高速公路隧道工程中濕噴混凝土的施工技術(shù)

孫海東

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

高速公路隧道工程項(xiàng)目的施工尤為復(fù)雜、繁瑣，而選擇濕噴混凝土施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道工程的安全開挖與支護(hù)。從本質(zhì)上分析，濕噴混凝土施工技術(shù)不管是在材料或者是工藝方面都實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，在隧道工程中實(shí)踐應(yīng)用濕噴混凝土技術(shù)必須高度重視其工藝特點(diǎn)，科學(xué)、合理使用濕噴混凝土技術(shù)，從而切實(shí)提高高速公路隧道工程建設(shè)質(zhì)量。

1 高速公路隧道工程項(xiàng)目介紹

在某高速公路工程項(xiàng)目中隧道工程的長度是1 690 m，隧道選擇的是曲墻復(fù)合形式的襯砌結(jié)構(gòu)，選擇的施工技術(shù)是濕噴混凝土技術(shù)。該工程項(xiàng)目中隧道的進(jìn)口與出口相對比較特殊，其中36 m區(qū)域?yàn)槌Z石道床，其余皆是彈性整體道床。通過多隧道工程施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，三疊系下統(tǒng)砂巖與二疊系上統(tǒng)比較多，而且節(jié)理裂隙正處在發(fā)育狀態(tài)，有的區(qū)域還發(fā)生了破碎夾層問題。

2 濕噴混凝土技術(shù)工藝特征與流程

此隧道工程選擇的噴射機(jī)型號是Aliva-500，其擁有的主要特征具體如下：(1)噴射機(jī)在應(yīng)用階段能夠保證噴槍和噴面始終處在垂直狀態(tài)，便于控制噴射距離，規(guī)避了回彈現(xiàn)象造成的不利影響。(2)噴漿施工中根據(jù)特定軌跡運(yùn)行，且噴漿狀態(tài)始終如一，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械噴漿模式的操作不靈活等缺陷，最重要的是顯著提高了材料利用率。(3)與常規(guī)式人工濕噴方式對比，Aliva-500噴射機(jī)為機(jī)械手噴射，所覆蓋的面積更寬廣，且噴射壓力無大幅度波動，能夠有效控制噴射角度，無需構(gòu)建噴漿施工平臺。(4)單人就能夠完成噴漿作業(yè)，且噴漿施工質(zhì)量明顯優(yōu)于人工噴射施工質(zhì)量。Aliva-500噴射機(jī)的具體施工作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 Aliva-500噴射機(jī)作業(yè)流程

3 濕噴混凝土施工

3.1 前期準(zhǔn)備

在濕噴混凝土正式施工之前必須認(rèn)真完成準(zhǔn)備工作，把噴漿面中的危石、欠挖部分進(jìn)行有效處理。若是地表積水比較嚴(yán)重，則應(yīng)合理埋設(shè)盲管，及時地把積水集中排出。同時在濕噴施工前需要完成相關(guān)電氣設(shè)備的全方位檢查，保證設(shè)備處在最佳狀態(tài)。嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)厚度控制錨桿的外露長度，并進(jìn)行標(biāo)記，選擇的初期支護(hù)材料是型鋼。針對粗骨料的拌和，需要選擇噴射機(jī)篩子完成過篩處理，保證材料粒徑適中，防止出現(xiàn)堵管等相關(guān)問題。

3.2 選用原材料

水泥材料選擇的是硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級≥32.5R。液體速凝劑選擇的類型是JL-20，通過多次試驗(yàn)確定水泥的用量需要嚴(yán)格控制在1.5%～2.0%以內(nèi)，在3 min后實(shí)現(xiàn)初凝，在10 min后實(shí)現(xiàn)終凝。而砂子最佳是連續(xù)級配河砂，若是條件能夠允許，也可選擇機(jī)制砂。此外，粗骨料粒徑需要嚴(yán)格控制在15 mm之內(nèi)。

3.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

通過混凝土配合比試驗(yàn)確定試配強(qiáng)度，利用下述公式進(jìn)行計(jì)算

f=f0+1.645δ

式中：f為配置強(qiáng)度；f0為設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；δ為混凝土標(biāo)準(zhǔn)差(選取4.0)。將混凝土噴射機(jī)管道直徑作為基準(zhǔn)，并結(jié)合工程項(xiàng)目相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在綜合分析與研究之后應(yīng)該把砂率嚴(yán)格控制在55%～60%之間，而水泥用量則嚴(yán)格控制在380～450 kg/m3之間，水灰比則要控制在0.45～0.60之間，混凝土塌落度控制在80～120 mm區(qū)間，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳的速凝劑摻入量。最后確定的噴射混凝土配合比詳見表1。

表1 濕噴混凝土的配合比

3.4 噴射機(jī)高壓空氣壓強(qiáng)調(diào)整

針對濕噴混凝土的初期階段，必須實(shí)時注意高壓空氣壓強(qiáng)變化狀況，而且初始高壓空氣壓強(qiáng)數(shù)值應(yīng)在0.5 MPa以上；噴射階段需要完成噴嘴高壓空氣壓強(qiáng)的有效檢測，且壓強(qiáng)數(shù)值應(yīng)在0.2 MPa以上，從而才能夠防止混凝土發(fā)生回彈問題。同時，隨著噴射位置的不斷變化，其高壓空氣傳統(tǒng)的距離也隨之變化，所以需要完成噴嘴出料詳細(xì)檢查，并科學(xué)調(diào)整高壓空氣壓強(qiáng)，從而保證濕噴混凝土質(zhì)量。

3.5 混凝土噴射量與液體速凝劑調(diào)整

Aliva-500噴射機(jī)處在運(yùn)行狀態(tài)時，需要選擇手輪科學(xué)調(diào)整混凝土的噴射量，而調(diào)整之后的噴射量以顯示屏的方式呈現(xiàn)。除此之外，在面板中應(yīng)建立液體速凝劑摻入口，此工程項(xiàng)目中水泥的用量控制在2%。

3.6 混凝土噴射作業(yè)

混凝土噴射作業(yè)流程具體如下：(1)噴射施工必須嚴(yán)格貫徹“先墻后拱”的基本原則，建立“S型”噴射路線。詳細(xì)而言，選擇由隧道兩側(cè)的墻底開始噴射作業(yè)，緊接著進(jìn)行拱頂噴射，最后在中心線位置形成閉合狀態(tài)。(2)噴射階段需要保證噴頭和噴面處在互垂直狀態(tài)，若是噴射角度相對比較小，就會導(dǎo)致混凝土回彈率增高。(3)噴射階段關(guān)于高壓空氣壓強(qiáng)的要求極為嚴(yán)格，需要保證高壓空氣壓強(qiáng)始終處在比較高的水平。在Aliva噴射機(jī)施工過程中需要把噴頭和巖面之間的距離嚴(yán)格控制在1.2～1.5 m之間。(4)噴射施工的初期階段應(yīng)把機(jī)械手的大臂進(jìn)行伸展，通過機(jī)械手小臂實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整，使其和地面相互平行。同時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整噴頭的距離與角度，然后再噴射作業(yè)。(5)若是發(fā)生軟管堵塞問題，必須及時關(guān)閉Aliva噴射機(jī)和計(jì)量泵，從而才能夠保證高壓空氣處在隔斷狀態(tài)。針對軟管堵塞問題的處理，可以持續(xù)拍打軟管把堵塞的混凝土清除干凈，然后注入水進(jìn)行軟管清洗，當(dāng)軟管通常之后才可繼續(xù)噴射作業(yè)。

4 濕噴混凝土施工注意事項(xiàng)

4.1 噴射方式

濕噴混凝土施工階段，必須嚴(yán)格貫徹“由下至上”的基本原則，并提前處理好平巖凹陷等問題。同時噴射階段需要重視“噴射圓順”的基本原則。

4.2 分段施工

該高速公路隧道工程項(xiàng)目，在初次混凝土噴射施工結(jié)束后應(yīng)合理控制預(yù)留斜面，而斜面的寬度在200～300 mm之間，選擇高壓水把斜面清洗干凈，然后才能夠開始后續(xù)噴射施工。

4.3 分層噴射

噴射混凝土施工應(yīng)貫徹“分層作業(yè)”的基本原則，當(dāng)上一層混凝土達(dá)到終凝之后，才可以開始下一層混凝土噴射，若是混凝土終凝時間達(dá)到了1 h，則需要選擇高壓水完成待噴射表明的清洗處理，這也是保證噴射混凝土質(zhì)量的重點(diǎn)。一般情況下，邊墻的一次噴射混凝土厚度要控制在7～15 cm之間，而下拱位置噴射混凝土的厚度要控制在5～10 cm之間。

4.4 噴射過程中的注意問題

需要嚴(yán)格控制噴射速度，這也是后續(xù)壓實(shí)施工有序、有效進(jìn)行的重要保障。若是噴射階段高壓空氣壓強(qiáng)相對比較大，則應(yīng)該適當(dāng)?shù)靥岣邍娚渌俣取．?dāng)Aliva-500噴射機(jī)處在運(yùn)行狀態(tài)時，必須仔細(xì)、認(rèn)真檢查高壓空氣壓強(qiáng)。綜合分析與研究噴嘴出料實(shí)際狀況，然后以此作為依據(jù)科學(xué)調(diào)整高壓空氣壓強(qiáng)。一般情況下，邊墻位置高壓空氣壓強(qiáng)在0.3～0.5 MPa間，拱部位置高壓空氣壓強(qiáng)在0.4～0.65 MPa間。

5 總 結(jié)

在高速公路隧道工程項(xiàng)目中濕噴混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用十分重要，其能夠有效提升施工效率與質(zhì)量。該隧道工程中選擇的是Aliva-500噴射機(jī)，設(shè)備性能與狀態(tài)良好，顯著增強(qiáng)了洞內(nèi)噴射混凝土施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制了材料浪費(fèi)問題，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。未來濕噴混凝土施工技術(shù)在公路隧道工程中的應(yīng)用將會越來越普遍，但是需要相關(guān)學(xué)者與人員進(jìn)行研究，不斷地提高濕噴混凝土技術(shù)水平。