新型濕噴臺車施工技術(shù)新探
——以渝黔高速公路擴(kuò)能項目技術(shù)革新為例

劉 振

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶北碚 400700）

渝黔高速公路擴(kuò)能項目重慶段長約100公里，路基寬33.5米，雙向六車道，設(shè)計車速100公里/小時，起于繞城高速忠興立交，經(jīng)巴南、綦江到貴州。中鐵十八局集團(tuán)承建渝黔高速公路擴(kuò)能項目第二合同段，包括5個土建標(biāo)段和1個路面標(biāo)段。項目起于重慶市巴南區(qū)接龍鎮(zhèn)橋邊村花土坡，經(jīng)綦江區(qū)隆盛鎮(zhèn)、永城鎮(zhèn)，過萬盛開發(fā)區(qū)南桐鎮(zhèn)、青年鎮(zhèn)，止于萬盛開發(fā)區(qū)關(guān)壩鎮(zhèn)光明村下漕，按照雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，線路全長53.542公里，設(shè)置互通六處（柴壩、隆盛、永城北樞紐、南桐樞紐、青年、關(guān)壩），設(shè)置服務(wù)區(qū)兩處（玉星、萬盛）。全線橋梁隧道總長13.54公里，占線路長度的25.29%，工期緊，任務(wù)重，施工環(huán)境惡劣。

渝黔高速公路擴(kuò)能項目隧道施工采用“四新”技術(shù)，以提升工程質(zhì)量，節(jié)約勞動消耗，提高施工效率，縮短工期，從而提高工程建設(shè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。從上場以來秉承“機(jī)械化”施工理念，初期支護(hù)施工采用濕噴臺車，使得隧道施工速度更快、質(zhì)量更好。

對于大型隧道工程施工，合理選擇新型濕噴設(shè)備與高性能噴射混凝土匹配是工程技術(shù)管理人員精細(xì)化研究的課題。

1.隧道混凝土濕噴設(shè)備的選型

目前隧道施工主流濕噴車車型是臂架式25～32m3,臂架形式有折疊臂、伸縮臂和回轉(zhuǎn)臂。從噴射混凝土速度看，每小時噴射混凝土在20m3,以上的設(shè)備基本滿足隧道初期支護(hù)需要。選擇濕噴設(shè)備臂架的長短與折疊形式取決于隧道開挖斷面輪廓尺寸[1]。

濕噴設(shè)備的分類與適合斷面尺寸見下表：

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選擇合適的濕噴設(shè)備主要考慮生產(chǎn)效率和適用條件，隧道選擇鐵建HPS3016S和中鐵巖峰HP3217，這兩種設(shè)備適合于鐵路隧道大斷面開挖，備選替補(bǔ)設(shè)備優(yōu)選小型設(shè)備TK700。

普通汽車形式底盤設(shè)備價格低，耐久性相對差。工程車底盤實現(xiàn)四輪驅(qū)動和四輪轉(zhuǎn)向，穩(wěn)健耐用。

2.濕噴混凝土優(yōu)化配合比技術(shù)

濕噴混凝土要求配合比技術(shù)比較高，對水泥、骨料、外加劑等材料均需要經(jīng)過檢驗，必須滿足現(xiàn)場需求和國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14685-2001）。細(xì)集料優(yōu)先采用級配合理且細(xì)度模數(shù)在2.2～3.2mm之間的天然中粗砂；機(jī)制砂石粉含量控制＜5～10%。粗集料宜選用5～10mm的碎石或卵石，其針片顆粒應(yīng)＜5%，最大骨粒不得超過15 mm。坍落度應(yīng)根據(jù)不同的受噴面調(diào)整，控制在80～120 mm之間，水灰比在45～48，水泥用量＞400kg為宜。保持噴射混凝土良好的流動性、和易性。濕噴混凝土實際生產(chǎn)配合比需要通過現(xiàn)場試噴后總結(jié)并逐漸調(diào)整優(yōu)化，最終確定配合比的參數(shù)[2]。

圖1 速凝劑摻量與初凝時間關(guān)系曲線圖

3.速凝劑摻量調(diào)節(jié)和使用

液體速凝劑的施工摻量應(yīng)在實驗室確定最佳摻量的基礎(chǔ)上，考慮其差異性、敏感性和施工中的損失，進(jìn)行綜合指標(biāo)確定。原則上在滿足凝結(jié)要求時應(yīng)使摻量最小為目標(biāo)。

3.1 速凝劑摻量控制

速凝劑摻量根據(jù)混凝土中水泥含量的一定比例確定的，速凝劑含量通常控制在3-5%。由于速凝劑摻量在一定范圍內(nèi)摻量增加，初凝時間縮短（如圖1）；混凝土塌落度（水灰比）越大，初凝時間越長（如圖2）。所以在實際生產(chǎn)中根據(jù)混凝土噴射部位不同而調(diào)整摻量，一般情況是仰拱和邊墻摻量按照抵限摻量控制，拱頂適當(dāng)增加速凝劑摻量。

圖2 塌落度與初凝時間關(guān)系曲線圖

3.2 速凝劑摻量的計算

混凝土實驗配合比中速凝劑摻量按水泥重量的3～5%比例摻配，實際生產(chǎn)過程中由于溫度、塌落度、速凝劑質(zhì)量、錨噴位置等因素影響，摻量會根據(jù)實際發(fā)生變化。濕噴車速凝劑摻量控制原理是調(diào)整速凝劑泵的排量，排量增減直接反映出摻量大小。

由于速凝劑是水溶劑，摻量的無限制增加，會導(dǎo)致水灰比增大，速凝效果會降低或者起到反作用。

4.濕噴混凝土現(xiàn)場施工技術(shù)

4.1 巖壁素噴混凝土方法

對于隧道圍巖等級較好的段落（Ⅱ級圍巖），設(shè)計素噴混凝土。厚度設(shè)計為5cm。根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整混凝土的坍落度、供風(fēng)風(fēng)壓、噴射距離和速凝劑的摻量等參數(shù)，掌握噴嘴時應(yīng)盡量控制噴嘴與受噴面垂直，噴射距離在0.5～1.2 m范圍內(nèi)（與風(fēng)壓成近似反比）。

隧道拱頂濕噴作業(yè)時的風(fēng)壓宜控制在3～5bar，邊墻濕噴作業(yè)時風(fēng)壓宜控制在2～4bar，最大不得超過5bar。

素噴混凝土巖面適合先噴兩側(cè)邊墻，最后拱頂。無論是噴邊墻還是拱頂，噴頭前后刷動（運(yùn)動）逐層向上。預(yù)留找平層。

4.2 型鋼拱架的混凝土噴射方法

為了確保初期支護(hù)安全可靠，對于Ⅳ～Ⅴ級圍巖，設(shè)計采用格柵鋼架、型鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)形式，同時配以鋼筋網(wǎng)片，噴射宜采用低風(fēng)壓近距離變化噴射角度的方法，風(fēng)壓控制在2～3 bar，噴頭距離巖面0.5 m左右。調(diào)整噴頭角度先噴實鋼拱架背部，再噴實鋼筋網(wǎng)背后，最后恢復(fù)正常濕噴方法噴實鋼架之間。否則濕噴料速凝會在鋼架與鋼筋網(wǎng)表面形成一個混凝土殼，造成鋼架背后、鋼筋網(wǎng)背后與圍巖之間易形成空洞。

4.3 格柵拱架的混凝土噴射方法

對于隧道內(nèi)支護(hù)采用格柵拱架段落的錨噴混凝土，相似于鋼拱架段落。主要區(qū)別在于噴射拱架周邊時需要增大風(fēng)壓、降低排量和噴頭近距離的辦法，目的是減少混凝土在格柵外層凝固形成空隙。還有就是格柵拱架周邊噴射混凝土一次成型，只預(yù)留找平層。

5.噴射混凝土施工技術(shù)控制要點

5.1 隧道在噴射混凝土?xí)r經(jīng)常性出現(xiàn)回彈率大、噴錨料浪費，考慮適當(dāng)提高細(xì)集料量、減少粗骨料或者增加水泥用量。回彈率率通常邊墻控制在＜10%，拱頂控制在＜15%?；貜椔蚀笳f明粗骨料比率高，水泥凝膠不能有效粘結(jié)骨料顆粒物，在高壓風(fēng)的外力作用下容易脫離。細(xì)集料含量高無疑總表面積大，要求用更多的水泥來包裹集料表面，以滿足噴射混凝土的強(qiáng)度要求。水泥用量越大，混凝土就越容易干縮、開裂，同時成本也增加。

5.2 速凝劑用量需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況增或減，不同部位噴錨使用速凝劑摻量決不能一成不變?；炷翝駠娮鳂I(yè)過程中，需要不斷調(diào)整的參數(shù)有混凝土泵送排量、速凝劑摻量、風(fēng)壓和噴頭角度，這些參數(shù)的合理配合才能達(dá)到內(nèi)實外光的效果。

5.3 找平層的處理屬于補(bǔ)噴美化的過程，需要增加風(fēng)壓、調(diào)大混凝土塌落度、增大水灰比、降低混凝土泵送排量等技術(shù)工作。

6.噴射混凝土養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土養(yǎng)生非常重要，制約混凝土強(qiáng)度提高的時效，從而影響隧道安全?；炷脸跄蟀l(fā)生水化反應(yīng)放熱蒸發(fā)失水，然后隨著齡期的增長還要吸水提高強(qiáng)度。水化反應(yīng)蒸發(fā)混凝土中的游離水，但是混凝土養(yǎng)生提高強(qiáng)度過程中所吸收水分子成為結(jié)晶水。

隧道采用霧泡對噴射混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，均勻撒布，遵從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

7.結(jié)束語

濕噴混凝土技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，為施工帶來了巨大的效益，一是工程施工進(jìn)度的加快，二是施工的初期支護(hù)質(zhì)量更加優(yōu)質(zhì)，三是減少了掌子面作業(yè)人員的數(shù)量，四是創(chuàng)造了更好的作業(yè)環(huán)境，相信新型濕噴臺車噴射混凝土技術(shù)在隧道支護(hù)施工中將發(fā)揮越來越大的作用。