濕噴混凝土技術(shù)在向家壩隧道施工中的應(yīng)用

姜昭榮

1 工程概況

噴射混凝土是現(xiàn)代隧道工程施工中最常見也是最基本的支護形式和方法之一。傳統(tǒng)的干噴工藝存在粉塵大、回彈高、混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定三大技術(shù)難題，實現(xiàn)濕噴成為解決這一問題的根本途徑。重慶—利川鐵路全長 244.269 km，設(shè)計為國鐵 1級干線，雙線，電力牽引，時速200 km，建設(shè)總工期4年。渝利鐵路在利川涼霧車站與宜萬鐵路接軌，是構(gòu)成滬漢蓉快速客運通道的重要組成部分。向家壩隧道位于重慶市石柱縣沙子鎮(zhèn)境內(nèi)。隧道全長6 500m，隧道從兩端分別同時施工。向家壩隧道出口段施工3 250m，Ⅲ級圍巖3 155m，Ⅳ級圍巖 55m，Ⅴ級圍巖40m，共噴射混凝土 14 108m3，設(shè)計為C 25濕噴混凝土。

2 原材料選擇及配合比確定

1)原材料選擇。選擇原材料的原則是在滿足質(zhì)量要求的前提下，盡可能采購當(dāng)?shù)夭牧希越档凸こ坛杀?。水?湖北宜昌華新水泥P.O42.5、表觀密度3.1×103kg/m3。砂:為保證噴射混凝土的強度，選用就近沙子鎮(zhèn)粟新石廠機制砂，細度模數(shù) 3.4，表觀密度 2 600 kg/m3。碎石:為防止噴射混凝土?xí)r堵管和減少回彈，選用就近沙子鎮(zhèn)粟新石廠碎石，粒徑 5 mm～10mm的機制碎石，要求連續(xù)粒級，并堅硬耐久，表觀密度2 600 kg/m3。外加劑:外加劑對混凝土拌合物性能起關(guān)鍵作用，施工中選用山西黃騰速凝劑摻量為膠凝材料的 4%，山西黃騰高效減水劑摻量為膠凝材料的0.8%。

2)配合比確定。向家壩隧道噴射混凝土設(shè)計強度等級25.0MPa，采用濕噴工藝，坍落度設(shè)計為80mm～130 mm。根據(jù)濕噴混凝土工藝要求，通過多次試驗比較，確定配合比如下:水泥∶砂∶碎石=1.00∶2.24∶1.83。水灰比:0.45。外加劑(摻合料)摻量分別為:速凝劑4%，減水劑0.8%，每立方米水泥用量427 kg。施工中根據(jù)砂、碎石的含水率及時調(diào)整施工配合比。

3 施工機械

1)濕噴混凝土攪拌采取全自動計量強制式攪拌機，施工配料應(yīng)嚴格按配合比進行操作。2)混凝土運輸罐。混凝土運輸罐容積為 8m3，罐體在柴油內(nèi)燃機帶動下可以正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，混凝土在運輸過程中正轉(zhuǎn)可以延緩混凝土的凝結(jié)時間，罐體反轉(zhuǎn)則向混凝土泵料斗中卸料。3)混凝土噴射設(shè)備?；炷羾娚湓O(shè)備為成都巖峰 TK 500濕噴機。濕噴機自配流量泵和儀表以控制液體速凝劑的用量，濕噴機出料能力為4m3/h～4.5m3/h?；炷羾娚涫衷谧灾坪喴着_架上進行噴射作業(yè)，混凝土通過濕噴機輸送到噴嘴處，再添加速凝劑和高壓風(fēng)把混凝土噴射到巖面上，完成噴射作業(yè)。

4 濕噴混凝土施工工藝

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

4.2 混凝土拌制運輸

混凝土拌制時按砂→碎石→水泥→水的順序投料，加入減水劑后攪拌2min，最多不能超過4 min?；炷吝\輸過程中，罐體保持轉(zhuǎn)動以防止混凝土初凝。運輸過程中，在攪拌站取部分混凝土樣品袋裝后放置在同批罐車上，若出現(xiàn)機械故障，導(dǎo)致混凝土不能及時噴射時，應(yīng)檢驗樣品是否有變化，坍落度應(yīng)保持在80mm～140mm，若樣品不能使用，則罐內(nèi)混凝土同樣不能使用。

4.3 混凝土噴射工藝

噴射前用高壓風(fēng)或高壓水沖洗巖面。沖洗時從隧道拱頂開始，按從上到下的順序清洗至邊壁底部。試驗表明，潔凈濕潤的巖面與混凝土粘結(jié)比較緊密。噴射混凝土?xí)r從隧道兩拱腳處開始，由下往上噴射，以避免回彈料污染已沖洗干凈的巖面，影響噴射混凝土的質(zhì)量。噴射手應(yīng)盡量使噴嘴與受噴面垂直，邊墻噴嘴距離開始為1m～1.2m，當(dāng)形成3 cm～5 cm厚的混凝土軟層時，噴嘴距離變?yōu)?.5m～0.7m，最后要留2 cm～3 cm厚要噴的混凝土?xí)r噴嘴距離回到1m～1.2m噴平整;若噴拱頂時噴嘴距離在 0.8～1.6為宜。混凝土應(yīng)分片自下往上噴射，噴嘴應(yīng)均勻地呈單向螺旋轉(zhuǎn)動。一般正常工作情況下，邊墻工作風(fēng)壓為0.2MPa～0.4MPa，拱部工作風(fēng)壓為0.3 MPa～0.5MPa。此外，工作風(fēng)壓與噴射管長度和混凝土和易性有關(guān)，和易性越好，噴射管越短，所需工作風(fēng)壓較低，反之則工作風(fēng)壓越高。噴嘴盡量垂直巖面成 90°角，以確保混凝土的密實效果，噴射時可以觀察到噴嘴與巖面的角度偏離直角愈多，噴混凝土材料回彈就越大。

噴射混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)圍巖類別及水文地質(zhì)情況，確定適宜的初噴層厚度，初噴層厚度過薄，粗骨料不易粘結(jié)牢固，會增加回彈量。初噴層過厚，混凝土自身重量超過其內(nèi)部凝聚力或超過混凝土與巖面的粘結(jié)力，就會造成初噴層下墜掉落或形成空殼。根據(jù)設(shè)計的支護參數(shù)及現(xiàn)場施工情況，初噴層厚度確定為 3 cm～5 cm，初噴10min～15min后再繼續(xù)噴射混凝土至設(shè)計厚度。

4.4 特殊情況下的混凝土噴射工藝

掛鋼筋網(wǎng)地段，噴射后混凝土層面有時呈波浪形，噴頭垂直于巖面噴射則可使混凝土均勻分布，避免起伏。設(shè)鋼拱架地段，因巖石破碎，混凝土噴射工作顯得尤為重要。噴射混凝土必須從填充巖面空洞、裂隙開始。噴頭呈直線狀沿拱架從拱底向拱頂移動，注意不要旋轉(zhuǎn)噴頭。鋼拱架與圍巖之間的空隙必須用噴射混凝土填充密實，對于鋼拱架的兩側(cè)，必須進行兩次或三次補噴，并將鋼拱架用混凝土包裹嚴實(又能確保鋪設(shè)防水板時圓順、密貼)，使其與噴射混凝土構(gòu)成整體受力體系。混凝土掉落部位的補噴，應(yīng)在10m in～15m in后進行，立即補噴只能引起更大范圍的混凝土垮落。噴射時噴頭不能旋轉(zhuǎn)，以免在其周圍形成凸包。對滲水較小的地方，噴射從無水處向有水處進行;對滲水較大的地方，采用引流措施后再噴射。

4.5 勞動組織

濕噴混凝土勞動組織比較簡單，一臺機噴射人員:噴射手1人，指揮 1人，上料人員 1人，合計 3人;輔助人員:拌合機司機1人，拌合站上料裝載機司機 1人，混凝土運輸罐車司機 1人，空壓機司機 1人，電工 1人，合計 5人。以上總合計 8人。

4.6 施工中應(yīng)著重注意的事項

1)混凝土的拌和質(zhì)量直接影響噴射效果，施工中應(yīng)加強原材料檢測及混凝土拌和質(zhì)量的控制。2)在系統(tǒng)工作風(fēng)壓不小于0.5MPa時，才能開機，否則會造成噴射管堵塞。3)噴射混凝土供料一定要連續(xù)，噴射過程中經(jīng)常停機易造成混凝土噴嘴處速凝劑通道堵塞和噴射機內(nèi)積料嚴重。4)在噴射混凝土過程中，要理順噴射管，避免噴射變換位置過程中使噴射管彎折和蹩勁現(xiàn)象，引起堵管。5)短時間停機時，停主電機、振動電機、計量泵，但要保持輔助風(fēng)閥呈開啟狀態(tài)，以防止速凝劑管路堵塞。6)使用噴射機噴射混凝土?xí)r噴頭不能對著人和設(shè)備。7)噴射手必須戴好面具，避免回彈傷人，吸塵危害健康。

5 噴射混凝土質(zhì)量評定

5.1 抗壓強度

石塊制作采用噴大板切割法，也可采用鉆芯取樣，統(tǒng)計DK229+950～DK230+000段混凝土抗壓強度試驗結(jié)果，該段噴混凝土抗壓強度平均值為30.7MPa。

5.2 噴層厚度

噴射混凝土厚度檢查，在有錨桿地段利用錨桿露頭，其余地段采用鑿孔法檢測厚度。鑿孔檢查宜在噴后 8 h之內(nèi)檢查，用短鋼釬將孔鑿出，發(fā)現(xiàn)厚度不足時可立即補噴。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土表面有裂縫、脫落、露筋、滲漏水情況，應(yīng)立即予以修補、鑿除重噴或進行整治。

5.3 混凝土與巖石粘結(jié)強度

采用鐵錘敲擊混凝土檢查，未發(fā)現(xiàn)空洞，表明混凝土與巖石粘結(jié)效果良好。

5.4 噴射材料的回彈率

經(jīng)檢查，材料回彈少，經(jīng)現(xiàn)場實測回彈率平均邊墻為 10%，拱部為15%左右。

6 需要解決的問題

1)濕噴混凝土設(shè)備相對較復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難，積極探索維修保養(yǎng)規(guī)律，使之能夠保持良好的工作狀態(tài)。2)濕噴混凝土對粗骨料、坍落度要求較高，風(fēng)壓及風(fēng)量要求較大。3)有水地段濕噴混凝土效果差，應(yīng)繼續(xù)改進完善濕噴混凝土施工工藝，使其能夠適應(yīng)不同地質(zhì)地段施工。4)濕噴混凝土使用的液態(tài)速凝劑成本過高，而且對噴射手的身體傷害較大。

7 結(jié)語

濕噴混凝土技術(shù)在渝利鐵路向家壩隧道的應(yīng)用，較好地解決了干噴混凝土存在的不足，也取得了一些施工經(jīng)驗，但由于對濕噴混凝土工藝的認識和應(yīng)用時間有限，諸如防止堵管、有水地段噴射混凝土工藝的研究都將是今后施工中急需解決的問題。濕噴混凝土由于粉塵少、回彈低、對環(huán)境污染少、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定可靠，雖然目前還處在推廣階段，但是作為一種新的施工工藝，其應(yīng)用必將越來越廣泛。

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