敞開式TBM施工洞內(nèi)拌和系統(tǒng)的應(yīng)用

韓鵬程 李熙乾 顧宏

敞開式TBM施工洞內(nèi)拌和系統(tǒng)的應(yīng)用

韓鵬程 李熙乾 顧宏

隨著TBM的廣泛應(yīng)用，結(jié)合東北地區(qū)低溫的特殊情況，為便于混凝土澆筑運(yùn)輸，該項(xiàng)目采取洞內(nèi)布設(shè)拌和系統(tǒng)。這種施工方法充分利用隧洞洞內(nèi)溫度恒定且適合混凝土施工的特點(diǎn)，保證混凝土溫度，減少冬季施工的保溫措施費(fèi)用。拌和系統(tǒng)布置在TBM施工服務(wù)區(qū)，同時(shí)拌和站與TBM的電瓶車相接，減少混凝土罐車在施工服務(wù)區(qū)的轉(zhuǎn)移工序，加快混凝土施工進(jìn)度。

洞內(nèi)拌和系統(tǒng) 布置 冬季施工 混凝土運(yùn)輸 骨料預(yù)熱

1 工程概況

東北某隧洞工程采用敞開式TBM施工，工程所在地多年平均氣溫自下游的10°至上游的2°，1月份平均氣溫中游為-18～-20°C，上游為-19～-23°C，最大凍土深度1.5 m。已開挖完成主洞洞內(nèi)溫度15～20°C。

工程要求該隧洞工程冬季需進(jìn)行混凝土施工，因冬季溫度較低，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，采用傳統(tǒng)的洞外混凝土拌和系統(tǒng)并進(jìn)行相應(yīng)洞外混凝土保溫措施，取得的保溫效果不是很好，且冬季保溫措施費(fèi)用投入較大，因此，本工程結(jié)合TBM設(shè)備特點(diǎn)，在洞內(nèi)下游服務(wù)區(qū)各布置1座混凝土拌和站，采用20 t電瓶機(jī)車牽引6 m3軌輪式混凝土罐車有軌運(yùn)輸至施工工作面，供該TBM掘進(jìn)段混凝土施工需要。

2 拌和系統(tǒng)的選型

2.1 混凝土施工強(qiáng)度計(jì)算

拌和樓生產(chǎn)能力的選擇以施工高峰期最大日澆筑強(qiáng)度確定。洞內(nèi)拌和系統(tǒng)以TBM掘進(jìn)施工高峰期，每天澆筑2塊（32 m）仰拱混凝土及遇Ⅳ類圍巖TBM日掘進(jìn)噴混凝土28.8 m（16個(gè)掘進(jìn)循環(huán)）疊加與鉆爆法通過(guò)段襯砌混凝土澆筑強(qiáng)度相比較的較大值確定水泥、粉煤灰及骨料日高峰耗量。為滿足材料運(yùn)輸周期及冬季升溫要求，按3 d骨料及水泥日高峰耗量確定灰罐容量及骨料堆存容量。

施工高峰期最大混凝土日拌和強(qiáng)度計(jì)算見表1，TBM掘進(jìn)施工高峰期原材料需要量見表2，TBM掘進(jìn)段襯砌施工高峰期原材料需要量見表3。

2.2 拌和樓型號(hào)的確定

根據(jù)表1所示洞內(nèi)拌和系統(tǒng)施工高峰期混凝土最大日生產(chǎn)量為598.03 m3，相應(yīng)每小時(shí)產(chǎn)量拌和生產(chǎn)量42.7 m3/h（按每天拌和運(yùn)行時(shí)間14 h計(jì)算）。為滿足施工高峰最大澆筑強(qiáng)度并留有一定富余拌和能力，在各洞下游服務(wù)區(qū)布置HLS90拌和樓。

2.3 灰罐容量的確定

根據(jù)表3所示施工高峰期TBM襯砌混凝土澆筑日需要水泥96 t、粉煤灰26 t，擬在洞內(nèi)布置2個(gè)200 t水泥儲(chǔ)存罐、1個(gè)150 t粉煤灰儲(chǔ)存罐及1個(gè)20 t水泥過(guò)渡罐、1個(gè)20 t粉煤灰過(guò)渡罐，水泥、粉煤灰分別滿足施工高峰期4.5 d和6 d的混凝土拌制用量。儲(chǔ)存罐與過(guò)渡罐之間采用氣力輸送，過(guò)渡罐與拌和機(jī)之間采用螺旋輸送機(jī)輸送。

表1 施工高峰期最大混凝土日拌和強(qiáng)度計(jì)算表

表2 TBM掘進(jìn)施工高峰期原材料需要量表

表3 TBM掘進(jìn)段襯砌施工高峰期原材料需要量表

2.4 骨料斗容量的確定

根據(jù)表2、3所示：掘進(jìn)施工高峰期混凝土需要量砂112 m3，碎石（5～10 mm）39 m3，小石（5～20 mm）38 m3，中石（20～40 mm）38 m3；TBM掘進(jìn)段襯砌施工高峰期混凝土澆筑日需要量砂133 m3，小石（5～10 mm）96 m3，中石96 m3?？紤]洞內(nèi)空間，擬布置1套PL2400六斗“一”字形配料機(jī)、每斗容量為60 m3。TBM掘進(jìn)施工期料斗分配為：砂斗3個(gè)共180 m3，碎石（5～10 mm）、小石（5～20 mm）、中石（20～40 mm）各1個(gè)60 m3料斗；襯砌施工期料斗分配為：砂、小石、中石各2個(gè)料斗，滿足TBM掘進(jìn)和仰拱混凝土澆筑2 d用料需求。

2.5 骨料入斗方式

骨料輸送及分配入斗采用皮帶機(jī)配合上料入斗。

2.6 稱量系統(tǒng)

為確保整套拌和系統(tǒng)配料摻量偏差滿足規(guī)范要求，稱量系統(tǒng)采用具有儲(chǔ)存功能的微機(jī)自動(dòng)控制。微機(jī)控制系統(tǒng)采用以工業(yè)控制微機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域是最先進(jìn)、最流行的控制系統(tǒng)。微機(jī)采用研華工控機(jī)型，配置彩顯及打印機(jī)，裝有混凝土生產(chǎn)控制專業(yè)軟件，具有配比儲(chǔ)存、落差自動(dòng)補(bǔ)償、砂石含水率補(bǔ)償?shù)裙δ?，能?zhǔn)確、方便地輸入、調(diào)出和修改各物料的設(shè)定值及配方；可對(duì)所有生產(chǎn)操作動(dòng)作做出提示，并可以將有關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存或隨時(shí)以各種報(bào)表形式打印出來(lái)。

2.7 拌和系統(tǒng)布置

洞內(nèi)施工服務(wù)區(qū)拌和系統(tǒng)的布置采用“一”字形布置，從主支洞交叉口向下游施工服務(wù)區(qū)依次為：上料斗及上料皮帶、灰粉過(guò)渡罐、拌和樓、拌和樓上料皮帶機(jī)稱量料斗以及3個(gè)灰粉儲(chǔ)存罐。

2.8 拌和系統(tǒng)配置及技術(shù)參數(shù)

每套拌和系統(tǒng)設(shè)備配置見表4，拌和系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表5。

3 冬季骨料預(yù)熱

3.1 骨料儲(chǔ)存

為滿足冬季混凝土施工要求，在每年11月前在規(guī)劃場(chǎng)地堆存足夠每年12月份到翌年5月份的骨料。

3.2 骨料取運(yùn)

冬季取用砂石骨料時(shí)，采用在骨料堆下側(cè)開口先取用凍層以下未結(jié)塊的骨料，再取用上側(cè)已凍結(jié)的骨料，避免二次凍結(jié)及增加預(yù)熱時(shí)間。取用骨料后，由自卸汽車?yán)\(yùn)至洞口保溫暖棚內(nèi)，預(yù)熱解凍。

表4 每套拌和系統(tǒng)設(shè)備配置表

表5 拌和系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

3.3 骨料預(yù)熱

洞內(nèi)混凝土拌和系統(tǒng)配料斗骨料的儲(chǔ)存已滿足施工高峰期約2 d混凝土拌制的需求，粗骨料化凍時(shí)間短，無(wú)需在洞外進(jìn)行預(yù)熱。砂子解凍時(shí)間長(zhǎng)，為保證砂子能充分預(yù)熱解凍，在洞口原拌和站保溫棚內(nèi)先進(jìn)行預(yù)熱，保溫暖棚內(nèi)可儲(chǔ)存砂子500 m3，為混凝土澆筑高峰期5 d的需求量。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)運(yùn)行，洞內(nèi)布置混凝土拌和系統(tǒng)可行，能夠滿足混凝土施工強(qiáng)度及質(zhì)量要求，混凝土拌制、運(yùn)輸過(guò)程中不用采取特殊的溫度保護(hù)措施，便于操作，因此，對(duì)寒冷地區(qū)有冬季混凝土施工要求的地下工程有很好的應(yīng)用前景。

韓鵬程 男 助理工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李熙乾 男 助理工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

顧宏 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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