收利用的泥浆和渣土的产生量。

对于桩基施工，根据桩基施工的发生源特征，桩基泥浆与地下工程的深度有关，根据施工深度，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量；

对于基坑施工，根据基坑施工的发生源特征，基坑渣土的产量模型与土质状况、基坑的形状和施工区域的土壤有关，根据基坑的基坑的体积，计算需要排除的废弃渣土的产生量，；

对于地连墙施工，根据地连墙的发生源特征，地连墙泥浆与渣土的体积与地连墙的体积有关，根据地连墙的体积，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量。

步骤s120、根据不同的施工类型及其影响产量因素不同，提出不同的产量预测计算模型；

步骤s130、根据不同的产量预测计算模型，计算出不同类型施工过程中产生的泥浆和渣土的体积，从而进一步得到可资源化部分泥浆和渣土的产生量。

由于盾构施工过程产生的渣土和泥浆是所有类型工程泥浆的主要来源，本发明实施例提供的一种盾构施工中工程泥浆和渣土产生量的定量预测方法的处理流程图如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤s210、结合当地的地质勘探报告，确定在施工施工过程中穿过的土层。

一般自上而下依次分层如下：杂填土、素填土、暗塘土、砂质粉土、粉砂夹粉土、砂质粉土夹淤泥质土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、含砂粉质粘土、粉细砂、圆砾、粉质粘土、粉砂、卵石、粉细砂、强风化砂砾岩和中等风化砂砾岩等，并得到相应土层的物理学参数。不同土层的地质条件和土粒组成会影响泥浆和渣土的产量。各个土层的物理学参数如下表1所示。

表1

步骤s220、根据穿越的土层的种类和土层的稳定性，计算出对盾构施工过程穿越的土层的体积。

具体计算方法如下：

图3为本发明实施例提供的一种施工横断面的面积计算图。由于盾构施工会同时在一层或多层的土层中掘进，各土层的物理性质差别较大，在进行泥浆产量量化时需要分类计算。

1、盾构施工穿越单一土层时，土层的体积v土的计算方法如下：

v土＝a×l

式中，a为盾构施工的横断面积，单位为m2；l为该段施工长度，单位为m。

2、盾构施工自上而下依次穿越第一土层和第二土层两种土层，并且土层界限稳定时，第一土层可以为粉质粘土，第二土层可以为粉砂，设第一土层的最大厚度为h1；第二土层的厚度为h2；盾构施工半径为r，l为该段施工长度。在土层界限保持稳定时，两种土层的体积之比就等于两种土层横断面积之比。因为总体积v土可以求出，根据其他土层的不同占比可求出各土层的体积。

设第一土层的面积为s1、第二土层的面积为s2，α为第一土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2。

s1+s2＝πr2

3、盾构施工穿越三种土层，并且土层界限稳定时：计算方法与②情况相似，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3，α为第一土层对应的圆心角，β为第二土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2，第三土层的体积为v3。

4、图4为本发明实施例提供的一种土层界限不稳定计算图。土层界限不稳定时，各土层体积的计算方法如下。

盾构施工穿越三种土层时，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3。由于地形的变化是多种多样且具有不稳定性，因此在此部分计算时采用了理想化模型，既土层的变化是呈线性变化的状态。三种土层自上而下对应的体积依次为v1、v2、v3，由于土层界限的不稳定，此时采用积分的方法求v1、v2、v3。在第一土层(比如粘土)中取一点δ，距离右边界限起点的距离为l，在δ处取微元dl。由于土层厚度呈线性变化，在δ处对应的粘土层厚度为h3/l。根据上文横截面积的计算，可以得出在δ处粘土对应的横截面积为：

将α的计算公式带入：

将面积与长度积分可得到：

v2＝v土-v1-v3

步骤s230、确定穿越的土层中的土粒占比。

泥浆是由盾构过程中产生的渣土溶于水而形成的。各土层影响工程泥浆的因素及量化方法包括：含沙量、含水量、干渣比例。

根据地层土性特点和盾构掘进切削土体特征、泥水分离系统渣土分离原理及特征，粘性土在切削过程中部分以块状的形式被循环泥浆载运至分离系统被分离出来，形成干渣，未溶解入泥浆中。部分地层中含有砂石未溶解于泥浆中，因此泥浆的产量与土体中的干渣和砂石有关。

干渣的量化指标根据实践分析可进行计算，粘性土干渣的比例k1计算方法为

其中，lp为塑性指数，ll液性指数，具体数值参考上表。

在盾构泥浆泥砂筛分处理中，筛网可通过粒径一般为0.25mm。土层中尺寸大于0.25mm的砂石粒会被筛分出来，砂石的比例k2的计算方法为：

k2(％)＝∑(d>0.25)k

k为不同粒径沙砾在土层中的比例，数值参考上表。

土壤中的含水量w也会引起泥浆产量的增加，不同土层的含水量不同。

w＝v土×ω

其中v土是开挖土层的体积，ω为该土层的含水率。

土层中除了含沙量、含水量、干渣比例之外，剩余部分为影响泥浆理化性质的因素既土层的土粒量，在不同土层中干渣比例、砂石比例、孔隙率和土粒占比如下述表2所示：

表2

步骤s240、根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积，根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重以及不同土层的扩散系数，计算出不同类型施工过程中产生的泥浆和渣土的体积，从而进一步得到可回收利用部分泥浆和渣土的产生量。

计算不同类型的泥浆与渣土用不同的计算模型。

1：在盾构泥水系统中，成浆土粒的体积v土的计算方法为：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾构施工中的土层体积；

λi—各土层对应的土粒占比；

ε—土粒的损失系数

在盾构泥水系统中，设泥浆池中泥浆的初始比重为ρ1，泥浆的总体积为v泥，泥浆的总重量m1＝v泥×ρ1，成浆土粒的密度为ρ土，成浆土粒颗粒的总重量m土＝ρ土×v土，掘进后泥浆的比重为

掘进后的泥浆比重较大，需要排弃部分泥浆，再加水调节至泥浆的比重为ρ1：

令v水＝μ(v弃-v土)，μ为修正系数，根据实际工程项目施工经验，μ＝1.8。

当进行多环盾构施工掘进时：

式中，n≥1，n≤掘进的总环数。

vni为第n环盾构施工中的土层体积。

λni为第n环中各地质层对应的土粒占比；

v弃为本发明的方法计算出的盾构过程中产生的需要处理的排弃的泥浆的体积产生量。

因此泥水盾构过程中产生的砂石体积v砂石为：

其中τi为可回收利用砂石的占比。

2：在土压盾构系统中，渣土的体积v渣土的计算方法为：

v渣土＝δ×πr2l

δ为土体的松散系数，一般取1.04～1.06，r为盾构施工的半径，单位为m，l为计算部分的施工长度，单位为m。

土中含砂量计算：

其中τi为可回收利用砂石的占比。

综上所述，本发明提供的预测模型能够对施工过程中的泥浆和渣土可回收利用的部分进行提前量化，有利于后续减量化、资源化的处理，对我国建筑工程垃圾的处理处置具有重要意义。

本发明实施例提供的盾构泥浆预测模型精度范围为82.78％-94.44％，盾构渣土预测模型精度为约94.49％，两种模型均具有较高的精度。该方法在工程建设中不仅可以对垃圾产量准确估算，还能够提前规划泥浆渣土的处理场地，实现泥浆源头减量、渣土过程减量的目的。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法，其特征在于，包括：

根据盾构施工、桩基施工、基坑施工、地连墙施工四种施工过程中泥浆和渣土发生源特征不同，确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素；

根据不同的施工类型及其影响产量因素不同，提出不同的产量预测计算模型；

根据不同的产量预测计算模型，计算出不同类型施工过程中产生的泥浆和渣土的体积，从而进一步得到可资源化部分泥浆和渣土的产生量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素，包括：

对于盾构施工，结合当地的地质勘探报告，确定施工施工过程中穿越的土层，根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积；

根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积；

根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重以及不同土层的扩散系数，计算出不同类型施工过程中产生的可回收利用的泥浆和渣土的产生量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素，包括：

对于桩基施工，根据桩基施工的发生源特征，桩基泥浆与地下工程的深度有关，根据施工深度，计算需要排除的废弃泥浆的产生量；

对于基坑施工，根据基坑施工的发生源特征，基坑渣土的产量模型与土质状况、基坑的形状和施工区域的土壤有关，根据基坑的基坑的体积，计算需要排除的废弃渣土的产生量；

对于地连墙施工，根据地连墙的发生源特征，地连墙泥浆与渣土的体积与地连墙的体积有关，根据地连墙的体积，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

盾构施工穿越单一土层时，土层的体积v土的计算方法如下：

v土＝a×l

式中，a为盾构施工的横断面积，l为该段施工长度。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工自上而下依次穿越第一土层和第二土层两种土层，并且土层界限稳定时，设第一土层的最大厚度为h1；第二土层的厚度为h2；盾构施工半径为r，l为该段施工长度，在土层界限保持稳定时，两种土层的体积之比就等于两种土层横断面积之比；

设第一土层的面积为s1、第二土层的面积为s2，α为第一土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2；

s1+s2＝πr2

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工穿越三种土层并且土层界限稳定时，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3，α为第一土层对应的圆心角，β为第二土层对应的圆心角，第一土层的体积为v1，第二土层的体积为v2，第三土层的体积为v3；

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据穿越的土层的种类和土层的稳定性计算出土层的体积，包括：

当盾构施工穿越三种土层并且土层界限不稳定时，设自上而下三种土层最大厚度为h1、h2、h3；面积为s1、s2、s3，三种土层自上而下对应的体积依次为v1、v2、v3，在第一土层中取一点δ，点δ距离右边界限起点的距离为l，在δ处取微元dl，在δ处对应的粘土层厚度为h3/l，l为施工长度，在δ处粘土对应的横截面积为：

将α的计算公式带入：

将面积与长度积分可得到：

v2＝v土-v1-v3。

8.根据权利要求2、4、5、6或者7所述的方法，其特征在于，所述的根据土层的体积和土层中的土粒占比，计算出盾构施工的泥水系统中成浆土粒的体积，包括：

在盾构泥水系统中，成浆土粒的体积v土的计算方法为：

v土＝ε·∑vi·λi

vi—盾构施工中的土层体积

λi—各土层对应的土粒占比

ε—土粒的损失系数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的根据成浆土粒的体积、泥浆池中泥浆的总体积和比重计算出需要处理的排弃的泥浆的体积，包括：

在盾构泥水系统中，设泥浆池中泥浆的初始比重为ρ1，泥浆的总体积为v泥，泥浆的总重量m1＝v泥×ρ1，成浆土粒的密度为ρ土，成浆土粒颗粒的总重量m土＝ρ土×v土，掘进后泥浆的比重为

掘进后的泥浆比重较大，需要排弃部分泥浆，再加水调节至泥浆的比重为ρ1：

令v水＝μ(v弃-v土)，μ为修正系数，根据实际工程项目施工经验，μ＝1.8。

当进行多环盾构施工掘进时：

式中，n≥1，n≤掘进的总环数；

v水为每一环盾构施工中添加的水的体积；

vni为第n环盾构施工中的土层体积；

λni为第n环中各地质层对应的土粒占比；

v弃为盾构过程中产生的需要处理的排弃的泥浆的体积产生量；

因此泥水盾构过程中产生的砂石体积v砂石为

其中τi为可回收利用砂石的占比。

在土压盾构系统中，渣土的体积v渣土的计算方法为：

v渣土＝δ×πr2l

δ为土体的松散系数，一般取1.04～1.06，r为盾构施工的半径，m；l为计算部分的施工长度,m。

渣土中含砂量计算：

其中τi为可回收利用砂石的占比。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于桩基施工，根据施工深度，计算需要排除的废弃泥浆的产生量，包括：

桩基泥浆的体积v桩基的计算方法为：

v桩基＝γ×2π(d/2)×h

γ为孔扩散系数；

v桩基为桩基本身形成的外运泥浆体积；

d为桩机直径；

h为原地面至设计桩底间的高差。

灌注混凝土前孔中的泥浆量等同于桩基本身形成的泥浆量，其总量为：v1＝v2

粘土造浆每制作10m3的泥浆需v3m3粘土。故需外运的造浆所产生的泥浆量为：

v3＝v1/10

所以，需要外运的泥浆总量即可资源化产生量为：v桩基＝v1+v2+v3。

11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据基坑施工的发生源特征，基坑渣土的产量模型与土质状况、基坑的形状和施工区域的土壤有关，根据基坑的基坑的体积，计算需要排除的废弃渣土的产生量，包括：

v渣土＝δ×v基坑

δ为渣土的扩散系数，v基坑为基坑的体积；

渣土中含砂量为开挖的各土层体积与各土层含砂量乘积之和即：

v砂石＝∑vi·τ。

12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于地连墙施工，根据地连墙的体积，计算需要排除的废弃泥浆和渣土的产生量，包括：

地连墙渣土的体积v渣土的计算方法为：

v渣土＝δ×v地连墙

δ为渣土的扩散系数，v地连墙为连体墙的体积；

渣土中含砂量为开挖的各土层体积与各土层含砂量乘积之和即：

v砂石＝∑vi·τ

连地墙泥浆的体积v泥浆的计算方法为：

v泥浆＝γ×v地连墙

γ为泥浆的扩散系数，当开挖地质层为粘土层时，扩散系数γ取1.10，当开挖地质层为砂土层时扩散系数γ取1.30。

技术总结

本发明提供了一种工程泥浆和渣土可资源化产生量的定量预测方法。该方法包括：根据盾构施工、桩基施工、基坑施工、地连墙施工四种施工过程中泥浆和渣土发生源特征不同，确定不同的施工类型影响其施工过程中泥浆和渣土的产量因素；根据不同的施工类型及其影响产量因素不同，建立不同的计算模型，计算出不同类型施工过程中产生的泥浆和渣土的体积，科学预测计算可资源化部分泥浆和渣土的产生量。本发明提供的预测计算模型能够科学定量施工过程中产生的泥浆和渣土可资源化产量，有利于后续减量化、资源化的处理处置，对我国建筑工程垃圾的处理处置具有重要意义。

技术研发人员：陈蕊;任福民;郑海;林洋;奚成刚;刘家兴;李兰欣

受保护的技术使用者：北京交通大学

技术研发日：2020.12.14

技术公布日：2021.04.02