隧道噴射混凝土施工技術(shù)與質(zhì)量控制淺談

王國煒 劉 菊 孔祥利

0 引言

噴射混凝土技術(shù)是新奧法施工的核心內(nèi)容之一,是初期支護的主要內(nèi)容。目前有干噴(潮噴)、濕噴和混合噴(SEG式噴)三種方式。

目前,由于濕噴技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢,濕式混凝土噴射機在各工程中的應(yīng)用亦越來越多。但由于存在著一些尚待解決的問題,如成本較高,操作維修繁瑣等原因。對濕式混凝土噴射機的推廣應(yīng)用起到了一定的阻礙作用,以至于在我國,目前主要的噴射混凝土作業(yè)方式仍是干噴。干噴(潮噴)以適應(yīng)性強,場地需求小,成本低在我國隧道工程中有廣泛應(yīng)用。其缺點是粉塵大,因而限制了它的發(fā)展。我們同時使用過兩種方法:濕噴粉塵減少,但霧狀水泥塵很大,并且每次作業(yè)完成后,清洗設(shè)備繁瑣,使用液體速凝劑成本較高。我們采用的是改良的潮噴,采取有效措施減少了粉塵,工藝簡單,操作靈活,施工機動,快速,高效,有較強的適應(yīng)性。

1 噴射作業(yè)流程

1.1 準備工作

檢查受噴面的輪廓尺寸,并加以修整,使之符合設(shè)計要求。清除受噴面松動巖石、浮碴,并用壓力水或高壓風(fēng)清洗除掉受噴面的灰塵。檢查機具設(shè)備及三管兩線和試運轉(zhuǎn)。噴射混凝土地段有漏、滴、滲水現(xiàn)象時,應(yīng)予以及時處理,采取堵、截、排等手段,使噴射面無淋水、滴水現(xiàn)象,以保證混凝土與巖面的粘結(jié)良好。

1.2 機械設(shè)備

機械設(shè)備主要有空氣壓縮機、噴射機、攪拌機。

1.3 混凝土噴射機操作流程

每班作業(yè)前,應(yīng)對噴射機進行檢查和試運轉(zhuǎn)。

1)開機時應(yīng)先給風(fēng)、再給電,當(dāng)機械運轉(zhuǎn)正常后送料;作業(yè)結(jié)束時,應(yīng)先將拌合料輸送干凈,再停電,最后關(guān)風(fēng)。2)作業(yè)完畢或因故間斷時,噴射機和輸料管內(nèi)的積料,必須及時清除干凈。3)噴射作業(yè)。各項準備工作完成后,可以向攪拌機料斗和速凝劑料斗中加滿料。首先打開進風(fēng)總閥門,上風(fēng)路閥開啟1/3圈,再調(diào)整下風(fēng)路到0.5 kg/cm2～1.0 kg/cm2空載風(fēng)壓。這時可以開動攪拌機,并打開供水閥門,向料斗內(nèi)噴水。只要連續(xù)上料處于基本充滿狀態(tài)、不使螺旋葉片暴露出來,攪拌機就會自動均勻地攪拌和準確供料。當(dāng)噴射機料斗內(nèi)有料時,即可開動噴射機開始作業(yè)。此時的工作壓力大約為0.4 MPa～0.5 MPa(取決于拌合料的水灰比大小和輸料管長短)。旋流器風(fēng)壓(下風(fēng)路)調(diào)整確定后,再次開啟上風(fēng)路閥門,直到噴射余氣口沒有較多物料泄出為止。上、下風(fēng)路閥門調(diào)整合適后一般無需再動。當(dāng)班中需要停風(fēng)時,只需關(guān)閉進風(fēng)管路總閥門即可。作業(yè)中,若發(fā)現(xiàn)混合料堆積在攪拌機料斗篩網(wǎng)上時,應(yīng)及時打開振動器閥門,加速振動篩下料,再將雜物揀出,需要停攪拌機時一定要把供水閥門同時關(guān)閉。

短時中斷噴射作業(yè)時,可以隨時停機、停風(fēng),無需清理。拌合料和速凝劑可以滯留在料斗中,但一定要關(guān)閉供水閥門。長時間停頓或每班工作結(jié)束時,首先要停止加料,待攪拌機料斗排空后加入一定數(shù)量不含水泥的純砂石,并加大向料斗的噴水量,保持機組運轉(zhuǎn),直至料腔中的物料排完為止,而后停機。停機后,應(yīng)將輸料管中的殘料吹出去,當(dāng)沒有物料從噴頭噴出時,再關(guān)閉噴頭水閥。最后關(guān)閉總進風(fēng)管路閥門。

2 隧道噴射混凝土的配合比設(shè)計

2.1 原材料要求

1)水泥:對水泥的要求是摻入速凝劑后凝結(jié)快、保水性好、早期強度高、收縮小。實踐中一般選用普通硅酸鹽水泥。2)砂:噴射混凝土用砂最好選用中粗砂,細度模數(shù)大于2.5,含泥量小于5%,含水率以5%～7%為宜。3)碎石:卵石或碎石均可,但以卵石最好,其最大粒徑不宜大于15 mm且應(yīng)選用連續(xù)級配的骨料。4)水:噴射混凝土用水要求與普通混凝土相同。5)外加劑:噴射混凝土的外加劑主要是速凝劑。

2.2 混凝土配合比設(shè)計

1)灰骨比:適宜的比例為 1∶4～1∶4.5,水泥過少,回彈量大,初期強度增長慢,水泥過多,粉塵大,硬化后收縮大,水泥用量不能超過400 kg/m3。2)砂率:砂在整個細骨料中所占的百分率對噴射混凝土的施工和力學(xué)性能有顯著影響。綜合考慮,以45%～55%為宜。3)水灰比:適宜的水灰比是0.4～0.5,在這一范圍內(nèi),混凝土表面平整,呈水亮光澤,回彈和粉塵均減少。偏離這一范圍,不僅降低噴射混凝土強度,回彈量也會增加。

3 施工控制及養(yǎng)護

3.1 施工控制方案

1)風(fēng)壓控制:在噴射混凝土作業(yè)時,輸料管長度應(yīng)控制在20 m左右,噴嘴與出料口的高差不超過5 m,實踐表明當(dāng)噴嘴處的風(fēng)壓穩(wěn)定在0.1 MPa～0.2 MPa范圍內(nèi)時,對回彈控制最為有利,此時空壓機上壓力表的讀數(shù)為0.2 MPa～0.45 MPa,因此風(fēng)源風(fēng)壓應(yīng)控制在0.4～0.65范圍。施工中發(fā)現(xiàn),當(dāng)壓送距離、軟管或配管的直徑發(fā)生變化時,空氣壓力要視噴射的狀況和粘附程度加以修正,風(fēng)力過大或過小,都會導(dǎo)致回彈量增加。2)水壓控制:噴水嘴處水壓應(yīng)比輸料管風(fēng)壓高 0.1 MPa～0.15 MPa,且噴水作業(yè)區(qū)的系統(tǒng)水壓應(yīng)大于0.4 MPa,此時噴射混凝土效果最好。3)噴射角度:在噴射平整的受噴面時,噴嘴應(yīng)與受噴面垂直,如噴射混凝土射流不能與受噴面垂直,將會造成回彈量加大和密實度降低,強度也會大大降低。4)噴射距離:施工中通常的做法是:在噴頭上接一個直徑為100 mm,長為0.8～1.0的塑料管,它的作用是使水泥與水充分拌和,混凝土束集中和回彈骨料不致傷害噴射手。調(diào)到適合風(fēng)壓后,噴嘴與受噴面最佳距離為0.8 m～1.2 m。5)噴射方法:為減少混凝土因重力作用而引起的滑動或脫落現(xiàn)象,噴射時應(yīng)按分段、分部、分塊,自下而上,先邊墻,后拱角,最后拱頂?shù)脑瓌t進行。噴頭正對受噴巖面均勻而緩慢的以順時針方向做螺旋形移動,可形成均勻的噴射混凝土,可保證回彈量最小。6)噴射人員:主要是噴射手。噴射手在操作過程中應(yīng)先找一面或者在地上試噴一下,選定最佳的水灰比,然后按噴射規(guī)程操作。7)一次噴射厚度及各噴層間的時間間隔:混凝土一次噴射厚度水平方向為7 cm～10 cm、向上為5 cm～6 cm、向下為10 cm～15 cm。各噴層間的時間間隔與水泥品種、施工溫度、速凝劑質(zhì)量等因素有關(guān),根據(jù)經(jīng)驗,一般間隔時間為20 min～30 min。

3.2 混凝土養(yǎng)護方案

混凝土終凝后2 h,即應(yīng)開始灑水養(yǎng)護,養(yǎng)護時間不得少于14 d,灑水次數(shù)以能保持混凝土充分濕潤為度。

4 噴射混凝土的質(zhì)量檢查

4.1 噴射厚度的檢查

噴射前用PVC管固定在巖體上,其外露長度比設(shè)計噴層厚度大5 cm,隧道每10 m檢查一個斷面,縱橫向1 m～2 m各設(shè)一根,作施工控制和檢查用。

合格條件:每個斷面上,全部檢查孔及PVC管處噴層的厚度,60%以上應(yīng)不小于設(shè)計厚度,其余均不小于設(shè)計厚度的1/2。

4.2 強度檢查

噴射混凝土強度檢查主要做抗壓強度試驗,需要在噴射施工時采集、制作試件,制作抗壓強度試件的方法主要有噴大板切割法、鑿方切割法兩種。

噴大板切割法:施噴的同時,將混凝土噴射于45 cm×35 cm×12 cm(可制6塊)或45 cm×20 cm×12 cm(可制3塊)的模板內(nèi),噴完后立即將表面輕輕抹平,待達到一定強度后,用切割機去掉周邊,加工成10 cm×10 cm×10 cm的立方體試件,在標準條件下養(yǎng)護28 d,而后進行試壓。

鑿方切割法:在具有一定強度的噴射混凝土層上,用鑿巖機打密排鉆孔,取出長約35 cm、寬約15 cm的混凝土塊,用切割機加工成10 cm×10 cm×10 cm的立方體試件,在標準條件下養(yǎng)護28 d,而后進行試壓。

5 安全防護措施

施工中必須采取加強通風(fēng)、噴霧灑水、控制砂石含水率、使用適宜的工作風(fēng)壓、掌握恰當(dāng)?shù)乃冶鹊染C合措施,盡量降低粉塵濃度。機械上配備的壓力表、安全閥,使用前應(yīng)進行耐壓試驗,合格后方可使用。

另外,噴射混凝土易產(chǎn)生粉塵,不僅會影響環(huán)境,還會損害施工人員健康。干噴法噴射混凝土作業(yè)產(chǎn)生的粉塵主要是水泥,其中有時也含有少量的二氧化硅。它可能引起肺氣腫等疾病,可采取下列措施以減少粉塵:1)適當(dāng)增加砂的含水量,以6%～8%為宜,對減少粉塵有明顯效果。2)適當(dāng)增加骨料含水量,采用潮式干噴。3)拌合機拌和加料順序:先放入一般碎石,再放入砂、水泥、速凝劑,最后放入另一半碎石。4)加強通風(fēng),以迅速排除作業(yè)面產(chǎn)生的粉塵。5)采用雙水環(huán)供水的噴嘴,使干料得到充分濕潤,以減少粉塵。6)加長噴嘴管長,以400 mm～1000 mm為宜,以增加水與干料混合的機會,使水泥顆粒充分潤濕,降低粉塵。

[1]JTG F60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]TB 10204-2002/J 163-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[3]GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S].

[4]李福勇.軟巖大跨隧道施工技術(shù)探討[J].山西建筑,2009,35(5):292-293.