陆 帅
(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)
泥水盾构隧道出渣渣样分析与利用
陆 帅
(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)
对南京市纬三路过江通道工程泥水盾构出渣进行了分析研究，经过筛分和水洗，将泥水盾构出渣渣样分为粒径不同的卵砾石和江砂，通过渣样分析，选择了满足级配要求的掺配比例，根据拟用部位强度设计混凝土的配合比，采用不同的砂率和水胶比，通过抗折和抗压强度分析，确定了最优配合比，得到了渣土再利用的方法。
泥水盾构，最优配合比，渣样利用
0 引言
随着城市化进程的加快，盾构法修建隧道在我国需求越来越大，其中泥水盾构在跨江越湖工程应用最为广泛。如南京长江隧道、武汉过江隧道、扬州瘦西湖隧道等均采用泥水盾构施工。在泥水盾构施工中，开挖面大量渣土随泥水循环经筛分系统处理后排出，如果直接废弃不仅造成环境污染，也造成了资源浪费。为此，本文主要研究了泥水盾构开挖渣样的分析再利用问题。
1 工程概况
南京市纬三路过江通道位于南京长江隧道(纬七路长江隧道)下游5 km、南京长江大桥上游4.5 km处，连接南京主城区与浦口规划新市区中心，通道采用八车道“X”形隧道方案，从浦口到定淮门将有两条隧道“X”形交叉过江，隧道设计为双层双向八车道。隧道在江中段采用双层盾构，左右线分离布置两管，盾构直径为14.5 m，内设上下层双向四车道，上层均为北岸至南岸方向，下层均为南岸至北岸方向。左右两线北岸段均与定向河路相连，与浦珠路相交。隧道N线(北线)潜洲北部过江与主城的扬子江大道相接，长4 930 m，其中盾构段3 537.8 m，主要承担扬子江大道与浦口间的交通联系；隧道S线(南线)经潜洲中部、江心洲尾部过江，与主城的定淮门大街、新模范马路、玄武湖隧道相连，长5 530 m，其中盾构段4 134.8 m，主要承担纬三路与浦口之间的交通联系。南京纬三路过江通道穿越地层主要为淤泥质粘土、粉细砂、砾砂、卵石、中风化砂岩等混合层，盾构掘进过程中产生大量卵石、中砂及破碎风化岩。
2 渣样分析
2.1 卵砾石渣样
图1中所示的是泥浆携带出来的渣土经筛分系统处理后分成粗、细两种粒径的卵砾石渣土，卵砾石渣土外观清洁，附着泥浆较少。根据GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石对粗、细两种粒径的渣土采用不同掺配比例进行了颗粒级配、力学性能等指标检测。
根据GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石规范要求，通过对表1和表2检测结果数据分析可以看出，试验组1、试验组2和试验组3中各项指标均能满足规范中5 mm～40 mm连续级配要求，符合Ⅱ类要求。通过图2级配曲线进一步可以看出，试验组2中的配合比属最优级配。
表1 粗细粒径卵砾石不同掺配比例级配检测结果
表2 卵砾石掺配组其他性能检测结果
2.2 粗、细砂渣样
图1中经筛分及水洗系统处理后分成粗、细两种粒径江砂，其中以粗颗粒为主，外观清洁。根据GB/T 14684-2011建设用砂对粗、细两种粒径的江砂采用不同掺配比例进行了颗粒级配等指标检测。根据GB/T 14684-2011建设用砂规范要求，通过对表3检测结果数据分析可以看出，试验组1、试验组2各项指标均能满足规范中2区中砂连续级配要求，符合Ⅱ类要求。通过图3级配曲线进一步可以看出，试验组1属最优级配。
3 试验设计
通过对南京纬三路过江通道盾构掘进过程中产生卵砾石及粗细砂渣样的试验分析可以看出，通过适当的掺配，其各项指标均能满足普通卵石混凝土的用料要求，故进行配合比设计。
表3 粗、细粒径江砂不同掺配比例级配等指标检测结果
3.1 试验材料
普通卵石混凝土主要材料为水泥、卵砾石、江砂、水、外加剂。其中水泥为马鞍山海螺水泥有限公司生产的海螺牌42.5普通硅酸盐水泥，经检测各性能指标均能满足规范要求；卵砾石和江砂为盾构掘进经筛分、水洗处理后的渣样，根据渣样分析，卵砾石采用表1中试验组2掺配比例进行试配，江砂采用表3中试验组1掺配比例进行试配；水为施工现场饮用水，满足规范要求；外加剂为江苏苏博特材料股份有限公司生产的PCA聚羧酸高性能减水剂，经检测各性能指标均能满足规范要求。
3.2 试验仪器
试验仪器包括混凝土搅拌机、坍落度试验仪、凝结时间测定仪、抗折抗压试验机。
3.3 混凝土拟用部位及配合比设计指标
1)拟用部位。南京纬三路过江通道工程管片场工区场内道路及堆场硬化、梅子洲工区场内硬化及各工区临时便道施工。2)配合比设计指标。
a.坍落度为20 mm～60 mm。
b.按二级中等交通荷载等级公路设计，28 d设计抗压强度为30 MPa；28 d设计抗折强度标准值为4.5 MPa。
配制28 d抗压强度：
fcu,o≥fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa。
配制28 d抗折强度：
c.外观检测混凝土和易性良好，无泌水、无离析，使其满足施工要求。
3.4 配合比设计
依据设计指标、材料性能及配合比设计规范，根据计算配合比的试拌状态，考虑到卵砾石表面光滑，拌制的混凝土运至施工现场容易出现离析现象，采用降低砂率措施来修正计算配合比，提出基准配合比(表4试配1)，并在基准配合比的基础上采用不同水胶比和砂率进行试拌，试拌结果见表4。
表4 混凝土配合比试拌结果
从表4中可以看出5组不同水胶比和砂率进行试拌，混凝土的工作性均能满足设计要求，但根据设计配置强度来分析，试配组3的抗折和抗压强度均不能满足要求，试配组2的富裕系数偏小，试配组4、试配组5富裕系数偏大，综合试配结果，本着经济合理，保证工程质量，方便施工等原则，优先采用试配组1配合比进行施工。
4 经济效益分析
南京市纬三路过江通道盾构开挖直径为15 m，每环2 m开挖渣土量为353 m3(约530 t)，根据本工程地质资料和已掘进的780环来看，至少可以利用1 000环渣样，考虑到经筛分设备和水洗等因素，按70%折算可利用渣样约合371 000 t，目前市场砂、卵砾石综合单价30元/t，扣除水洗、运输、储存场地租金等费用直接单价为20元/t。直接经济效益742万元，经济效益显著。
5 结语
南京纬三路过江通道工程盾构穿越的砂、卵砾石地层，经筛分水洗设备处理后适当调整掺配比例可获得良好的连续级配且符合Ⅱ类要求，通过采用不同的砂率和水胶比进行混凝土配合比试验研究，可获得如下结论：1)根据盾构掘进出渣情况，进行不同掺配比例试验，完全可获得满足混凝土拌制的砂、卵砾石集料。2)通过对混凝土配合比设计，盾构掘进出渣渣样拌制的混凝土完全可以用于二级及以下等级路面和场内便道、场地硬化等工程施工。3)通过对废渣的再利用，不仅大大降低了对环境的污染，也提高了资源有效利用，环保和经济效益显著。
[1] 罗文强，张尚坤，张义江，等.山东省海砂砾石资源潜力及开发利用前景[J].海洋地质动态，2008，24(12)：91-92.
[2] 钟小春，左 佳，刘泉维，等.地层中粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用研究[J].岩土力学，2008(29)：117-118.
[3] 赵尚传，傅 智，赵晓明，等.卵石砂石统料混凝土路面试验研究[J].公路，2006(1)：56-57.
[4] 陈 馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社,2009.
[5] 曹志伟.破碎卵石混凝土在农村公路路面工程中的应用[J].山西建筑，2010，36(35)：258-260.
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
陆 帅(1982- )，男，工程师
U455
A
