淺析隧道施工新技術(shù)

陳卓平

摘要： 改革開放以來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加速，促進(jìn)了交通工程的蓬勃發(fā)展和施工新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，提高居民的生活質(zhì)量，方便人們的交通出行，我國修建了大量的隧道工程。在隧道工程施工中，由于噴射混凝土具有較高的密實(shí)度、強(qiáng)度、和防水功能，同時(shí)，它也有助于精簡施工流程，使施工操作更加靈活便捷。噴射混凝土技術(shù)憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合南平市獅子山隧道工程施工中的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)械手濕噴混凝土施工技術(shù)及工藝進(jìn)行詳細(xì)分析和探討，希望為其他隧道工程施工應(yīng)用此技術(shù)起到幫助和借鑒的作用。

Abstract： Since the reform and opening up， the rapid development of social economy and the accelerated pace of urbanization have promoted the vigorous development of traffic engineering and the continuous emergence of new construction technologies. In order to promote economic and social development， improve the quality of life of residents， and facilitate people's travel， China has built a large number of tunnel projects. In tunnel construction， the sprayed concrete has high density， strength， and waterproof function， and it also helps to streamline the construction process， to make the construction operation more flexible and convenient. Shotcrete technology is widely used in the engineering field due to its technical superiority. In this paper， combined with the actual work of Shizishan Tunnel project in Nanping City， the shotcrete technology is analyzed in detail， which can provide reference for other tunnel construction.

關(guān)鍵詞： 隧道施工；噴射混凝土技術(shù)；濕噴混凝土

Key words： tunnel construction；shotcrete technology；wet shotcrete

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）08-0146-02

0 引言

噴射混凝土技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用在隧道施工領(lǐng)域的一種工法。噴射混凝土具有較高的密實(shí)度、強(qiáng)度和防水功能，但是施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，空氣污染嚴(yán)重，在近兩年國家大力治理粉塵、霧霾污染的政策控制下，該工法在實(shí)際應(yīng)用中頻頻受限。當(dāng)前，經(jīng)過改良的機(jī)械手濕噴混凝土工藝方法，能夠大幅度減少粉未量，工藝流程簡單，且操作靈活，在工程領(lǐng)域展現(xiàn)出極強(qiáng)的適用性。但是嚴(yán)格來講，在具體實(shí)施中，還是應(yīng)該根據(jù)隧道建設(shè)要求、建設(shè)規(guī)模、現(xiàn)場(chǎng)條件以及成本控制要求來選擇合適的工法，以確保施工效果達(dá)到預(yù)期要求。

1 機(jī)械手濕噴混凝土施技術(shù)

1.1 機(jī)械手濕噴混凝土的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①隧道施工對(duì)環(huán)境和人員勞動(dòng)保護(hù)的要求越來越高，混凝土濕噴支護(hù)技術(shù)改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。②提高混凝土質(zhì)量。干噴混凝土過程中不易控制拌和用水量、外加劑量，導(dǎo)致配合比在施工過程中被改變，噴射混凝土強(qiáng)度得不到保證；新型智能一體化混凝土濕噴臺(tái)車混凝土由攪拌站嚴(yán)格按配合比生產(chǎn)，混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定可靠。③提高工效。隧道常用普通干噴機(jī)，每臺(tái)需要4～5人配合每循環(huán)3臺(tái)作業(yè)至少需要12人，普通濕噴機(jī)需要約7人，每小時(shí)作業(yè)能力約6m3；而新型智能一體化混凝土濕噴臺(tái)車正常施工中僅需要3人配合，作業(yè)能力約為每小時(shí)8～20m3；且相對(duì)施工準(zhǔn)備及撤離時(shí)間更少更節(jié)約時(shí)間。④提高安全系數(shù)，保障施工安全。由于干噴或普通濕噴由全人工操作，為保證噴射過程順利進(jìn)行，施工人員離受噴面距離約3m，人員靠近掌子面易受危巖落石傷害。而新型智能一體化混凝土濕噴臺(tái)車采用智能系統(tǒng)，操作人員可以處于相對(duì)安全的位置遙控操作，提高了施工安全。⑤降低回彈率。干噴工藝添加固體速凝劑及施工用水為人為感官，難以準(zhǔn)確量化，且不能均勻拌和，多種因素導(dǎo)致回彈率較高。干噴工藝回彈量普遍超過20%，而濕噴混凝土由攪拌站統(tǒng)一拌制，新型智能一體化混凝土濕噴臺(tái)車具有自動(dòng)添加速凝劑的功能，添加量均勻，且自帶空壓機(jī)，風(fēng)壓穩(wěn)定，噴射距離及角度相對(duì)容易控制，大大降低回彈量。經(jīng)過多次試驗(yàn)邊墻回彈量一般在5-8%以下，拱頂回彈量在10-15%。

1.2 噴射原理

混凝土通過噴射泵的吸、送柱塞缸連續(xù)不斷地輸送凝土流經(jīng)輸送管路，與液體速凝劑混合后在自帶空氣壓縮機(jī)的幫助下，噴向受噴面。原理圖如圖1所示。

1.3 混凝土濕噴臺(tái)車主要由5大部分組成

①混凝土泵與同步速凝劑添加系統(tǒng)。②噴射機(jī)械手。③空氣壓縮機(jī)。④電氣控制箱及電纜卷筒。⑤濕噴臺(tái)車整機(jī)底盤和行走系統(tǒng)。

1.4 工作性能

①全液壓伸縮和回轉(zhuǎn)的混凝土噴射機(jī)械手，施工范圍大，最高可達(dá)17m，寬20m，深8m的區(qū)域。②液壓驅(qū)動(dòng)噴射臂和噴頭能輕易完成仰俯、伸縮、回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、扇動(dòng)等全部噴射動(dòng)作。③大小臂可相互或獨(dú)立完成動(dòng)作，簡化操作。④獨(dú)特的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)可完成270°的回轉(zhuǎn)施工范圍。臂架可縮回與底盤平行，運(yùn)輸尺寸小。⑤噴頭有錐形回轉(zhuǎn)、法向擺動(dòng)、軸向轉(zhuǎn)動(dòng)三種方式動(dòng)作，240°球面全方位轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.5 施工工藝流程

濕噴混凝土過程中根據(jù)噴射效果即時(shí)調(diào)整風(fēng)壓、分層厚度、噴頭距受噴面距離、噴頭角度等參數(shù)。從而得出噴射混凝土滿足表面平整、噴射過程中不掉皮、噴混凝土密實(shí)等規(guī)范要求指標(biāo)的相關(guān)施工參數(shù)。具體工程流程如圖2所示。

2 濕噴混凝土施工質(zhì)量控制

2.1 濕噴混凝土材料控制

①水灰比控制。與噴射混凝土的強(qiáng)度、耐久性、水密性、抵抗開裂性、保護(hù)鋼材的性能有最大關(guān)系的是：水灰比、單位水量和單位水泥用量、速凝劑用量。在適合作業(yè)的范圍內(nèi)，單位水量越小，相對(duì)水泥、速凝劑用量越小，從而成本最低，同時(shí)混凝土的開裂也將減少。②骨料控制。在骨料中，細(xì)骨料是噴射混凝土構(gòu)成材料中占最大容積的材料，對(duì)回彈等施工影響較大。骨料粒徑越大，回彈率越大；反之，粒徑過小，阻力越大，噴射中易于堵管，不利于噴射操作。粗骨料越大，水泥用量可以降低，但回彈越多。施工中細(xì)骨料宜選擇河砂，粗骨料率在2.3～3.1之間，粒徑控制在10mm～15mm之間。

2.2 施工的質(zhì)量控制

①風(fēng)壓的控制。施工時(shí)噴射混凝土的輸料管長度應(yīng)該控制在規(guī)定范圍以內(nèi)，噴嘴與出料口的高差要控制在5m以內(nèi)。要嚴(yán)格控制好風(fēng)壓的穩(wěn)定性，這樣可以有效控制回彈量。②噴射角度的控制。在受噴面較為平整時(shí)，噴嘴盡量與噴面垂直，如果受噴面比較不平，應(yīng)該盡量與受噴面保持垂直的噴射角度。如果噴射混凝土的角度不垂直，會(huì)影響混凝土的密度，并加大回彈量，造成過多的浪費(fèi)。③噴射距離。為了保證混合料的充分拌和，可以在噴頭上接出一段塑料管，也可以保護(hù)操作人員不被回彈料傷到。噴嘴與噴面的距離要控制好，如果距離較遠(yuǎn)會(huì)影響噴射混凝土的強(qiáng)度和密度，如果噴射混凝土較近，回彈量就會(huì)增加。④噴射方法。建議采用分段、分塊、分部的工法，按照“先邊墻，后拱角，最后拱頂”的順序噴射混凝土，以避免混凝土下滑、脫落?？蛇M(jìn)行。在施工中，噴頭應(yīng)該與受噴面對(duì)正，緩慢地、均勻地、按照螺旋移動(dòng)的方式順時(shí)針噴射，以確保噴射面的混凝土均勻、美觀，避免混凝土回彈量超出限度。⑤噴射厚度控制。噴射過程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)的溫度標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制噴射混凝土的厚度，可以將鋼筋頭焊接在鋼拱架或?qū)Ｓ弥ёo(hù)架上來明確標(biāo)示噴射混凝土厚度。如果局部噴射的部位混凝土厚度超過限度，要在掛防水板之前剔除混凝土，以免對(duì)防水板造成破壞。⑥養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制。噴射混凝土的工序結(jié)束后，為了避免混凝土水化熱引起溫度裂縫，影響混凝土的強(qiáng)度，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在混凝土終凝后2小時(shí)，便可采取灑水養(yǎng)護(hù)的方式，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不能小于14天，可根據(jù)混凝土表面的濕潤情況來確定灑水的次數(shù)和灑水量。

3 工程案例

3.1 隧道工程概況

某隧道位于高速城區(qū)連接線道路的中段，隧道區(qū)地形總體趨勢(shì)為中間高、兩端低，所穿山脊最高高程約為260m，側(cè)地面高程在112.3～143.2m之間，地面高程為125.0～95.4m之間。隧道單洞長分別是左線1069m，右線1042m。場(chǎng)地覆蓋層主要有人工填土、第四系沖洪積層及殘坡積層，下伏基巖為燕山早期第三次黑云母花崗巖。經(jīng)過工程部門勘察分析決定本隧道所有噴射混凝土采用濕噴工藝進(jìn)行施工，主隧道、匝道、風(fēng)井及風(fēng)道等大斷面地段現(xiàn)場(chǎng)采用麥斯特機(jī)械噴射手及TK-500濕噴機(jī)進(jìn)行混凝土噴射施工；斜井、人行橫道、車行橫道等小斷面人工進(jìn)行噴射。

3.2 效果分析

隧道工程通過工程建設(shè)人員一年多的建設(shè)已經(jīng)順利完工，本隧道的貫通加強(qiáng)了城市主干路之間的聯(lián)系，并完善了區(qū)域路網(wǎng)的功能，還同時(shí)拉動(dòng)了附近城鄉(xiāng)土地利用與開發(fā)，促進(jìn)了中心城區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。通過隧道施工建設(shè)，大量累計(jì)了隧道工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并通過對(duì)施工中所遇到的施工技術(shù)要點(diǎn)的探討和研究，為今后相似類型的隧道工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中濕法噴射混凝土強(qiáng)度好，早期強(qiáng)度較高，回彈量少（濕法噴射混凝土回彈量在15%～20%，干法噴射混凝土回彈量基本在40%～50%）節(jié)約了材料且減輕了粉塵污染，使作業(yè)環(huán)境得到改善。

4 結(jié)束語

改革開放以來，我國隧道建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，目前我國隧道數(shù)量已經(jīng)躍居世界第一位。但我國僅僅是一個(gè)隧道大國，而非隧道強(qiáng)國，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國隧道建設(shè)還存在著機(jī)械化施工程度不高，施工工藝不夠先進(jìn)，質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格，工程事故頻發(fā)等缺陷。隧道技術(shù)的發(fā)展表明，今后我國隧道技術(shù)的研究方向?yàn)椋悍潜频臋C(jī)械化施工、合理規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)、設(shè)計(jì)可靠合理、使用安全等方面。

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