トンネル岩石リサイクル

トンネル岩石リサイクルは、トンネル掘削から出る岩石破片を他の用途に加工する方法です。最も一般的なのは、 コンクリート骨材または道路建設の路盤です。採石場で通常使用される破砕機とふるい機がトンネル現場に配置され、岩石破片を粉砕してふるいにかけ、さらに使用できるようにします。これまでに作られた最大のトンネル岩石リサイクル施設は、ゴッタルドベーストンネルの建設用に作られたもので、17年かかり、2016年に完成しました。トンネルのために掘削された岩石破片の1/5がリサイクルされ、トンネル内のコンクリートライニングの骨材として使用されました。

一般的なトンネル工事では、掘削された岩石は大抵廃棄物とみなされます。ほとんどの場合、それらは寄付されるか、埋め立て地で使用されます。岩石の破片をリサイクルするための施設を立ち上げるには、莫大な費用がかかります。ただし、たとえば 20 km を超える二重トンネルのような大規模な工事であれば、それは実現可能です。ゴッタルドベーストンネルは 57 km の長さのトンネルでした。

掘削された岩石をコンクリート骨材として利用することは、経済的にも環境的にも有益です。掘削された岩石を埋め立て地として使用したり、古い採石場を埋め立てたりするよりも、より多くの価値を生み出すことができます。さらに、岩石の利用を処理施設とコンクリートバッチングプラントの近くに配置できるため、骨材を輸送する必要性が大幅に削減されます。この施設の投資コストは、プロジェクトが建設骨材をほぼ自給自足するため、長期的には返済されるでしょう。^[1]

トンネル掘削には、ドリル&ブラスト(D&B)とトンネル掘削機(TBM)の2つの主な種類があります。どちらの方法でも、岩石の品質が承認されればリサイクルが可能です。どちらの方法でも、何らかの処理が必要です。TBMは、過剰な量の細粒を含む岩石粒子を生成します。これは、路盤とコンクリート骨材の両方の品質に影響を与える問題です。トンネル掘削方法であるD&Bを使用すると、粒子は最大800 mmになり、路盤とコンクリート骨材には大きすぎる粗い部分があります。処理施設では、岩盤を操作するために、岩のサイズを小さくする、細粒分を除去する、水分含有量を減らす、市販の砂利と砂を追加してリサイクルされたトンネルの残骸と混ぜるという選択肢があります。

2018 年までに、トンネル岩石 (TBM) のリサイクルを産業レベルで達成したプロジェクトが世界中で 7 件確認されています。これらのプロジェクトはすべて西ヨーロッパの硬岩で実施されています。コンクリートは、TBM トンネル工事で吹付けコンクリートまたはコンクリート要素として使用されています。

上記の表のデータによると、平均してトンネル残骸の 20% をリサイクルできます。リサイクル率が低い理由は、掘削中に生成される充填材の割合が大きいことが主な理由です。工業用コンクリートの配合では、この充填材をすべて使用する必要はありません。充填材があると、生コンクリートの流動性が損なわれるためです。

トンネルの岩石処理の主な役割は、岩石を細かく砕くことです。岩石の破砕は、圧縮または衝撃に基づいて2つの方法に分けられ、材料の異なるタイプの断片化をもたらします。破砕機は骨材および鉱物業界で使用されており、固定式と移動式のプラントに分けることができます。破砕機の設定、供給サイズと速度は、高品質の建設骨材の製造に大きな役割を果たします。^[9]粉砕のある段階で、岩石材料は、例えば遊離雲母または石英鉱物などの自由鉱物の粒子に破砕されます。下の図に、さまざまな破砕機の種類を示します。岩石の立方体化には、垂直シャフトインパクター（VSI）が適切な破砕機です。この技術により、岩石は互いに衝突し、自然な劈開線で分割されます。これは、路盤とコンクリート骨材の両方に適しています。

トンネル掘削機(TBM)では、通常、トンネルの岩石処理の第一段階として、機械的スクリーニング(スケーリング スクリーナー) が使用されます。スクリーナーは、直径 16 または 20 mm 未満の岩石粒子を除去します。これは、TBM が硬い岩石を掘削する際に生成される大量の細粒を除去するためです。コンクリート骨材に細粒が多すぎるのは望ましくありません。

トンネルプロジェクトでコンクリート骨材を 0/8 mm または 0/4 mm の粒子として作成する場合は、より高度な処理施設が必要です。分級は、1 mm 未満の粒子のサイズ制御をカバーします。従来のふるい分け機と破砕機は、このサイズ以下には適用できません。^[10]分級にはさまざまな方法を使用できますが、すべて特定の基本に基づいています。これらは、自然の重力と粒子の対応する動作を利用して粒子を分画するか、液体を粒子から分離します (脱水/清澄化)。分級機の 1 つのタイプは、空気分級機です。コンクリート骨材は、砂分画のフィラー(材料)の粒度分布(グレーディング)に応じて境界制限があるため、分級精度が重要になります。 ^[11]このサイズ範囲の粒子は、一緒にクラスターになる傾向もあります。これらの現象は凝集と呼ばれ、コンクリートのバッチングの観点からは残念なことです。微粒子の除去は、多くの場合、水を介した処理が行われ、これには水を浄化するための水処理プラントが必要です。これは、沈殿タンクとフィルタープレスを使用して実行できます が、かなりのスペースが必要です。浄化された水は、トンネルの岩からさらに微粒子を除去するために再び使用することができ、サイクルは継続されます。

岩石をリサイクルしてコンクリート骨材を製造するのは複雑な手順であり、トンネル プロジェクトには現場の研究所が必要になります。コンクリート骨材には厳格な要件があり、テストする必要があります。場合によっては、機械的強度、等級、不純物に関する 5 ～ 15 種類の異なる研究所テストが必要になることがあります。

トンネル岩石からの骨材の要件は、採石場からのコンクリート骨材と同じレベルでテストおよび測定されます。

岩盤を通る水の流れは変化するため、岩石材料の水分含有量がどの程度になるかは通常不確実です。水分含有量はコンクリートの混合中に追加される自由水に影響するため、測定する必要があります。水分含有量が高いと、追加する自由水が少なくて済みます。