(张金海 华能澜沧江水电股份有限公司) (荆文军 李玉才 朱永康 王成文 中国水利水电第四工程局有限公司)
(陈大帅6 河南海纳建设管理有限公司)
摘要:TBM设备作为一种掘进设备,其广泛运用于隧道的掘进,TBM在掘进的过程中,通过前端的刀片旋转前进,将隧道岩石进行切割、破碎,实现隧道的贯通,通过对12#隧道掘进过程中切割、破碎的石渣料进行研究,结果表明:12#隧道TBM石渣料级配较好,材料检测指标满足规范要求,可应用道路底基层级配碎石的铺筑。
关键词:隧道 TBM 石渣 拌制 级配碎石
引言:GX水电站位于西藏自治区境内,前期项目为道路工程,包含4#隧道、12#隧道及6#隧道,其中4#道路隧道长度1724m,12#道路隧道长度896m,6#道路隧道长3647m,隧道采用TBM设备掘进开挖,TBM设备在掘进过程中前端的刀头将岩石进行切割、破碎后通过皮带运输出来,对12#隧道TBM掘进的石渣进行了研究,从研究结果来看,石渣料级配良好,符合本工程设计文件对级配碎石的要求,可用来铺设路面底基层级配碎石,为工程节约了成本。
一、原材料检测结果
1.1石渣检测结果
本次试验选用12#隧道TBM设备掘进过程中产生的石渣料,围岩等级为Ⅲ类围岩(微风化花岗闪长岩)为主,占比88.0%,Ⅳ围岩约占10.0%,Ⅴ类围岩占比2%,掘进区岩石类型主要为花岗岩及花岗闪长岩,岩体风化程度呈中分化至微新状,岩体单轴饱和抗压强度一般为70-150MPa,整体岩层较好,设计文件要求级配碎石的最大粒径为53mm,为此将石渣料过53mm的筛网,对过网的石渣进行了检测,试验结果表明:颗粒级配、液塑限、压碎指标、针片状及0.075mm以下粉尘含量均满足规范要求,具体检测结果见表1、表2。
表1 石渣检测结果
液限(%) | 塑形指数 | 压碎指标(%) | 针片状颗粒总含量(%) | 0.075mm以下粉尘含量(%) | 表观密度(kg/m3) |
19.0 | 5.2 | 12.5 | 7.0 | 4.9 | 2745 |
表2 石渣筛分结果
筛孔尺寸(mm) | 53 | 37.5 | 31.5 | 19.0 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 0.6 | 0.075 |
累计通过百分数(%) | 100 | 90.7 | 85.0 | 74.0 | 55.8 | 41.7 | 31.7 | 19.4 | 4.9 |
TBM石渣料筛分曲线图:
1.2水
采用山泉水,检测指标均满足拌合用水要求。
二、配合比试验
2.1室内击实试验
试验用料为12#隧道TBM掘进产出的石渣,从料场将石料取回来以后,取有代表性的试样测定风干含水率,预定5个不同含水率,依次相差0.5%~2.0%,有2个大于和小于最优含水率,浸润4小时进行试验,制样完成后,采用重型击实法进行试验,经过试验,最佳含水率为4.8%,最大干密度为2.286g/cm3,具体击实试验结果见表3。
表3 室内击实试验结果
试验一 | 含水率(%) | 2.4 | 4.2 | 6.2 | 8.3 | 10.6 |
干密度(g/cm3) | 2.237 | 2.292 | 2.343 | 2.291 | 2.232 | |
试验二 | 含水率(%) | 2.2 | 4.1 | 6.3 | 8.2 | 10.4 |
干密度(g/cm3) | 2.245 | 2.290 | 2.343 | 2.275 | 2.236 |
由于存在超大颗粒,试验一的超大颗粒含量为11.7%,修正后的最大干密度和最优含水率分别为2.357g/cm3和5.5%;试验二的超大颗粒含量为12.6%,修正后的最大干密度和最优含水率分别为2.359g/cm3和5.5%,平均最大干密度和最优含水率为2.358g/cm3和5.5%。
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2.2 CBR强度试验
取代表性的风干试样,用木碾捣碎,土团应捣碎过5mm的筛孔,用40mm筛筛除大于40mm的颗粒,并记录超尺寸颗粒的百分数,用40mm筛筛除大于40mm的颗粒,并将记录超尺寸颗粒百分数,按最佳含水率制备3个试件,掺水将试料充分拌匀后装入密闭容器或者塑料口袋浸润,浸润4个小时,制备三种干密度试件,使试件的干密度控制在90%~100%之间,每层击数分别为30次、50次和98次,采用静压一次成型试件。
成型完毕后进行4天泡水,进行膨胀量、吸水率及CBR强度试验,从水槽中取出试件,倒出试件顶面的水,静置15分钟,然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸,并计算试件的密湿度和密度的变化,从试验结果可以看出,压力值越大,贯入量越多,两者成正比关系,当击实30次时膨胀量为0.7%,吸水量63.7g,CBR结果为88.1%,击实50次时膨胀量为0.4%,吸水量53.3g,CBR结果为121.0%,击实98次时膨胀量为0.1%,吸水量18.9g,CBR结果为108.6%,试验结果满足本公路项目对底基层级配碎石的要求,具体的试验检测结果见表4。
表4 膨胀量、吸水量及CBR试验结果
击实次数 | 膨胀量(%) | 吸水量(g) | 试件的干密度(g/cm3) | CBR(%) | |
2.5(mm) | 5.0(mm) | ||||
30次 | 0.7 | 63.7 | 2.222 | 88.1 | 68.8 |
50次 | 0.4 | 53.3 | 2.292 | 121.0 | 91.3 |
98次 | 0.1 | 18.9 | 2.358 | 148.5 | 108.6 |
(击实30次贯入量与压力关系曲线)
(击实50次贯入量与压力关系曲线)
(击实98次贯入量与压力关系曲线)
三、结论
从室内试验结果及现场应用来看,12#隧道TBM石渣料级配良好、液塑限指标、压碎指标、微颗粒含量、CBR试验结果均满足本工程对底基层级配碎石的要求,施工过程中严格控制骨料的级配,同时试验室在过程中加强质量控制,以确保工程的质量。
参考文献:
[1]王心宇. 水泥稳定碎石基层试验检测实例分析.工程地质学,2020-05.