为满足TBM开挖洞段围岩支护喷射混凝土及隧洞衬砌混凝土施工需要,在1号、2号、3号及4号施工支洞控制的相应扩大洞室的施工服务区,分别布置了1套HZS75型混凝土拌和系统,整个项目共4套。在TBM掘进时期该4套设备仅有2套跟随TBM掘进作业同时运行。
拌和站设置在洞内的目的主要是为了减少混凝土运输距离,省略了轮式混凝土罐车与轨行U型混凝土罐车的二次倒运环节,降低了冬季混凝土施工措施费。在混凝土低温施工季节,拌和站所需的砂石骨料提前3天运输至洞内进行自然升温。
拌和站的生产能力应能同时满足TBM开挖洞段围岩支护喷射混凝土及隧洞同步衬砌混凝土施工需要。混凝土拌和站搅拌机型号为HZS75,单盘生产混凝土1.2m 3 ,1.5min/盘,混凝土拌和站铭牌强度为75m 3 /h。拌和站满足一级、二级级配混凝土的拌制要求。
拌和站布置在服务洞室位于组装或检修洞室的下游末端,其断面宽度为10.5m,高度为10.8m,长度为105m,场地空间狭小。为满足水泥储存罐的安装要求,对相应部位进行了扩挖,隧洞底板向下开挖深度为1.5m,沿隧洞设计开挖面的顶拱向上开挖的高度为0.5m。
各拌和站粉料仓包括水泥料仓(100t)、粉煤灰料仓(60t)、硅粉罐(5t)、抗裂防水剂罐(5t)各一个,其输送系统包括水泥螺旋机和粉煤灰螺旋机两种。砂子储存能力为260m 3 ,骨料储存能力为300m 3 ,满足TBM掘进时初期支护的混凝土拌制需要。在TBM掘进时期,洞内混凝土原材料可利用隧洞空间灵活存放,以最大限度满足骨料自然升温要求。当TBM开挖完成后,TBM相关设备均被拆除,洞内空间巨大,洞内混凝土原材料储存场地十分富裕,能满足衬砌期混凝土生产要求。
拌和站所用骨料均储存在洞内,以便减少运输强度、提高骨料使用保障率、避免低温季节混凝土骨料加热。3号、2号、1号支洞将下游施工服务区向隧洞下游方向延伸了35m(4号支洞未向下游服务区延伸)作为储料场,可以满足3天的用量。根据本标段的最大喷射混凝土作业日强度,各种骨料用量为:砂 100m 3 /d、豆石 37.5m 3 /d、小石35m 3 /d、中石35m 3 /d,洞内储料场可满足1天的混凝土喷射骨料用量。在各营地洞外,设有2间12m×24m彩钢板房作为冬季骨料储存场,可满足3天的骨料用量。
拌和站主要设备包括拌和机、带式输送机、螺旋输送机及水泥罐等,主要设备详见本书8.2节相关内容。
拌和站的出料口下方设置轨道,该轨道与洞内轨道交通系统相连,混凝土运输无需二次倒运;本项目采用U型混凝土罐车,接料口高度低,接料方便;受洞内空间条件限制,拌和站上料带式输送机的胶带采用带刮板传送,以防止带式输送机运转时物料下滑,带式输送机最大倾角为45°;拌和站所在洞室场地空间狭小,为满足水泥储存罐的安装要求,对相应部位进行了扩挖,隧洞底板向下开挖深度为1.5m,沿隧洞设计开挖面的顶拱向上开挖的高度为0.5m;总结实际使用经验,当洞内空间较小时,洞内拌和站应分两期设置,即在TBM掘进期间,由于TBM设备占用洞内空间较多、混凝土使用强度低,拌和站的能力能满足初期支护所需混凝土拌制强度即可,以降低对拌和站能力的要求,减少拌和系统的尺寸;当TBM掘进完成后,相应设备拆除,洞内空间大、洞体结构混凝土浇筑强度较高,因此应设置与之相匹配的能力较大的拌和系统;本项目每年有近7个月为混凝土施工低温季节,低温混凝土施工季节长,且施工工期紧,将TBM施工期间的临时支护工程、TBM洞段、5号常规钻爆段控制洞及扩大洞室的永久衬砌结构混凝土工程所需混凝土的拌制优化为洞内拌和拌制,大大降低了低温季节混凝土施工费用、提高了混凝土施工效率、延长了冬季混凝土施工有效时段及提高了低温季节混凝土入仓温度,成为本项目施工组织设计的亮点之一。
洞内混凝土拌和站方案,提前将所需的砂石骨料存放至洞内,使其利用洞内空气温度升温,无需采用专门的砂石骨料升温措施,减少了低温季节混凝土费用;减少了混凝土运输距离,提高了运输效率和运输保障率;隧洞混凝土运输采用轨道运输时,可使用有轨运输直接运输至工作面,避免了轮式运输与轨道运输之间的倒运环节;避免了洞外混凝土运输段的保温措施,取得良好的效益。
洞内混凝土拌和站方案为提高混凝土浇筑效率奠定了基础,以2017年5月26日至2017年6月25日为例,TBM1-2段边顶拱混凝土衬砌完成浇筑26仓,创造了国内同洞径边顶拱衬砌施工新纪录。洞内混凝土拌和站取得了良好的效果。