敞开式TBM施工洞内拌和系统的应用

韩鹏程 李熙乾 顾宏

敞开式TBM施工洞内拌和系统的应用

韩鹏程 李熙乾 顾宏

随着TBM的广泛应用，结合东北地区低温的特殊情况，为便于混凝土浇筑运输，该项目采取洞内布设拌和系统。这种施工方法充分利用隧洞洞内温度恒定且适合混凝土施工的特点，保证混凝土温度，减少冬季施工的保温措施费用。拌和系统布置在TBM施工服务区，同时拌和站与TBM的电瓶车相接，减少混凝土罐车在施工服务区的转移工序，加快混凝土施工进度。

洞内拌和系统 布置 冬季施工 混凝土运输 骨料预热

1 工程概况

东北某隧洞工程采用敞开式TBM施工，工程所在地多年平均气温自下游的10°至上游的2°，1月份平均气温中游为-18～-20°C，上游为-19～-23°C，最大冻土深度1.5 m。已开挖完成主洞洞内温度15～20°C。

工程要求该隧洞工程冬季需进行混凝土施工，因冬季温度较低，根据以往施工经验，采用传统的洞外混凝土拌和系统并进行相应洞外混凝土保温措施，取得的保温效果不是很好，且冬季保温措施费用投入较大，因此，本工程结合TBM设备特点，在洞内下游服务区各布置1座混凝土拌和站，采用20 t电瓶机车牵引6 m3轨轮式混凝土罐车有轨运输至施工工作面，供该TBM掘进段混凝土施工需要。

2 拌和系统的选型

2.1 混凝土施工强度计算

拌和楼生产能力的选择以施工高峰期最大日浇筑强度确定。洞内拌和系统以TBM掘进施工高峰期，每天浇筑2块（32 m）仰拱混凝土及遇Ⅳ类围岩TBM日掘进喷混凝土28.8 m（16个掘进循环）叠加与钻爆法通过段衬砌混凝土浇筑强度相比较的较大值确定水泥、粉煤灰及骨料日高峰耗量。为满足材料运输周期及冬季升温要求，按3 d骨料及水泥日高峰耗量确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强度计算见表1，TBM掘进施工高峰期原材料需要量见表2，TBM掘进段衬砌施工高峰期原材料需要量见表3。

2.2 拌和楼型号的确定

根据表1所示洞内拌和系统施工高峰期混凝土最大日生产量为598.03 m3，相应每小时产量拌和生产量42.7 m3/h（按每天拌和运行时间14 h计算）。为满足施工高峰最大浇筑强度并留有一定富余拌和能力，在各洞下游服务区布置HLS90拌和楼。

2.3 灰罐容量的确定

根据表3所示施工高峰期TBM衬砌混凝土浇筑日需要水泥96 t、粉煤灰26 t，拟在洞内布置2个200 t水泥储存罐、1个150 t粉煤灰储存罐及1个20 t水泥过渡罐、1个20 t粉煤灰过渡罐，水泥、粉煤灰分别满足施工高峰期4.5 d和6 d的混凝土拌制用量。储存罐与过渡罐之间采用气力输送，过渡罐与拌和机之间采用螺旋输送机输送。

表1 施工高峰期最大混凝土日拌和强度计算表

表2 TBM掘进施工高峰期原材料需要量表

表3 TBM掘进段衬砌施工高峰期原材料需要量表

2.4 骨料斗容量的确定

根据表2、3所示：掘进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掘进段衬砌施工高峰期混凝土浇筑日需要量砂133 m3，小石（5～10 mm）96 m3，中石96 m3。考虑洞内空间，拟布置1套PL2400六斗“一”字形配料机、每斗容量为60 m3。TBM掘进施工期料斗分配为：砂斗3个共180 m3，碎石（5～10 mm）、小石（5～20 mm）、中石（20～40 mm）各1个60 m3料斗；衬砌施工期料斗分配为：砂、小石、中石各2个料斗，满足TBM掘进和仰拱混凝土浇筑2 d用料需求。

2.5 骨料入斗方式

骨料输送及分配入斗采用皮带机配合上料入斗。

2.6 称量系统

为确保整套拌和系统配料掺量偏差满足规范要求，称量系统采用具有储存功能的微机自动控制。微机控制系统采用以工业控制微机为核心的控制系统，该控制系统在工业控制领域是最先进、最流行的控制系统。微机采用研华工控机型，配置彩显及打印机，装有混凝土生产控制专业软件，具有配比储存、落差自动补偿、砂石含水率补偿等功能，能准确、方便地输入、调出和修改各物料的设定值及配方；可对所有生产操作动作做出提示，并可以将有关的生产数据储存或随时以各种报表形式打印出来。

2.7 拌和系统布置

洞内施工服务区拌和系统的布置采用“一”字形布置，从主支洞交叉口向下游施工服务区依次为：上料斗及上料皮带、灰粉过渡罐、拌和楼、拌和楼上料皮带机称量料斗以及3个灰粉储存罐。

2.8 拌和系统配置及技术参数

每套拌和系统设备配置见表4，拌和系统技术参数见表5。

3 冬季骨料预热

3.1 骨料储存

为满足冬季混凝土施工要求，在每年11月前在规划场地堆存足够每年12月份到翌年5月份的骨料。

3.2 骨料取运

冬季取用砂石骨料时，采用在骨料堆下侧开口先取用冻层以下未结块的骨料，再取用上侧已冻结的骨料，避免二次冻结及增加预热时间。取用骨料后，由自卸汽车拉运至洞口保温暖棚内，预热解冻。

表4 每套拌和系统设备配置表

表5 拌和系统技术参数

3.3 骨料预热

洞内混凝土拌和系统配料斗骨料的储存已满足施工高峰期约2 d混凝土拌制的需求，粗骨料化冻时间短，无需在洞外进行预热。砂子解冻时间长，为保证砂子能充分预热解冻，在洞口原拌和站保温棚内先进行预热，保温暖棚内可储存砂子500 m3，为混凝土浇筑高峰期5 d的需求量。

4 结语

经过运行，洞内布置混凝土拌和系统可行，能够满足混凝土施工强度及质量要求，混凝土拌制、运输过程中不用采取特殊的温度保护措施，便于操作，因此，对寒冷地区有冬季混凝土施工要求的地下工程有很好的应用前景。

韩鹏程 男 助理工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

李熙乾 男 助理工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

顾宏 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

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