第２９卷 云南水力发电 第３期 ＹＵＮＮＡＮ ＷＡＴＥＲ Ｐ０ＷＥＲ ＴＢＭ开挖料用作混凝土骨料的试验研究及应用 赵志芳，吴晓东 （中国水利水电建设工程咨询西北公司，云南德宏 ６７９３０Ｏ） 摘要：论述了以ＴＢＭ掘进料为料源加工人工骨料的可行性试验研究。采用ＴＢＭ开挖料，节约成本，虽然水泥用量增多，但混 凝土强度增大，混凝土整体质量有所提高，满足了混凝土设计指标的要求。ＴＢＭ开挖料加工的骨料适用于低强度等级洞内回填 混凝土，采用ＴＢＭ开挖料，在满足工程需要的同时，降低了经济成本，保护了生态环境。 关键词：ＴＢＭ掘进；毛料；加工；人工骨料；研究；那邦水电站 中图分类号：Ｔｖ４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－－３９５１（２０１３）０１－－０００９－－０３ Ｉ）ＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｍ １００６－－３９５１．２０１３．０３－－００４ Ｔｈｅ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｓｔｕｄｙ ０ｆ ＴＢＭ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｆ０ｒ Ｕｓｅ ａｓ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｊ ｅｃｔ ＺＨＡＯ Ｚｈｉ—ｆａｎｇ。ＷＵ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅａｌｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ＴＢＭ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＴＢＭ ａｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｓｔ，ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｃｒｕｓｈｅｄ ＴＢＭ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ａ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｌＯＷ ｇｒａｄｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＴＢＭ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｉｌｅ ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＢＭ ｄｒｉｖｉｎｇ；ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｃｒｕｓｈｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ；ｓｔｕｄｙ；Ｎａｂａｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｒｏ— ｊｅｃｔ １工程简介 面洞径３．５ ｍ，开挖直径４．５ ｍ，隧洞岩石中ＩＩ类围 那邦水电站位于德宏州盈江县西部勐乃河上， 岩约占４４ ，ＩＩＩ类围岩约占３４ ，ＩＶ围岩约占 是勐乃河梯级水电开发四级的最后１个梯级。电站 １９ ，Ｖ累围岩约占３Ｚ左右。引水隧洞位于铜壁 Ｃ３标主要包括引水隧洞工程、调压井土建工程、压 关自然保护区范围内，主要采用ＴＢＭ法施工，与钻 力管道土建工程和金属结构安装工程。其中调压井 爆法相比减少了支洞的数量、出渣交通道路及洞渣 设在厂区的一山脊，中心桩号为９＋７０７ ｍ，调压井 料堆放占地，最大程度减少了对铜壁关自然保护区 后设置压力钢管道。压力钢管道为地下埋管，进口 环境的影响。 中心高程９１３．４０ ｍ，主管总长２ ０３５ ｍ，由呈４段斜 ２研究目的 井和５段水平段的阶梯状布置方式。压力钢管道开 挖直径４．３ ｍ，钢管内径２．８ ｍ，钢管外壁与洞壁之 在那邦水电站工程施工中，由于Ｃ３标隧洞地 间用混凝土回填，平洞段回填Ｃ２０Ｗ６Ｆ１００混凝土， 质条件较差，大量洞渣料不能用于骨料的加工，导致 斜井回填Ｃ１５Ｗ６Ｆ５Ｏ混凝土。压力钢管道隧洞开 该标段骨料缺口较大；因那邦水电站位于德宏州盈 挖采用钻爆法施工。引水隧洞总长９ ７０７ ｋｍ，进口 江县西部的铜壁关自然保护区，当地严禁在铜 底板高程９４７．００ ｍ，隧洞底坡ｉ＝０．００３ ５９。过水断 壁关自然保护范围内开辟料场；若在就近的盈江县 ＊收稿日期：２０１３－－０１—２３ 作者简介：赵志芳（１９６５一），男，青海西宁人，注册监理工程师，主要从事工程咨询监理工作。 １０ 云南水力发电 ２０１３年第３期 购买骨料，路面状况不佳，运输比较困难，路程近 ０．６３～１．２５ ｍｍ含量偏少。 ３．２粗骨料 １００ｋｍ，运费高、不经济。那邦引水隧洞采用ＴＢＭ 掘进施工，若采用ＴＢＭ掘进料为原料加工骨料作 为混凝土用料，骨料从加工场地运至拌和站距离约 采用ＴＢＭ开挖洞渣料经加工的粗骨料，其物 理性能指标的试验成果见表３，钻爆法开挖的洞碴 ２ ｋｍ，洞渣既能合理的利用，又提高了经济效益，减 少料渣占地面积，保护了生态环境。因此有必要针 对ＴＢＭ开挖料加工的混凝土骨料及其性能进行试 验研究，以论证ＴＢＭ开挖料的可利用性。试验研 料加工的粗骨料，其物理性能试验成果见表４。 表３ ＴＢＭ开挖洞渣料加工的粗骨料的物理化学性能 指标试验成果表 究阶段及其目的：ＴＢＭ开挖料加工成混凝土粗、细 骨料后的品质及ＴＢＭ开挖料生产的骨料用于混凝 土性能分析。 ３原材料检验及对比情况 ３．１细骨料 采用ＴＢＭ开挖的洞碴料生产的人工砂，其物 理性能试验成果见表１，Ｃ３标钻爆法开挖的洞碴料 检项 测目 生产的人工砂，其物理性能试验成果见表２。八 堆密 表１ ＴＢＭ开挖的洞碴料生产的人工砂的物理性能试验成果表 积度 八 表密．量ｆ 观度 ｋ ｇ／ｍ３ ｋ ｇ／ｍ。 率 ／ ≥２ ５ｏ０ ６￣１８ ／ ≤８不允许 ／ 检验结果 １ ５７０ ２ ７１０ １６．４ ０．８ 醉 值 ６ 无色２．９Ｏ 各级筛余百分率 掀量 筛孔尺寸／ｍｍ ５．０ ２．５ １．２５ ０．６３ ０．３１５率 ０．１６筛底 筛余百分率／％８．７ ２８．０ １５．３ ８．５ １４．４ ８．４ １６．４ 表２ Ｃ３标钻爆法开挖的洞碴料生产的人工砂的 物理性能试验成果表 嚣 ｋｇ ／ｍ３ 毳 囊 ／ ≥２ ５ｏ０ ６￣１８ ／ ≤８不允许 ／ 检验结果 １ ４３４ ２ ６８０ １５．６ １．０ ／ 无色２．９８ 各级筛余百分率 筛孔尺寸／ｍｍ ５．０ ２．５ １．２５ ０．６３ ０．３１５ ０．１６筛底 筛余百分率／ １４．８ ２８．２ １５．６ ５．５ １３．４ ７．３ １５．６ 从检验结果可以看出：采用ＴＢＭ开挖料生产 的人工砂的物理性能符合ＤＬ／Ｔ５１４４—２００１（（水工 混凝土施工规范》要求，粗细适中，但颗粒级配组成 和钻爆法开挖的洞碴料生产的人工砂相比欠佳， 技术 浅于 要求 ／ ≥２ ５５０ ／ ≤１６≤１≤２．５≤１５标准 值 色 小石 １ ４２０ ２ ７１０ ４８ ／０．２ ０．５６ ３无色 中石 １ ４７０ ２ ７１０ ４６ １０．８ ０．２ ０．５８ ２无色 各级筛余百分率 筛孔尺寸 １００ ８０ ６０ ４０ ２０ １０ ５ 筛底 ／ｍｍ 小石／ ｜｜ ｝ ／０．０ ３７．６ ６１．３ １．２ 中石／％ ｝ ｆ ／０．０ ３９．０ ５８．２ １．３ １．５ 表密 表４ Ｃ３标钻爆法开挖的洞碴料生产的粗骨料的 观度 物理化学性能指标试验成果表 率 篓 ｋ善脐 值 吸水 有机 率 质 ｇ／ ｍ￣ 批量 ／ ／亘／５＂ＯＺ含量 ｏ 技术 浅于 要求 ／ ≥２ ５５０ ／≤１６≤１≤２．５≤１５标准 值 色 小石 １ ５２５ ２ ６７０ ／０．０ ０．０ ０．４ ４．２无色 中石 １ ４６５ ２ ６８０ ／ ９．４ ０．０ ０．３９ ３．１无色 各级筛余百分率 筛孔尺寸 １００ ８０ ６０ ４０ ２０ １０ ５ 筛底 ／ｎｌｌＴｌ 小石／ ｜｜｜ ／０．４ ６４．６ ３０．８ ４．０ 中石／ ／ ／ ／ ４．１ ９３．４ ２．１ ０ ０ 从检验结果和对比结果可以看出： １）采用ＴＢＭ开挖洞渣料加工的中小石各项试 验成果满足ＤＬ／ＴＳ１４４—２００１《水工混凝土施工规 范》要求。但是与钻爆法开挖的洞碴料生产的粗骨 料相比，粒径均偏小，按照超径含量小于等于５ Ａ时 ｏ的筛孔尺寸来定义石子的最大粒径，中石的最大粒 径为２６．５ ｍｍ，小于水工混凝土使用中石的最大粒 径为４０ ｍｍ的规定。 ２）碎石的针片状符合要求，受限于ＴＢＭ旋转 赵志芳，吴晓东ＴＢＭ开挖料用作混凝土骨料的试验研究及应用 刀头切削岩体前进的破岩工艺，与钻爆法开挖的洞 剪切并未造成碎石自身结构强度较大的破坏。但仍 碴料生产的粗骨料相比，粒型较差，多数呈扁平状， 然满足规范要求。 需要填充和包裹的水泥浆相应增多，即在同等条件 下混凝土的水泥会多一些。 ４混凝土配合比试验检测情况 ３）与钻爆法开挖的洞碴料生产的粗骨料相比， ＴＢＭ洞渣料施工配合比见表５，Ｃ３标开挖料 压碎指标值稍显偏大，原因是ＴＢＭ刀片的挤压和 施工配合比见表６。 表５ ＴＢＭ洞渣料加工的骨料常态Ⅱ级配施工配合比表 注：山峰ＳＦＧ高效缓凝减水剂，掺量０．７ ；ＳＦＫ引气剂（掺量：０．０２ ）。 从表５、表６可以看出：使用ＴＭＢ开挖料加工 约０．８０８ ｔ（约１６．２元）；使用ＴＢＭ料加工的粗骨 骨料的混凝土配合比水泥用量较多，砂率较大，粗骨 料（约１８元／ｔ），每方用量约０．９８７ ｔ（约１７．８元）；每 料的含量相对减少。混凝土强度较高，且能满足混 方水泥用量约０．３５０ ｔ（１４０元）；每方混凝土成本价 凝土的抗冻、抗渗的设计指标要求。 约为１７４元。用ＴＢＭ料加工骨料每方混凝土节约 ５技术及经济分析 成本约３９．２元。那邦水电站压力钢管道洞内剩余 回填混凝土约１．７×１０ ｍ３，每方混凝土节约成本约 １）采用ＴＢＭ开挖料加工的细骨料，颗粒级配 ３９．２元，总共节约成本约６６．６４×１Ｏ 元。用ＴＢＭ 不佳，中间尺寸的颗粒含量偏少；碎石粒型多呈扁平 料加工骨料，解决了洞内回填混凝土骨料紧缺问题， 状，且粒径偏小，需要填充和包裹的水泥浆增多。 节约了成本，增加了经济效益。 Ｃ３标回填混凝土对抗冻、抗渗有要求，为满足设计 需要，外加剂的掺量增加。与钻爆法开挖的洞碴料 ６结语 生产的骨料相比较，采用ＴＢＭ开挖料加工的骨料 对原材料的检验成果和混凝土配合比成果的分 虽然存在一些不足，但在混凝土配制过程中可以通 析可以看出，ＴＢＭ开挖料加工的骨料与钻爆法开挖 过增加水泥用量，减水剂、引气剂的掺量，增大砂率 的洞碴料生产的骨料相比虽然级配欠佳、粒型较差， 的方法，满足了混凝土抗压、抗渗、抗冻的设计要求， 但通过对水泥、减水剂、引气剂掺量的调整，可以满 满足工程需要。 足混凝土抗压、抗冻、抗渗的设计要求。从经济效益 ２）毛料加工骨料与从厂家购买骨料相比，节约 上分析，从盈江购买河砂由于运输路况较差，运费 成本。采用原回填混凝土（Ｃ２０Ｗ６Ｆ１０Ｏ）配合比，使 高，运输时间长，导致骨料无法得到及时的供应，影 用购买的河砂（约６２．５元／ｔ包括运输费用），每方 响工程的顺利进行，增加成本。采用ＴＢＭ开挖料， 用量约０．６７４ ｔ（约４２．１元）；使用购买的粗骨料（约 节约成本，更经济，虽然水泥用量增多，但混凝土强 ３４．６元／ｔ），每方用量约１．２ ｔ（约４１．５元）；每方水 度增大，混凝土整体质量有所提高，满足了混凝土设 泥用量约０．３２４ ｔ（约１２９．６元）；每方混凝土成本价 计指标的要求。从环境效益上看，开挖的洞渣料若 约为２１３．２元。采用ＴＢＭ骨料的混凝土配合比， 不能及时处理，占用场地，雨水会将料渣冲走，造成 使用ＴＢＭ料加工的人工砂（约２０元／ｔ），每方用量 环境污染。 （下转第４６页） 云南水力发电 ２０１３年第３期 距１．５ ｍ，外露部份待导流钢管安装完成后与之焊 接，做为导流钢管锚固点。 管口。 挡水墙砌筑完成２４ ｈ后，开始对两道挡水墙之 第２步，导流钢管安装，导流钢管采用内径 １ ０００ ｍｍ，壁厚８ ｍｍ钢管，单边导流钢管长７．５ ｍ，在钢管出口安装阀门。单节钢管长１．５ ｍ，各管 节采用法兰连接。钢管底部暗河水面线３０ ｃｍ，钢 管分节运至安装工作面，就位后进行对接，加固。为 监测暗河水压力，在阀门上游侧加装了一个压力表， 压力表量程为０．６ ＭＰａ，通过一根￣１ｏ ｍｍ钢管接 引至引水洞，便于观测读数。 间的空间进行混凝土回填，回填混凝土等级为Ｃ３０／ ３８，混凝土采用泵送人仓。混凝土回填完成２４ ｈ 后，进行回填灌浆。 最后，进行关阀闭水，阀门按１／３行程、２／３行 程、全关３个步骤实施。前个行程完成后间隔１０ ｍｉｎ进行下个行程。同时观测压力表读数，阀门全 关后，压力表读数稳定在０．３５ ＭＰａ。小于封堵混凝 土失稳水压力。封堵完成后，暗河涌水量由２ ｍ３／ｓ 降至０．０５ ｍ。／ｓ。 第３步，砌筑临时挡水墙，导流钢管安装完成 后，在钢管内外两侧端头分别砌筑临时挡水墙，首先 将内装Ｃ３０混凝土的编织袋抛投于暗河底部，使水 位上升，直至导流钢管１／３断面过流，停止抛投，开 始在编袋上砌筑挡水墙，首先砌筑内侧挡水墙，挡水 墙由两道间隔３０ ｃｍ的２４砖墙组成，两道砖墙之间 的空间采用Ｍ３０砂浆充填，内侧挡水墙将导流钢管 与暗河溶洞之间的空间填满。内侧挡水墙砌筑完成 后，进行外侧挡水墙，砌筑工艺与内侧挡水墙相同。 但在挡水墙上部预留回填混凝土输送口及回填灌浆 ３结束语 引水隧洞２＋４８３桩号暗河涌水封堵施工是地 下工程地下水处理的一个典型案例，在涌水量２ ｍ。／ｓ及０．３５ ＭＰａ水压力的边界条件下采用“钢管 引流、全断面封堵、闸阀闭水”的处理措施是可行的。 该洞于２０１３年３月１０日完成了隧洞混凝土衬砌施 工 （上接第１１页） 洞渣料得以合理的利用，减少占地，保护了生态环 境。ＴＢＭ开挖料加工的骨料适用于低强度等级洞 内回填混凝土，但在结构混凝土，大坝混凝土部位慎 用。综上所述，采用ＴＢＭ开挖料，在满足工程需要 的同时，降低了经济成本，保护了生态环境。 （上接第１８页） ５）为提高构件在特殊情况下的运营安全，考虑 冲击荷载下的构件破坏研究，结合试验机加荷速度 可调节的优势，模拟分析了冲击荷载下破坏的可能 性，进而达到提高构件使用寿命，增加安全性储备。 参考文献： ３）确定加载方式，通过对不同加载方式的对比 试验，确定最佳和最不利情况下的加载方式，在加载 过程中便于观察构件破坏机理。 ４）利用大量构件承载力的试验结果，对ＲＰＣ 盖板原型试验及受力过程变形分析，找寻挠度变化 曲线，找出不同规格盖板、不同钢纤维掺量下构件的 差异性，进而发现变化规律。研究构件满足设计安 ［１］科技基［－２００６］１２９号客运专线活性粉末混凝土（ＲＰＣ）材料人 行道挡板、盖板暂行技术条件［Ｓ］．北京：中国铁道出版社， ２００６． 全指标的可能性、不合格率，进而在满足合格产品且 富裕系数较高的情况，考虑优化配合比的可能性。
