TBM洞挖料用作混凝土骨料的试验研究

王婧红 王利英 王 芳

（1.河北工程大学水利水电学院 河北邯郸 056038；2.山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原 030006）

1 洞挖料利用现状

近年来，随着施工技术的不断提升，越来越多的工程使用TBM 进行施工，而由TBM 施工产生的大量洞挖料则存在占地面积大，污染环境以及易诱发次生灾害等的一系列问题，洞挖料的处理和利用应当引起重视。已有学者在洞挖料的资源化利用上表达了观点。袁正成等[1]曾针对隧道洞挖料的利用从材料分类、评价技术对比以及材料利用的现状进行了分析，并在基础理论、应用技术以及标准规范三方面给出了建议。孙增明等[2]对洞渣在材料以及生产过程各个环节上的资源化利用方式进行了探讨。

在洞挖料的利用上，很多研究者在不同方面展开探索。赵志芳[3]曾对TBM 洞挖料作为混凝土骨料进行了研究与讨论，通过抗压强度试验并给出了各个原材料之间的技术经济性比较，证明了TBM 洞挖料在低强度混凝土中的适用性。任毅[4]在分析隧道洞渣加工成为砂石料的过程中，分析了在不同生产流程下的材料特性，并做了经济性分析，表达了关于工程实际中应充分利用资源以达到既保证工程质量有又具有良好经济性的观点。

无论是哪种隧道洞渣，处理数量庞大的洞挖料成为亟待解决的现实问题。本文基于以上分析，进行了将TBM 洞挖料用作混凝土骨料的抗压强度试验，在不同水灰比与不同取代率两个变量情况下开展，通过试验验证这种材料利用的可行性，为今后的工程实际应用提供参考。

2 试验材料

试验用到的原材料有水泥、粉煤灰、减水剂和引气剂等。在试验开始前，对本次试验用到的原材料进行检验，检验结果均符合相关标准要求。

2.1 水泥

水泥依照试验采用山西华润福龙水泥有限公司生产的P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥的品质检验依照《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）标准执行，由表1可得，水泥各项检验指标均符合标准要求。

表1 水泥品质检验结果

2.2 粉煤灰

试验采用的为侯马经济开发区佳联环保科技有限公司提供的粉煤灰，粉煤灰的品质检验依照《用作水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）的标准执行，如表2 所示。根据标准判断，所检验的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

表2 粉煤灰品质检验各项指标

2.3 外加剂

外加剂使用河北省外加剂厂生产的DH3G减水剂，DH9引气剂，结果如表3 所示。

表3 外加剂品质检验各项指标

2.4 洞挖料

TBM 洞挖料取自山西临县TBM-2 标段施工产生的洞挖料，依照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）中规定的标准和试验方法对本次用到的TBM 洞挖料进行相关品质检验，如表4 所示，各项均符合标准要求。

表4 TBM 洞挖料品质检验结果

3 试验方案

本试验配合比设置采用了五种水灰比和三种取代率，欲使试件抗压强度达到从C10 至C25，水灰比设置为0.55、0.60、0.65、0.70、0.75。三种取代率分别是TBM洞挖料占比25%、50%、100%，其余部分掺配5～25 mm的人工碎石。按照上述配合关系，制作边长150 mm 立方体标准试件共15 组，共45 个试件，标准养护条件下养护至28 d 后进行抗压强度试验。

4 试验结果与分析

4.1 试验结果

养护至28 d 龄期后，记录每个试件的抗压强度结果如表5 所示。

表5 28 d 混凝土抗压强度值

由表5 中数据看出，混凝土抗压强度最小值为15.1 MPa，最大值为32.7 MPa，全部满足试验要求的C10 至C25 强度。抗压强度值较大时，主要集中在低水灰比和低取代率的情况，抗压强度值较小时，主要集中在高水灰比和高取代率的情况。

4.2 试验分析

分别控制水灰比和取代率两个变量，分析各自两种变量条件下对抗压强度的影响趋势。

4.2.1 取代率的影响

观察取代率对试件抗压强度的影响如图1 所示。当控制水灰比一定时，水灰比在0.55、0.65、0.75 时，抗压强度均随着取代率的增加呈现先减小后增大的趋势。除去水灰比0.60 的情况：在同一取代率下，随着水灰比的增大，抗压强度值基本都呈现减小趋势；随着取代率的逐渐增加，当取代率由50%变为100%时，抗压强度值缓慢变大，说明TBM 洞挖料骨料的增加对试件抗压强度的增加具有促进作用。

图1 取代率对抗压强度的影响

4.2.2 水灰比的影响

观察水灰比对试件抗压强度的影响如图2 所示。当控制取代率一定时，在三种取代率下，随着水灰比的增加，抗压强度均呈现减小的趋势。取代率为100%时，各个水灰比下的抗压强度值并未呈现最小，说明全部使用洞挖料作为骨料的试件抗压强度是不低的；在取代率为25%时，随着水灰比的增大，试件的抗压强度波动较大，说明水灰比在这一取代率下的影响较为显著。

图2 水灰比对抗压强度的影响

在控制两种变量单独对抗压强度的影响结果时，观察取代率50%、水灰比0.60 的情况下，试件的抗压强度值在其所在曲线产生突变，且强度较高。

5 结论

1）通过试验验证，水灰比0.55～0.75 范围内，将TBM洞挖料用作混凝土骨料的试件抗压强度能够达到C10 至C25 范围。

2）水灰比对于试件抗压强度的影响较为显著，随着水灰比的不断增大，抗压强度逐渐减小。3）当TBM 洞挖料取代率为100%时，试件抗压强度值在三种取代率下不是最小，说明TBM 洞挖料全部作为混凝土骨料是能满足一定强度的。将TBM 洞挖料用作混凝土骨料的思路是值得探索研究的。