論無(wú)堿速凝劑噴射混凝土施工

陳黎立，李明建，張德方

（1.北京中鐵誠(chéng)業(yè)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，北京100077；2.昆明鐵路局集團(tuán)滇南鐵路有限責(zé)任公司，昆明650000）

1 工程概況

本次試驗(yàn)隧道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，噴混凝土采用機(jī)械手濕噴工藝。該試驗(yàn)段施作部位為拱墻（Ⅳb），厚度25cm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25。

2 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備包括以下幾方面：

1）技術(shù)交底。組織施工人員、監(jiān)理人員進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)參加施工人員進(jìn)行崗前技術(shù)培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)施工中控制重點(diǎn)及各工種的配合工作，并對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行部署。

2）機(jī)械儀器設(shè)備配置。挖機(jī)1 臺(tái)，空壓機(jī)4 臺(tái)，混凝土罐車(chē)2 臺(tái)，濕噴機(jī)械手CHP25B 1 臺(tái)，溫度測(cè)試儀1 臺(tái)，全站儀1 臺(tái)，坍落度筒2 套，大板試模10 組，貫入儀1 臺(tái)。

3）人員配置?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理1 人，試驗(yàn)監(jiān)理2 人，施工單位管理人員1 人，技術(shù)人員2 人，測(cè)量2 人，質(zhì)檢員1 人，安全員1 人，試驗(yàn)員4 人，電工1 人，施工工人8 人。

4）施工作業(yè)面檢查。施工作業(yè)面檢查包括：（1）檢查機(jī)具設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路，并試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保作業(yè)區(qū)內(nèi)有良好的通風(fēng)及照明；（2）清除松動(dòng)巖塊和墻腳巖渣、堆積物，并向料斗加水沖洗受?chē)娒妫ó?dāng)巖面受水容易潮解、泥化時(shí)，只能用高壓風(fēng)清掃）；必須從頂部工作面往下清潔；（3）檢查開(kāi)挖斷面凈空尺寸；進(jìn)行超欠挖處理；（4）檢查綜合接地（接錨桿）是否符合設(shè)計(jì)要求；（5）設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志；（6）巖面如有滲漏水必須予妥善處理[1～3]。

5）噴射混凝土配合比。噴射混凝土理論配合比（速凝劑摻量6%）原材料包括：P·O42.5、機(jī)制砂粗砂、5～10mm 碎石、灰?guī)r、PCA-I 緩凝型、SBT-RMA（III）、無(wú)堿、SBT-N（I）。理論配合比（質(zhì)量比kg）：水泥∶細(xì)骨料∶粗骨料∶減水劑∶防腐劑∶水∶速凝劑=500∶999∶79∶5∶30∶147：30。

3 施工過(guò)程及控制

3.1 開(kāi)挖斷面檢測(cè)

對(duì)開(kāi)挖斷面平整度、開(kāi)挖厚度等進(jìn)行檢查，使用斷面儀檢測(cè)開(kāi)挖斷面是否滿足要求，上臺(tái)階DK304+016.4～DK304+018.8 立架2 榀，進(jìn)尺2.4m，整體超挖較小，右側(cè)邊墻局部超挖約50cm。

3.2 拌和站原材料檢測(cè)

水泥使用普通硅酸鹽水泥，檢測(cè)其比表面積、安定性，凝結(jié)時(shí)間、3d 強(qiáng)度均滿足鐵路驗(yàn)標(biāo)要求；細(xì)骨料采用機(jī)制砂，經(jīng)檢測(cè)細(xì)度模數(shù)3.1，Ⅱ區(qū)粗砂，石粉含量5.4%，有機(jī)物含量、輕物質(zhì)、壓碎值均滿足鐵路驗(yàn)標(biāo)要求；粗骨料采用級(jí)配良好的5～10mm 碎石，含泥量0.8%，表觀密度、緊密密度滿足、泥塊含量均滿足鐵路驗(yàn)標(biāo)要求；速凝劑采用SBT-N 型（I）無(wú)堿速凝劑凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度比、均滿足鐵路驗(yàn)標(biāo)要求；減水劑采用PCAI（T）型聚羧酸系緩凝型高性能減水劑減水率28%，泌水率比、坍落度經(jīng)時(shí)損失、抗壓強(qiáng)度比均滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

3.3 施工配合比

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試砂、石含水率計(jì)算施工配合比，水泥∶細(xì)骨料∶粗骨料∶減水劑∶防腐劑∶水∶速凝劑=500∶1071∶738∶5∶30∶66∶30，因速凝劑在施工現(xiàn)場(chǎng)摻入，可根據(jù)噴射部位不同進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[4]。

3.4 混凝土拌和物性能測(cè)試

2019 年7 月5 日21：27 第一車(chē)混凝土攪拌完成，在拌和站完成出機(jī)坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為210mm，21：45 第一車(chē)混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為195mm（設(shè)計(jì)坍落度160～200mm），符合設(shè)計(jì)要求，第一車(chē)噴射部位主要位置為線路右側(cè)邊墻至拱腰部分，雖到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)拌和物性能能滿足施工要求，但坍損稍大，通知拌和站進(jìn)行調(diào)整。

22：38 第二車(chē)混凝土攪拌完成，在拌和站完成坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為205mm，23：05 第二車(chē)混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為190mm，和易性良好，符合設(shè)計(jì)要求，第二車(chē)噴射部位主要位置為線路左側(cè)邊墻至拱腰部分，因第二車(chē)噴射后基本進(jìn)入拱頂部分，通知拌和站調(diào)整坍落度。

22：49 第三車(chē)混凝土攪拌完成，在拌和站完成坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為200mm，23：25 第三車(chē)混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度為185mm，和易性良好，符合設(shè)計(jì)要求，第三車(chē)噴射部位主要位置為拱腰至拱頂部分。

3.5 施工機(jī)具選擇及噴射施工

3.5.1 噴射混凝土機(jī)械手及操作手

本次噴射混凝土選用濕噴機(jī)械手，生產(chǎn)廠家：中鐵五新，型號(hào)：CHP25B，速凝劑摻量為數(shù)控?cái)?shù)顯，操作手對(duì)機(jī)械手操作熟練，性能熟悉，對(duì)噴射作業(yè)熟練掌握。本次機(jī)械手選型對(duì)于普通濕噴機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于速凝劑摻量智能化，普通濕噴機(jī)以公式計(jì)算刻度代表速凝劑摻量（刻度為在0～8，摻量有時(shí)未能達(dá)到所需速凝劑摻量）；混凝土濕噴機(jī)械手作業(yè)時(shí)，施工人員少（3 人）且人員可站在初期支護(hù)完成部位，利用遙控裝置對(duì)噴射進(jìn)行控制，提高了施工安全性。另一方面，目前新配置的濕噴機(jī)械手噴射速度快，噴射混凝土能夠快速凝固并形成穩(wěn)定的支護(hù)體系，有效地保證了初支施工的安全。

3.5.2 施工噴射作業(yè)控制

1）噴射順序與一次噴射厚度

試驗(yàn)前用高壓風(fēng)水沖洗受?chē)娒?，埋設(shè)鋼筋頭控制噴砼厚度。噴射作業(yè)分段、分片、分層，由下而上、由內(nèi)自外進(jìn)行，分段長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m，如有較大凹洼處，應(yīng)先噴射填平。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的黏結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持噴層厚度均勻[5]。

2）風(fēng)壓與噴嘴角度

噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過(guò)大，噴射速度增大，回彈增加；風(fēng)壓過(guò)小，噴射速度過(guò)小，壓實(shí)力小，影響噴混凝土強(qiáng)度。因此，在開(kāi)機(jī)后要注意觀察風(fēng)壓，起始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa 后，才能開(kāi)始操作，并據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

噴射時(shí)使噴嘴與受?chē)娒骈g保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受?chē)娒骈g距宜為1.5～2.0m；噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng)，一圈壓半圈，噴射手所畫(huà)的環(huán)形圈，橫向40～60cm，高15～20cm；若受?chē)娒姹讳摷?、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí)，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受?chē)娒娴慕嵌却笮。瑫?huì)形成混凝土物料在受?chē)娒嫔系臐L動(dòng)，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。本次噴射混凝土厚度為25mm，噴射完成時(shí)，操作手利用噴嘴風(fēng)壓對(duì)噴射面平整度進(jìn)行修整。整個(gè)過(guò)程噴射混凝土30m3，共噴射3 車(chē)。

3）速凝劑摻量控制

邊墻噴射時(shí)因其噴射面較垂直，混凝土受自重或地球引力較小，速凝劑摻量約3%～4%；而邊墻至起拱線部位速凝劑摻量約4%～5%，拱頂混凝土噴射因混凝土受自重或地球引力較大，易掉落，為防止混凝土回彈量大導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，噴射厚度不足，因此，起拱線至拱頂速凝劑摻量約5%～7%。

3.5.3 回彈量收集

噴射前邊墻下鋪設(shè)彩條布以收集混凝土回彈料。整個(gè)噴射過(guò)程設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，出料順暢，無(wú)異?，F(xiàn)象。噴射混凝土總方量為30.0m3（73 200kg），收集現(xiàn)場(chǎng)回彈料為9 516kg，計(jì)算得出回彈量為13.0%，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

4 工藝試驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)

工藝試驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)包括：（1）混凝土強(qiáng)度檢測(cè)。通過(guò)試驗(yàn)，噴射混凝土1d 強(qiáng)度為11.7MPa，大于10MPa，滿足要求。留置的C25 噴射混凝土試件，7d 強(qiáng)度為23.8MPa，14d 強(qiáng)度為34.0MPa，28d 強(qiáng)度分別為37.9MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本次試驗(yàn)，使用無(wú)堿速凝劑噴射混凝土后期強(qiáng)度較高，7d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95.2%，14d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的136%，28d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的151.6%。（2）噴射混凝土厚度、平整度檢測(cè)。通過(guò)初支檢測(cè)打孔驗(yàn)證噴射混凝土無(wú)脫空，厚度滿足要求。

5 工藝試驗(yàn)效果

5.1 無(wú)堿速凝劑對(duì)初期支護(hù)混凝土的作用

使用無(wú)堿速凝劑噴射混凝土，噴射過(guò)程中粉塵濃度較高堿速凝劑混凝土低，能見(jiàn)度較好，且對(duì)作業(yè)工人損害比高堿速凝劑混凝土小，且使用機(jī)械手提高作業(yè)效率，工人施工的積極性得到提高，有利于提高隧道施工進(jìn)度，且因無(wú)堿速凝劑混凝土后期強(qiáng)度較高，確保初期支護(hù)混凝土強(qiáng)度。

5.2 機(jī)械設(shè)備配套對(duì)初期支護(hù)混凝土的作用

使用合適的機(jī)械設(shè)備（如機(jī)械手），不僅能提高工作效率，較普通濕噴機(jī)需要的工人人數(shù)少，且遠(yuǎn)距離操作，對(duì)作業(yè)人員的身體損害稍低；速凝劑摻量的數(shù)控?cái)?shù)顯，有效控制其摻量等。有效選擇施工設(shè)備不僅節(jié)約成本，提高工人效率，有效地加快施工進(jìn)度，確保工程實(shí)體質(zhì)量。

5.3 強(qiáng)有力的管理，協(xié)調(diào)工作到位

任何項(xiàng)目的根本在管理，管理者的意識(shí)及管理協(xié)調(diào)能力主導(dǎo)整個(gè)項(xiàng)目的成敗。本次試驗(yàn)段的成功，管理者對(duì)技術(shù)交底到位、各項(xiàng)作業(yè)協(xié)調(diào)統(tǒng)一起到了至關(guān)重要的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

本次初期支護(hù)無(wú)堿速凝劑噴射混凝土試驗(yàn)段，原材料、混凝土拌和物性能、強(qiáng)度、回彈量、厚度、平整度等均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。根據(jù)初支混凝土現(xiàn)狀，需持續(xù)保持試驗(yàn)段時(shí)的各項(xiàng)作業(yè)配合及管理者持續(xù)管理，確?；炷临|(zhì)量。