某港口建筑废料筛分装船生产线的设计

周维，邬俊文，魏建宇

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

中国内地在建筑废料处理上起步晚，缺乏有效回收利用的技术。香港特区政府针对建筑垃圾设置专用堆填场，按照来料种类分类存放管理。目前，国内外尚无建筑废料高效筛选合格料再利用的技术手段[1]。如何高效筛选合格建筑废料，并转化为再利用的回填或建筑用料，实现持续的建筑废料产生、存放、筛选、再利用的绿色产业发展，是建筑废料综合治理方面亟须解决的技术难题[2]。本文以香港特区某工程为例，研究建筑废料筛分生产线的布置、设备选型，实现建筑废料高效筛选合格料装船用于陆域回填。

1 项目背景

香港特区某工程需造陆650 hm2，回填量1 亿m3，原计划回填内地海砂。然而，受内地政府海砂出口限制，海砂无法顺利组织到场，工程急需寻找新的回填料作为补充。与此同时，香港特区每日产生近3 万t 建筑废料，且现阶段缺乏有效的再利用途径，导致堆填区容量已近饱和。因此科学利用建筑废料回填，不仅解决工程上回填料源紧张难题，同时也缓解香港特区政府堆填场库存压力。

经设计研究，计划在将军澳堆填场临海区域建设建筑废料筛分装船生产线，筛选100 mm 内合格料装船出运至工程所在地回填，总回填量2 000 万t，工期2 a。

2 设计思路

2.1 生产线总平面布置

1）确定泊位数量：根据项目红线的岸线长度380 m，结合JTS 165—2013《海港总体设计规范》[3]泊位尺度计算原则，考虑装载船舶船型长度75 m以及装船作业期间移船安全间距，确定岸线长度范围仅可均匀布置3个装船泊位，即设计3 条筛分装船生产线。总平面布置见图1。

图1 总平面布置图Fig.1 General arrangement plan

2）卸车平台与地磅区域：根据香港特区车辆左行习惯，自卸汽车爬坡和卸车平台朝向统一为左向。地磅设置在生产线路左侧，便于满载车辆过磅后直行进入各线路卸料。平台和地磅的布置利于车流组织顺畅，提高车辆运输效率。

3） 宽度方向布置：项目红线用地的总宽度90 m，其中码头前沿宽度20 m，前沿后侧有2 m宽、2 m 高的挡浪墙，红线范围后方紧邻堆填场内公共道路。针对宽度方向现有构筑物实际情况和限制条件，宽度方向的布局设计如下：

①自卸汽车平台与公共道路间留4.5 m 待车区道路，便于自卸汽车待车等候进入生产线卸料，避免车辆在公共道路拥堵阻碍其他单位运输车辆行驶。

②该地区台风频繁，挡浪墙外侧直面海域易受台风期间海浪侵袭，不宜布置机械设备；且废料区域不宜设置于前沿，以避免废料滑入海域。因此，挡浪墙内侧区域留有8 m 宽用于废料堆存和挖机、自卸汽车废料处理作业的区域。

2.2 筛分级数确认

筛选100 mm 以内的建筑废料作为填海合格料，设备选型上可考虑采用一级筛选或二级筛选方案。

2 种筛选方案对比见表1。

表1 一级筛选和二级筛选方案对比Table 1 Comparison between stage 1 and stage 2 screening plans

在设备费、建设成本、维护费增加可控范围内，提高筛分生产效率保证工期，二级筛选方案更适应填海工程填料大规模需求的要求。因此振动给料机作为初级筛选，振动筛做次级筛选的二级筛选方案更适应本项目的建设和生产需要。

2.3 筛分装船流程

每条生产线考虑2个给料机卸料点，初次筛分后再分别输送到对应皮带机，转接至相应次级筛分设备振动筛。当其中一个卸料点至振动筛流程上的任何设备发生故障维修的同时，生产线还可以保证另一组卸料点至振动筛流程的正常运转和产料装船，减少设备故障停产对回填工期的影响。建筑废料筛分装船流程见图2。

图2 建筑废料筛分装船的生产流程Fig.2 Produce process of screening and loading of construction waste materials

具体筛分装船流程说明为：

1）自卸汽车从填料区运载建筑废料经地磅至卸车平台；

2）自卸汽车在卸车平台上卸载建筑废料至2个卸料点；

3）每个卸料点对应1个振动给料机（VGF1/2），对卸载建筑废料进行初级筛选，淘汰200 mm 以上的建筑废料，主要为不规则混凝土、石块等。

4） 每个棒条给料机分别对应1 条皮带机（BC1/BC2），将初级筛选后的物料各自运输至对应的振动筛（VGS1/VGS2）。

5） 振动筛对来料进行二级筛选，淘汰100 mm 以上的建筑废料，筛选100 mm 内的合格料落至BC3 皮带机；

6） BC3 皮带机将合格料转运至BC4 固定悬臂皮带机（外伸出海）进行装船作业；

7） 振动给料机和振动筛淘汰的不合格物料（废料）通过自卸汽车运输至场地后方废料存放区。

2.4 筛分装船生产线构筑物和主要设备选型

1）卸车平台长度、高度确定

根据卸料点接料漏斗、给料机、下漏斗和转运皮带机尺度确定卸车平台高度约8.6 m。考虑通过下沉转接皮带机约1.5 m 的方式降低大台高度，较大程度地节省了大台建设用挡墙和回填材料，节约建设成本；同时大台高度的降低可有效缩小车辆爬坡长度，提高建设红线范围内长度方向的空间利用率。卸车平台高度和给料机关系布置见图3。

图3 卸车平台和给料机高度关系图Fig.3 Relationship between unloading platform and feeder height

2）振动筛位置、转接皮带机

根据已有泊位前沿挡浪墙位置，确定振动筛初步位置为挡浪墙内侧并留用废料堆存和处理区域。其次，考虑振动筛整机高度，给料机至振动筛间距，在控制转接皮带机爬坡角度情况下，确定转接皮带机长度和爬坡高度。

3）靠泊点设计

考虑泊位为已有的斜坡式护岸结构形式，船舶需离岸一定距离停泊以满足吃水要求。设计考虑距离岸线一定距离避开浅水区域来建设靠泊构件满足停泊水域装载船型的吃水要求。

若建设传统的离岸靠船泊位，在前方海域打桩施工并利用栈桥连接到泊位前沿，对已有海域有扰动，其次要调遣大型船舶机械，工序复杂，工期长，成本高。

鉴于本工程建筑废料出运船型较小，考虑施工快速和造价且后期复原简便，设计采用悬臂钢结构外悬出海作为靠船构件，每个靠船泊位设置2个外悬臂钢结构，其形式为：钢结构主框架的主体部分朝外伸出海岸线之外形成钢架悬臂式结构，后部与埋于土中的平衡箱体焊接成一个整体，平衡箱埋于土中且装满填料形成一个平衡结构；在主框架的前端设置护舷，作为靠船构件[5]。钢结构泊位整体设计见图4。

图4 钢结构泊位制作图Fig.4 Fabrication of steel structure berth

4）装船皮带机选型

设计考虑采用2 种简易的装船方案[6]（固定式悬臂皮带机和摆动式装船皮带机），2 种方案对比分析见表2。

表2 简易悬臂皮带机装船方案对比Table 2 Comparison of loading schemes of simple cantilever belt conveyor

经过综合对比分析并结合工程特点，在满足功能需求并节省投资、降低后期运营成本情况下，选择固定式悬臂皮带机进行装船作业。

3 生产线设备能力选型

3.1 设备能力确定

1）悬臂皮带机BC4

根据生产任务量和总工期、建设线数量计算确定单线出运能力1 000 t/h。考虑不平衡系数，选取BC4 处理能力为1 200 t/h。

2）转接皮带机BC3

BC3 运送物料转接BC4 无物料损失，BC3 处理能力选取与BC4 相同。

3）振动筛

根据建筑废料颗分试验数据，100 mm 以上物料占比25%。以振动筛处理所有粗料的极端情况考虑，选取振动筛能力为800 t/h。

4）转接皮带机BC1/2

转接皮带机BC1/2 处理能力同振动筛粗料处理能力，即为800 t/h。

5）振动给料机

若以废料全部在给料机初级筛选出极端情况考虑，给料机选取与振动筛相同的处理能力，即为800 t/h。

3.2 线路设备配置

筛分生产线路主要设备选型和数量见表3。

表3 筛分生产线（单线）主要设备选型Table 3 Main equipment selection of screening production line(single)

续表

4 实施效果

1） 生产能力

项目在将军澳建筑废料堆填场建设了3 条筛分生产线，装船船型以2 000 吨级横鸡趸与4 000吨级自航平板驳船为主。生产线于2018年底实施，在2 a 工期内共筛分生产1 950 万t 合格物料，其供料比例占项目回填需求总量12%。3 条生产线平均每月可生产合格物料80 万t，高峰期可达120 万t，超额完成了项目填海供料任务。生产线的稳定运转保障了项目填海材料的持续供应，保证了项目实施的节点工期，给后续的陆上土建工程、地下管道工程等按进度计划实施创造了条件，为项目的整体竣工打下了良好基础。

2）两级筛分的效果

振动给料机初筛粒径以200 mm 控制，在筛除大粒径不合格料的同时，保证了剩余物料合理有效地透筛，避免因部分物料流动性不够而一级过筛粒径要求过细导致的跑料，造成原材料的浪费从而降低物料有效利用率。

振动给料机为间隔性棒条形式[7-8]，对宽度超200 mm 物料起到较好的筛分作用，但超长的物料仍难以进行过滤，因此次级筛选在振动筛处得到充分发挥。在实施过程中，振动筛过滤层为直径100 mm 圆形筛孔网格[9]，控制物料任意方向的尺度，保证了成品料质量。

3）装船流程效果

在生产线运营过程中，由于建筑废料中杂质较多，对设备持续稳定运行造成的冲击较大。单卸料点对应的振动给料机、转运皮带和振动筛停机检查的情况时有发生。卸车平台双卸料点的设计实现了供料双保险，从某种意义上提高了作业时间，避免设备故障时期的装船停止从而影响泊位装船能力。

4）钢结构泊位实施效果

钢结构泊位采用一次性加工成型的工艺整体制作，并通过船舶运输至施工现场，利用小型浮吊吊装安放成型。单个泊位的2 榀钢结构施工安装耗时仅为6 h，钢结构泊位安装后即可满足船舶靠泊条件，极大地提高了施工效率，节省了施工费用。其次，在2 a 工期的生产线运营中，单个泊位钢结构完成了3 000 多次的靠泊作业，并成功抵御了数次台风袭击，泊位结构坚固，完全满足施工靠泊需求。

5 结语

海外购砂需要长距离海运，运输成本居高不下，采购成本高昂。筛分生产原料取自建筑废料填料场，原材料免费，合格料的筛选成本主要为生产线路建设成本、运营期流动机械租赁费、备件费、运营期人力和水电燃油费等；其次，相对海外购砂长距离的海运，筛分合格料海运路途近，运输费用低。经成本分析，筛分合格料单位成本对比海外购砂降低约50%，大规模替代海砂使用可大幅降低项目实施成本，经济效益显著。

建筑废料再利用生产线的实施解决了建筑废料在传统的筛分系统中效率低的问题，给建筑废料回收再利用提供强有力技术支撑，有效解决香港特区建筑废物堆存压力，使得建筑废料回填成为本项目回填组成的一个重要分支。通过实践证明整套建筑废料筛分生产线的工艺设计是科学、合理的。该生产线的设计投产，为绿色环保的城市建筑垃圾再利用的快速规模化处理提供了思路。它的成功实施也为同类型建筑废料再利用处理项目积累了宝贵的经验，并提供参考和借鉴。