长距离混凝土运输质量保证技术小结.docx

1、目 录 一、工程概况41 工程简况41.1 工程概况41.2 本标段工程概况42 水文地质52.1 地质情况52.2 水文情况6二、研究背景61 工程特点62 工程难点72.1 长距离施工运输72.2 长时间混凝土运输坍损控制难度大73 现场情况8三、研究过程详述81 研究过程概述82 原因分析82.1 运输时长问题分析82.2 混凝土塌落度损失过大93 采取的措施103.1 支洞运输模式改变103.2 增设会车平台113.3 掘进姿态及轨线质量控制113.4 优化施工配合比133.5 其他管控措施14四、研究总结151 管理成果152 研究总结153 后续的延伸思考16五、附件16 91 工

2、程简况 1.1 工程概况 YE 供水项目分西水东引、KS 隧洞、双三（双井子到三塘湖）段共三个部分，供水终端为哈密工业园区。西水东引将布尔津河水引入额尔齐斯河补给下游水量，KS 隧洞自喀腊塑克水利枢纽将水引致双井子，后注入三塘湖水库，隧洞线穿越福海县、富蕴县、清河县、奇台县，KS 隧洞总长约为 283.393km，为超长地下隧洞，根据施工分段规划和施工方案，KS 隧洞共采用 11 台 TBM 及钻爆法施工；具体区域规划调水规模布局见图 1.1。图 1.1 YE 调水示意图1.2 本标段工程概况 KS 段标（原 T2 勘探试验洞）位于新疆维吾尔自治区阿勒泰地区富蕴县境内。主洞全长 43.847k

3、m（桩号 KS87+500KS96+650、KS100+303KS135+000），同时还包括 398m 的 F2 通风竖井和 429m 的 F3 通风竖井。TBM 掘进分为两个阶段，第一掘进段以 T2 支洞为工作窗口，两台 TBM 分别向上下游背向掘进，TBM4-1 掘进 15.474km，TBM5 掘进 17.491km，第二掘进段 TBM4 转场至 P6 支洞，TBM4-2 掘进 8.806km。工程布置示意图见图 1. 2：图 1. 2工程平面布置图2 水文地质 2.1 地质情况 根据地面地质测绘结合沿线钻孔资料分析，隧洞出露的地层岩性主要为: 泥盆系中统蕴都卡拉组（D2ya）凝灰质砂

4、岩、凝灰岩；泥盆系中统江孜尔库都克组（D3ja） 凝灰岩夹凝灰角砾岩；华力西期（x42e）紫红一肉红色碱性、钾质花岗岩。隧洞围岩类别见表 1-1：表 1-1KS 段标 TBM 掘进段工程地质掘进部位 所占比例 a b 总和 TBM4-1 长度(m) 14953 286 191 29 15 15474 比例 96.6% 1.9% 1.2% 0.2% 0.1% 100% TBM4-2 长度(m) 7381 494 862 46 23 8806 掘进部位 所占比例 a b 总和 比例 83.8% 5.6% 9.8% 0.5% 0.3% 100% TBM5 长度(m) 16765 237 445 29

5、 15 17491 比例 95.8% 1.4% 2.5% 0.2% 0.1% 100% 钻爆段 （辅助硐室） 长度(m) 1507 362 111 64 32 2076 比例 72.6% 17.4% 5.4% 3.1% 1.5% 100% 2.2 水文情况 本标段处于乌伦古河以南，标段内没有河流穿过，区内地表水贫乏，工程区主要接受北部阿尔泰山区的冰雪融水和区内大气降水的补给。地下水径流方向总体上由北向南，最终流向准噶尔盆地中心。工程区范围内由于蒸发量远大于降水量，且地下径流不畅，地下水矿化度较高。按地下水赋存状态的不同，本标段隧洞区地下水主要类型为基岩裂隙水，根据隧洞沿线钻孔反映，洞底以上普遍

6、存在裂隙水，裂隙水水量大多较小，没有连续统一的地下水面。地下水主要贮存于断层破碎带、裂隙密集带，隧洞穿过这些地段时大多以渗水、滴水为主，局部出现线状流水。二、研究背景 1 工程特点 （1） 工程建设意义大 YE 供水工程是我国重要的引水工程之一，本标段为 KS 段标，包括 43.847km 的主洞、398m 的 F2 通风竖井、429m 的 F3 通风竖井，工程规模巨大，是全隧控制性标段之一，本标段对整个 KS 隧洞工程施工具有重要意义。（2） 工程建设难度大 本标段 TBM4、TBM5 由 T2 支洞进入主洞后分别向上下游同时掘进施工，“一洞双机”TBM 山岭隧洞施工在国内尚无经验可供借鉴；

7、TBM4、 TBM5 均在洞内组装、拆卸，具有一定的施工难度；F2、F3 通风竖井井深分别为 398m、 429m，净空断面 3.5m，竖井井深大、断面小。本工程具有 TBM 长距离独头掘进、长距离运输、长距离通风、长距离反坡排水、施工组织难度大、两台 TBM 同时洞内组装、大井深小断面等特点，整体施工难度大。（3）独头掘进距离长 TBM4-1 段长 15474m，TBM4-2 段长 8806m，TBM5 段长17491m，TBM 长距离独头掘进对水平运输要求很高。（4）工程量大，工期紧 本标段包括 43.847km 的主洞（TBM 法施工 41771m，钻爆法施工 2076m），TBM4 平

8、均进尺 537m/月，TBM5 平均进尺 565m/月，TBM 掘进进度指标要求较高，施工工期紧，任务重。（5） 寒暑季施工要求高 工程区域属大陆性寒温带干旱气候，冬季严寒而漫长（ 一般从 10 月下旬至翌年的 4 月上旬，长达五个多月之久），夏季炎热，春秋季短暂， 极端最高气温 42.2C，极端最低气温-49.8C，寒暑季对现场施工尤其是混凝土施工要求较高。（6） 施工环境保护要求高 本项目所在地属于自然保护区内，区域内环境一旦破坏不易恢复，对环保、水保要求高，环境保护在本项目尤为重要。施工过程中严格遵守国家及新疆维吾尔自治区有关法律、法规和有关政策，严格按照设计施工，避免施工造成当地生态系

9、统和环境的破坏。2 工程难点 2.1 长距离施工运输 项目采用“一洞双机”施工组织模式，其中上游 TBM4-1 独头掘进 15474m,下游TBM5 独头掘进 17491m，掘进距离长，施工物料运输至掌子面单趟最长用时约 3 小时，运输距离远、时间长；按 TBM 每班掘进 35m，平均喷混用量 2m/m 计算，则单班混凝土需运送 9-10 趟，以及其他与掘进相关的物料运输 2 趟/班，现场有轨运输频次高，运量大。2.2 长时间混凝土运输坍损控制难度大 喷射混凝土需经支洞运输转主洞有轨运输后，方可运送至 TBM 作业面，混凝土设计坍落度要求为 160-200mm，TBM 掘进至 10km 后，运

10、输时长超过 2h（理论时间），混凝土坍落度损失较大,现场喷混作业困难。3 现场情况 本工程主洞采用两台敞开式 TBM 同时背向掘进，TBM 施工过程中需及时对出露护盾围岩进行支护，现场采用 C30W10F50 混凝土，支洞采用无轨运输，运输距离为2.987km，主洞采用有轨运输，TBM4-1 段最长运输距离 15.474km，TBM5 段最长运输距离 17.491km，在 TBM 掘进期间支洞、主洞均为单线运输。支洞运输采用平板车加内燃罐车组合方式，主洞采用轨行式平板加内燃罐方式运输，由于最初距离近，岩性为花岗岩且类居多，采用随机喷混，混凝土用量相对较少，混凝土运输可以满足施工进度需求。但随着

11、掘进距离增加至 10km 后，运输时间显著增长，平均增长率为10.7min/km，运输时间增长使混凝土坍落度损失过大，堵管频繁，且掘进中后期以凝灰岩为主，喷混量增加，长距离单线混凝土运输功效低下，对喷混质量、施工进度有着严重的影响。三、研究过程详述 1 研究过程概述 2019 年 5 月 15 日，掘进距离超过 5km 后，混凝土运输时间增长至 1.5h，掘进距离至 10km 时，运输时间约 3h，塌落度平均损失量为 30mm/h，运输效率低下问题突显，严重制约施工进度。因此，项目认识到后续施工中混凝土运输质量保证将是影响后期 TBM 施工进行的重要因素之一，所以项目成立混凝土运输研究小组，根

12、据施工条件的变化，持续对混凝土运输进行研究，确保混凝土运输质量，满足现场施工需求。期间从两个方面进行分析解决，一方面是机车编组运输时间长的问题，通过改变混凝土运输模式和增设会车平台，以及加大轨道养护力度，提升运行环境，加强运行管理，减少机车编组跳道频率，提升运行速度，另一方面是优化施工配合比，通过增加外加剂的方式，减缓混凝土塌落度损失。2 原因分析 2.1 运输时长问题分析 支洞运输：混凝土运输模式采用轮式平板车将混凝土内燃罐从搅拌站运输至组装洞，再使用桥吊倒运至轨行式平板车上，轮式平板车单次运输仅能运送一台混凝土内燃罐（有效容积 4m），且混凝土内燃罐需在轮式平板车上进行固定装置的安拆，同

13、时轮式平板车在支洞的运行速度较低，另外混凝土内燃罐吊装耗费时间长（约 30min），导致混凝土整体运输效率低下，耗时较长，而且内燃罐起重吊装安全风险较高。主洞运输：因工程条件，主洞采用单线运输，TBM4（中铁装备）为平台式，设备尾部本身自带会车平台，TBM5（铁建重工）为门架式，设备尾部未自带会车平台， 导致 TBM5 运输需在三叉口位置进行会车，设备上无法会车是 TBM5 运输时间长的重要原因之一；其次是掘进垂直姿态控制，部分段落因地质软弱不均，或者掘进期间人为因素等造成的垂直姿态起伏严重，加之掘进期间隧洞底部积渣清理不彻底，造成部分洞段积水堵塞严重，影响机车运行速度；再者是轨线质量控制，一

14、方面是隧洞底部围岩软弱、破碎、遇水泥化等地质原因，机车编组长期运行造成轨线质量下降，易跳道，致使运行速度下降，另一方面是轨线安装时质量不满足交底要求，且轨线养护力量弱，易造成跳道，影响行车安全及运行速度（详见图 3.1），其次机车编组运行的环境差，回弹料、不良地质段落渣、更换的托辊、皮带头等随着机车运行“推水”作用，致使杂物移动至轨线上，也是造成机车编组跳道的重要因素之一；最后是主洞运输距离长，最远运输距离分别约为 15.5km、17.5km，是客观存在的问题。图 3.1 机车长时间运行导致轨排松动2.2 混凝土塌落度损失过大 混凝土塌损过大主要原因有两方面，一是三叉口调度协调指挥能力欠缺，混

15、凝土在三叉口停留时间较长，混凝土倒料完成后还需进行其他材料的吊装工作；二是运距3 采取的措施 3.1 支洞运输模式改变 经过研究将轮式平板车改换为 10m的轮式汽车罐，汽车罐将混凝土运输至组装洞，然后转卸给轨行式平板台车上的内燃罐中。1. 提升运输效率：通过支洞运输方式的改变，将支洞的运输效率由以往的 4m/30min 提升至 8m/30min，运输效率有效提升至 2 倍。2. 减少了起重吊装的重大危险源：因内燃罐放置在轨行式平板车上时进料口在罐的顶部，高度约 1.6m，而轮式汽车罐的卸料溜槽底部的高度约在 1.5m，在保证内燃罐的最大运输方量的情况下，导致无法直接将混凝土转输至内燃罐，影响转

16、运率，因此研究小组发明一种混凝土运输的转运装置，用以实现轮式罐车内的混凝土直接转运至轨行式平板台车上的储存罐。转运装置采用型钢焊接组成平台（详见图 3.2 和图 3.3），包括爬坡段和平坡段，使得汽车罐借助此平台被抬高，汽车罐尾部的下料溜槽高于内燃罐进料口，从而达到直接转运混凝土至内燃罐内。以此发明成功的改变了混凝土运输模式，提高了混凝土运输效率，并得实用型型专利一项；图 3.2 混凝土运输倒运装置图 3.3 现场混凝土倒运3. 节约项目成本：轮式平板车双班租赁费用为 3.5 万/月，轮式汽车罐租赁费用为3.6 万/月，汽车罐每趟可运输 8m，当在 TBM 上喷护量大，单趟编组可运输两台内15

17、燃罐，或 TBM4、TBM5 同时供混凝土时，汽车罐能够有效的提升了运输效率，降低成本。3.2 增设会车平台 机车编组的平均速度按 10km/h，最大运距 15.5km（TBM4-1）、17.5km（TBM5），喷射混凝土 30min/4m（含吊罐），混凝土倒运就位时间 5min，三叉口内燃罐倒装 20min/罐，支洞运输 30min（3km），混凝土生产 30min/8m。按照喷混速度、编组配置及平均运行速度，每 5km 增加一处会车平台（同时结合皮带机辅驱/排水泵站位置布置），根据运输编组宽度和长度，施工过程中运输最宽件确定会车平台的长度和轨道抬升高度，我项目根据现场情况确定会车平台长为1

18、00m 的双线轨道，会车平台高度 575mm，采取 2缓坡过渡，采用型钢加工异形轨排，间距 0.5m，中间增加两根立柱，并整体进行纵向连接固定。在施工运行过程中，严禁将混凝土废料、洗罐弃渣等卸在会车平台处，要保证隧洞渗水自流通畅，否则将会在会车平台上游缓坡段前方积水较深，影响机车编组运行。通过对 TBM4、TBM5 尾部有无随机行走的会车平台对比，项目在 TBM 机尾增加了一套加利福尼亚道岔，采用 2m 油缸将其与设备拖车相连接，需对所有拖车主要主梁连接点进行加固（加固方案详见附件一），并配置一套液压泵站，与主机室控制系统相连，掘进过程中由主机室控制随 TBM 拖行。3.3 掘进姿态及轨线质量

19、控制 （1） 掘进姿态控制措施制定姿态超限反馈制度，设计允许垂直偏差为50mm，项目设置预控偏差范围，垂直允许偏差+50-20mm，在超出一定范围后，必须通知相应责任人（部门负责人副总工程师总工程师）进行监督管控。在遇到软弱不均地层时，缩短换步距离， 增加换步频次，实时进行姿态调整控制。（2） 轨线质量控制措施项目将轨线安装质量纳入对掘进班组的综合进尺考核（详见图 3.4），综合考核与见表 3-1），提升作业人员的质量意识，提高轨线安装质量，切实保证运输“命脉”。表 3-1轨线延伸考核标准序号 考核项目 扣分标准 备注 1 轨排间距 轨排间距标准为 0.8m，在隧底围岩处于不良地质时，视情况缩

20、小轨排间距至 0.5m，若现场安装不符合质量标准，由值班工程师在综合进尺评分表中按照每处 1 分进行扣除，并要求立即整改。 2 钢轨轨距 由现场值班工程师对每对钢轨端头和末尾轨距分别用卷尺进行量测，轨距标准为 0.97m。若发现 1 处不合格则对当班轨线延伸评分全部扣除，并要求对该部位钢轨重新安装。 3 螺栓、压块是否缺失 由现场值班工程师检查当班轨线延伸螺栓、压块是否缺失， 若现场发现存在螺栓、压块缺失现象，由值班工程师在综合进尺评分表中按照每处 1 分进行扣除，并要求立即整改。 4 螺栓、压块是否紧固 由现场值班工程师检查当班轨线延伸螺栓、压块是否松动， 若现场发现螺栓、压块松动现象，由值

21、班工程师在综合进尺评分表中按照每处 1 分进行扣除，并要求立即整改。 5 轨道下部积渣是否清理干净 由现场值班工程师检查当班下部积渣是否清楚干净，若经发现未对钢轨底部积渣进行清楚，若发现 1 处则对当班轨线延伸评分全部扣除，并要求对该部位钢轨重新安装。 同时针对 TBM“蛇形”掘进轨迹，项目施工人员在安装轨排、钢轨时需严格按照隧洞设计中心线铺设轨排并安装钢轨，保证钢轨的平直度，避免现场出现小范围内钢轨出现较大的弯曲，影响机车安全及通行速度；并在隧底围岩处于不良地质时，视情况提前缩小轨排间距至 0.5m（标准为 0.8m），并采用纵向连接加固或安装整体式轨排等，若遇到围岩破碎、遇水泥化等地层，可

22、进行喷混换填。（3） 轨线养护每 5km 安排一名轨道巡视工，成立轨道养护专业班组（含巡视工），对因来往车辆通行导致螺栓松动、拉杆松动等小问题由巡视工现场立即处理，避免小问题变成大隐患。对现场出现的断轨、轨道间距变化等导致跳道频繁段的问题，由作业班组提前计划安排集中力量进行突击处理，及时改善跳道频繁的问题。处理完成后，由工程部部长组织召开专题会对于跳道频繁段原因进行分析，并对处理措施进行总结，以保证后期施工中轨线延伸质量满足机车正常行驶。（4） 轨线环境管控措施回弹料和落渣的清理纳入综合进尺中的文明施工考核内容内，避免回弹料块或石渣被积水带动落在轨线上引起跳道。同时要求皮带巡视工将更换下来的托

23、辊分段集中堆放，堆码整齐，定期收集运出洞外，每月将发数量和现场临时存放数量与之对比，避免恶意浪费和随意丢弃。图 3.4 综合进尺表注（综合进尺表计算方法) ：1、轨道、水管延伸均按照里程计算。（TBM4 按进水管米数算，TBM5 按进水管和排水管相加2 计算）2、实际（应得）加权进尺=本班完成得分（分值）1003.4 优化施工配合比 由于本工程运距离长是客观存在，为保证混凝土运输质量一方面从缩短混凝土运输时间进行研究，另一方面从优化配合比，减缓塌落度损失。根据了解沿线其他标段成功经验，在混凝土中加入适量缓凝剂（跨越 2000HC208 型），邀请外加剂厂家技术人员来现场，在试验室反复试验，根据

24、我项目采用自产砂石料情况，确定了缓凝剂配比(详见表 3-2)，同时也确定了混凝土生产添加比例，通过试验室和现场试验，前 4 个小时内混凝土塌落度基本不会损失，在第 5 个小时内，塌落度仅只损失 10mm，在第 6 个小时内，塌落度损失较快，损失了 40mm，根据最远运距计算混凝土从开始至喷混结束理论最长需 3.75h，因此添加缓凝剂后的配合比塌落度损失在允许范围内， 能够满足设计要求及现场施工需求，数据详见图 3.5。表 3-2 添加缓凝剂后混凝土施工配合方 量 1 方 单位 （kg） 水泥 粉煤灰 细骨料 粗骨料 减水剂 水 缓凝剂 413 73 1075 579 4.86 170 8.74

25、8 图 3.5 配合比优化后混凝土塌落度控制3.5 其他管控措施 （1） 制定维保管理办法、加强人员培训制定完善关于机械设备维保的相关管理办法和制度（详见图 3.6），确保内燃罐和小马机车设备故障问题能够及时处理，使用后及时保养，设备部应对小马机车驾驶员进行培训，考核合格后方能上岗，提升驾驶员简单故障处理能力。（2） 建立信息平台，加强调度管理建立喷砼料运输相关人员配置联络装置，保证联系无盲区，方便调度员及时指挥、调配，三叉口安排协调管理能力强的调度人员，必要时以班长的标准进行配置，最大限度的减少喷砼料运输时间，并建立生产管理微信群（详见图 3.7），群内主要以调度、现场管理人员、试验、各生产

26、班组组长为主，洞外调度将喷砼料运输所到达的实际位置和运输中发生的问题及时发送至微信群内，以便于各位置及时准确调度喷砼料，及时协调资源，时刻掌握机车运输状态，尽可能减少喷砼料运输时间与现场耽误时间。图 3.6 维修保养制度图3.7 生产管理微信群四、研究总结 1 管理成果 通过改良了支洞运输的方式，改善了主洞运输环境，TBM5 增加加利福尼亚道岔等措施，提升了运输效率，缩短了混凝土运输时间，最远运距时混凝土运输时间可保证在 3 个小时内。通过优化施工配合比，增加缓凝外加剂，改良混凝土性能，使混凝土塌落度在 4个小时内基本不损失，达到了长距离混凝土运输质量要求。2 研究总结 项目对长距离混凝土运输

27、总结详见表 4-1。表 4-1 研究总结 序号 项目类别 经验总结 备注 1 运输模式 1、支洞运输应采用汽车罐运输，运输效率高、成本低、安全性高； 2、三叉口设置倒料平台，缩短倒料时间、避免频繁重物吊装出现安全事故的风险； 3、主洞单线运输距离大于 5km 时，应根据现场情况每隔一定距离设置固定会车平台(本项目现场编组配置、运行速度，每隔 5 公里设置一座会车平台)，同时 TBM 尾部必须配置随机行走会车平台，对长距离编组运输时间压缩有显著效果。 2 掘进姿态 1、TBM 掘进垂直姿态必须控制，避免出现较大起伏，以免造成沿途局部积水，对编组运行速度产生影响； 序号 项目类别 经验总结 备注

28、3 轨线质量控制 1、轨线安装质量管控主要需通过管理轨排间距、钢轨轨距、螺栓、压块数量和安装质量、钢轨下部积渣清理情况等方面来保证轨线延伸质量； 2、轨道养护主要对现场螺栓松动、拉杆松动、断轨、轨道间距变化等导致跳道频繁段的问题检查并及时处理；其次主要保证轨线运输环境通畅，对于现场存在的钢丝头、托辊等及时进行清除。 3、轨线安装和巡视养护必须要有质量保证，还有轨线运输环境的营造，都是提升编组运行速度的有力保障。 4 配合比优化 在超长运输距离客观存在时，常规混凝土坍损不能满足施工需求时，可添加缓凝剂，缓凝剂需根据现场实际使用砂石料进行配比调整，以达到预期保坍需求。 5 现场管控 1、建立完善的

29、混凝土运输管理系统和管理制度，通讯试行实行全段落覆盖，实时跟踪运输状态，及时反馈运输问题； 2、提升运输作业人员现场问题处理能力和责任意识。 3 后续的延伸思考 长距离混凝土运输质量的保证主要就是编组运输速度、效率的保证，通过本项目编组运输施工过程存在的问题和措施，若有类似工况项目应该从事前和事中两方面进行分析和控制，事前管控：统筹考虑项目全周期施工任务，确定运输方案，根据本项目施工经验和后续底板混凝土施工情况，以及沿线相同工况的参建单位讨论和分析， 超过 10km 的独头单线隧洞建议铺设仰拱块，降低掘进过程中轨线养护投入和难度， 对工期有着较大裨益，缺点是投资增加；若现场投资受限，建议以中心轨排加钢轨的方式，则在项目开始要把编组运输作为影响施工质量和进度的一项重大问题来分析， 从本文上述的几方面提前做好策划，编制完善健全可行的管理制度；事中管控：就是要严格按照前期制定的各项管理制度和保证措施执行落实，结合现场前情况进行过程纠偏。长距离编组运输若能够有效的保证，不仅是混凝土运输质量能保证，其他材料、人员等运输都可以保证，这将会减少长距离 TBM 掘进后期施工的机车维修、人员上下班延时等费用的增加，极大程度提升现场施工进度。五、附件 附件一、TBM5 后配套拖车加固方案