韓鵬程 李熙乾 顧宏

敞開式TBM施工洞內(nèi)拌和系統(tǒng)的應用

韓鵬程 李熙乾 顧宏

隨著TBM的廣泛應用，結合東北地區(qū)低溫的特殊情況，為便于混凝土澆筑運輸，該項目采取洞內(nèi)布設拌和系統(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，保證混凝土溫度，減少冬季施工的保溫措施費用。拌和系統(tǒng)布置在TBM施工服務區(qū)，同時拌和站與TBM的電瓶車相接，減少混凝土罐車在施工服務區(qū)的轉移工序，加快混凝土施工進度。

洞內(nèi)拌和系統(tǒng) 布置 冬季施工 混凝土運輸 骨料預熱

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行混凝土施工，因冬季溫度較低，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，采用傳統(tǒng)的洞外混凝土拌和系統(tǒng)并進行相應洞外混凝土保溫措施，取得的保溫效果不是很好，且冬季保溫措施費用投入較大，因此，本工程結合TBM設備特點，在洞內(nèi)下游服務區(qū)各布置1座混凝土拌和站，采用20 t電瓶機車牽引6 m3軌輪式混凝土罐車有軌運輸至施工工作面，供該TBM掘進段混凝土施工需要。

2 拌和系統(tǒng)的選型

2.1 混凝土施工強度計算

拌和樓生產(chǎn)能力的選擇以施工高峰期最大日澆筑強度確定。洞內(nèi)拌和系統(tǒng)以TBM掘進施工高峰期，每天澆筑2塊（32 m）仰拱混凝土及遇Ⅳ類圍巖TBM日掘進噴混凝土28.8 m（16個掘進循環(huán)）疊加與鉆爆法通過段襯砌混凝土澆筑強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度計算見表1，TBM掘進施工高峰期原材料需要量見表2，TBM掘進段襯砌施工高峰期原材料需要量見表3。

2.2 拌和樓型號的確定

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，相應每小時產(chǎn)量拌和生產(chǎn)量42.7 m3/h（按每天拌和運行時間14 h計算）。為滿足施工高峰最大澆筑強度并留有一定富余拌和能力，在各洞下游服務區(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200 t水泥儲存罐、1個150 t粉煤灰儲存罐及1個20 t水泥過渡罐、1個20 t粉煤灰過渡罐，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。儲存罐與過渡罐之間采用氣力輸送，過渡罐與拌和機之間采用螺旋輸送機輸送。

表1 施工高峰期最大混凝土日拌和強度計算表

表2 TBM掘進施工高峰期原材料需要量表

表3 TBM掘進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、每斗容量為60 m3。TBM掘進施工期料斗分配為：砂斗3個共180 m3，碎石（5～10 mm）、小石（5～20 mm）、中石（20～40 mm）各1個60 m3料斗；襯砌施工期料斗分配為：砂、小石、中石各2個料斗，滿足TBM掘進和仰拱混凝土澆筑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)采用具有儲存功能的微機自動控制。微機控制系統(tǒng)采用以工業(yè)控制微機為核心的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域是最先進、最流行的控制系統(tǒng)。微機采用研華工控機型，配置彩顯及打印機，裝有混凝土生產(chǎn)控制專業(yè)軟件，具有配比儲存、落差自動補償、砂石含水率補償?shù)裙δ?，能準確、方便地輸入、調(diào)出和修改各物料的設定值及配方；可對所有生產(chǎn)操作動作做出提示，并可以將有關的生產(chǎn)數(shù)據(jù)儲存或隨時以各種報表形式打印出來。

2.7 拌和系統(tǒng)布置

洞內(nèi)施工服務區(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區(qū)依次為：上料斗及上料皮帶、灰粉過渡罐、拌和樓、拌和樓上料皮帶機稱量料斗以及3個灰粉儲存罐。

2.8 拌和系統(tǒng)配置及技術參數(shù)

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

3 冬季骨料預熱

3.1 骨料儲存

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

3.2 骨料取運

冬季取用砂石骨料時，采用在骨料堆下側開口先取用凍層以下未結塊的骨料，再取用上側已凍結的骨料，避免二次凍結及增加預熱時間。取用骨料后，由自卸汽車拉運至洞口保溫暖棚內(nèi)，預熱解凍。

表4 每套拌和系統(tǒng)設備配置表

表5 拌和系統(tǒng)技術參數(shù)

3.3 骨料預熱

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

4 結語

經(jīng)過運行，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度及質(zhì)量要求，混凝土拌制、運輸過程中不用采取特殊的溫度保護措施，便于操作，因此，對寒冷地區(qū)有冬季混凝土施工要求的地下工程有很好的應用前景。

韓鵬程 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

李熙乾 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

顧宏 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

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