陸 帥

(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)

泥水盾構(gòu)隧道出渣渣樣分析與利用

陸 帥

(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)

對(duì)南京市緯三路過江通道工程泥水盾構(gòu)出渣進(jìn)行了分析研究，經(jīng)過篩分和水洗，將泥水盾構(gòu)出渣渣樣分為粒徑不同的卵礫石和江砂，通過渣樣分析，選擇了滿足級(jí)配要求的摻配比例，根據(jù)擬用部位強(qiáng)度設(shè)計(jì)混凝土的配合比，采用不同的砂率和水膠比，通過抗折和抗壓強(qiáng)度分析，確定了最優(yōu)配合比，得到了渣土再利用的方法。

泥水盾構(gòu)，最優(yōu)配合比，渣樣利用

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，盾構(gòu)法修建隧道在我國需求越來越大，其中泥水盾構(gòu)在跨江越湖工程應(yīng)用最為廣泛。如南京長江隧道、武漢過江隧道、揚(yáng)州瘦西湖隧道等均采用泥水盾構(gòu)施工。在泥水盾構(gòu)施工中，開挖面大量渣土隨泥水循環(huán)經(jīng)篩分系統(tǒng)處理后排出，如果直接廢棄不僅造成環(huán)境污染，也造成了資源浪費(fèi)。為此，本文主要研究了泥水盾構(gòu)開挖渣樣的分析再利用問題。

1 工程概況

南京市緯三路過江通道位于南京長江隧道(緯七路長江隧道)下游5 km、南京長江大橋上游4.5 km處，連接南京主城區(qū)與浦口規(guī)劃新市區(qū)中心，通道采用八車道“X”形隧道方案，從浦口到定淮門將有兩條隧道“X”形交叉過江，隧道設(shè)計(jì)為雙層雙向八車道。隧道在江中段采用雙層盾構(gòu)，左右線分離布置兩管，盾構(gòu)直徑為14.5 m，內(nèi)設(shè)上下層雙向四車道，上層均為北岸至南岸方向，下層均為南岸至北岸方向。左右兩線北岸段均與定向河路相連，與浦珠路相交。隧道N線(北線)潛洲北部過江與主城的揚(yáng)子江大道相接，長4 930 m，其中盾構(gòu)段3 537.8 m，主要承擔(dān)揚(yáng)子江大道與浦口間的交通聯(lián)系；隧道S線(南線)經(jīng)潛洲中部、江心洲尾部過江，與主城的定淮門大街、新模范馬路、玄武湖隧道相連，長5 530 m，其中盾構(gòu)段4 134.8 m，主要承擔(dān)緯三路與浦口之間的交通聯(lián)系。南京緯三路過江通道穿越地層主要為淤泥質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、礫砂、卵石、中風(fēng)化砂巖等混合層，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生大量卵石、中砂及破碎風(fēng)化巖。

2 渣樣分析

2.1 卵礫石渣樣

圖1中所示的是泥漿攜帶出來的渣土經(jīng)篩分系統(tǒng)處理后分成粗、細(xì)兩種粒徑的卵礫石渣土，卵礫石渣土外觀清潔，附著泥漿較少。根據(jù)GB/T 14685-2011建設(shè)用卵石、碎石對(duì)粗、細(xì)兩種粒徑的渣土采用不同摻配比例進(jìn)行了顆粒級(jí)配、力學(xué)性能等指標(biāo)檢測(cè)。

根據(jù)GB/T 14685-2011建設(shè)用卵石、碎石規(guī)范要求，通過對(duì)表1和表2檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可以看出，試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3中各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范中5 mm～40 mm連續(xù)級(jí)配要求，符合Ⅱ類要求。通過圖2級(jí)配曲線進(jìn)一步可以看出，試驗(yàn)組2中的配合比屬最優(yōu)級(jí)配。

表1 粗細(xì)粒徑卵礫石不同摻配比例級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

表2 卵礫石摻配組其他性能檢測(cè)結(jié)果

2.2 粗、細(xì)砂渣樣

圖1中經(jīng)篩分及水洗系統(tǒng)處理后分成粗、細(xì)兩種粒徑江砂，其中以粗顆粒為主，外觀清潔。根據(jù)GB/T 14684-2011建設(shè)用砂對(duì)粗、細(xì)兩種粒徑的江砂采用不同摻配比例進(jìn)行了顆粒級(jí)配等指標(biāo)檢測(cè)。根據(jù)GB/T 14684-2011建設(shè)用砂規(guī)范要求，通過對(duì)表3檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可以看出，試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范中2區(qū)中砂連續(xù)級(jí)配要求，符合Ⅱ類要求。通過圖3級(jí)配曲線進(jìn)一步可以看出，試驗(yàn)組1屬最優(yōu)級(jí)配。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對(duì)南京緯三路過江通道盾構(gòu)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生卵礫石及粗細(xì)砂渣樣的試驗(yàn)分析可以看出，通過適當(dāng)?shù)膿脚?，其各?xiàng)指標(biāo)均能滿足普通卵石混凝土的用料要求，故進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

表3 粗、細(xì)粒徑江砂不同摻配比例級(jí)配等指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)材料

普通卵石混凝土主要材料為水泥、卵礫石、江砂、水、外加劑。其中水泥為馬鞍山海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)各性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求；卵礫石和江砂為盾構(gòu)掘進(jìn)經(jīng)篩分、水洗處理后的渣樣，根據(jù)渣樣分析，卵礫石采用表1中試驗(yàn)組2摻配比例進(jìn)行試配，江砂采用表3中試驗(yàn)組1摻配比例進(jìn)行試配；水為施工現(xiàn)場(chǎng)飲用水，滿足規(guī)范要求；外加劑為江蘇蘇博特材料股份有限公司生產(chǎn)的PCA聚羧酸高性能減水劑，經(jīng)檢測(cè)各性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

3.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器包括混凝土攪拌機(jī)、坍落度試驗(yàn)儀、凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀、抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)。

3.3 混凝土擬用部位及配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

1)擬用部位。南京緯三路過江通道工程管片場(chǎng)工區(qū)場(chǎng)內(nèi)道路及堆場(chǎng)硬化、梅子洲工區(qū)場(chǎng)內(nèi)硬化及各工區(qū)臨時(shí)便道施工。2)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)。

a.坍落度為20 mm～60 mm。

b.按二級(jí)中等交通荷載等級(jí)公路設(shè)計(jì)，28 d設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為30 MPa；28 d設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.5 MPa。

配制28 d抗壓強(qiáng)度：

fcu,o≥fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa。

配制28 d抗折強(qiáng)度：

c.外觀檢測(cè)混凝土和易性良好，無泌水、無離析，使其滿足施工要求。

3.4 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)、材料性能及配合比設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)計(jì)算配合比的試拌狀態(tài)，考慮到卵礫石表面光滑，拌制的混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，采用降低砂率措施來修正計(jì)算配合比，提出基準(zhǔn)配合比(表4試配1)，并在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上采用不同水膠比和砂率進(jìn)行試拌，試拌結(jié)果見表4。

表4 混凝土配合比試拌結(jié)果

從表4中可以看出5組不同水膠比和砂率進(jìn)行試拌，混凝土的工作性均能滿足設(shè)計(jì)要求，但根據(jù)設(shè)計(jì)配置強(qiáng)度來分析，試配組3的抗折和抗壓強(qiáng)度均不能滿足要求，試配組2的富裕系數(shù)偏小，試配組4、試配組5富裕系數(shù)偏大，綜合試配結(jié)果，本著經(jīng)濟(jì)合理，保證工程質(zhì)量，方便施工等原則，優(yōu)先采用試配組1配合比進(jìn)行施工。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

南京市緯三路過江通道盾構(gòu)開挖直徑為15 m，每環(huán)2 m開挖渣土量為353 m3(約530 t)，根據(jù)本工程地質(zhì)資料和已掘進(jìn)的780環(huán)來看，至少可以利用1 000環(huán)渣樣，考慮到經(jīng)篩分設(shè)備和水洗等因素，按70%折算可利用渣樣約合371 000 t，目前市場(chǎng)砂、卵礫石綜合單價(jià)30元/t，扣除水洗、運(yùn)輸、儲(chǔ)存場(chǎng)地租金等費(fèi)用直接單價(jià)為20元/t。直接經(jīng)濟(jì)效益742萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語

南京緯三路過江通道工程盾構(gòu)穿越的砂、卵礫石地層，經(jīng)篩分水洗設(shè)備處理后適當(dāng)調(diào)整摻配比例可獲得良好的連續(xù)級(jí)配且符合Ⅱ類要求，通過采用不同的砂率和水膠比進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)研究，可獲得如下結(jié)論：1)根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)出渣情況，進(jìn)行不同摻配比例試驗(yàn)，完全可獲得滿足混凝土拌制的砂、卵礫石集料。2)通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)，盾構(gòu)掘進(jìn)出渣渣樣拌制的混凝土完全可以用于二級(jí)及以下等級(jí)路面和場(chǎng)內(nèi)便道、場(chǎng)地硬化等工程施工。3)通過對(duì)廢渣的再利用，不僅大大降低了對(duì)環(huán)境的污染，也提高了資源有效利用，環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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The slag sample analysis and use of slurry shield tunnel

LU Shuai

(CCCC Tunnel Engineering Co.， Ltd， Beijing 100088， China)

Analyzed and researched the slurry shield slag cross river passage engineering in Nanjing Municipal Party 3 road, through the screening and washing, made the slurry shield slag samples into different size gravel and river sand, through the slag sample analysis, selected the blending ratio meet the gradation requirements, according to the strength design concrete ratio of planning to use parts, using different sand ratio and water binder ratio, through the bending and compression strength analysis, ensured the optimum mixture ratio, gained the slag reuse method.

slurry shield, optimum mixture ratio, slag sample use

1009-6825(2014)36-0155-02

2014-10-17

陸 帥(1982- )，男，工程師

U455

A