摘 要:结合工程实例,介绍了湿喷混凝土的关键设备,阐述了湿喷混凝土施工工艺流程的要点,提出了湿喷施工技术的关键要素,并对湿喷技术的效益进行了分析,以推广该工艺的应用。
关键词:施工技术,效益分析,隧道
中图分类号:U415. 6 文献标识码:A
目前我国大部分隧道新奥法施工的初期支护,均采用普通的干式喷射混凝土施工工艺,施工工艺简单,设备简陋,粉尘污染严重,混凝土强度低,回弹量大;而湿喷混凝土作为隧道初期支护,它将除速凝剂外包括水在内的所有集料组分在送入喷射机前拌和制备完成,由于制备完成的成品混凝土消除了游离态的水泥颗粒,因此在运输、上料、喷射机喂料过程中基本不产生粉尘,只在喷嘴处有少量高速气流运动形成的粉尘,保护了施工环境。有效解决传统干喷(潮喷) 工艺存在的粉尘、回弹、品质控制三大难题。
在我国,湿喷混凝土施工技术仍是一项推广中的新工艺。青岛至银川国道主干线山西省离石至军渡段高速公路建设项目,位于山西省西部的吕梁境内,路线全长38. 542 km ,项目起点设于吕梁市西,与汾阳至离石高速公路终点相连,终点设于柳林县军渡乡晋陕交界黄河山西岸(红砂岩) ,与陕西省在建的吴堡至子洲高速公路相连,八盘山特长隧道长4 117. 1 m( K34 + 163～K38 + 272) ,分离式双洞,为全线最长隧道。由于隧道地层软弱,断面较大,设计要求采用“新奥法”施工,结合工程地质条件和施工工艺,要求采用湿喷施工技术。
1 湿喷混凝土施工工艺
湿喷工艺流程要点:1) 满足要求的混凝土拌合物和易性好,坍落度8 cm～12 cm;2) 满足要求的速凝剂材料;3) 按规程操作和保养湿喷机;4) 系统风压不小于0. 5 MPa ,风量不小于10 m3/ min ,工作风压风量优化控制;5) 喷嘴(距离、角度) 优化控制。
1. 1 设备条件
湿喷机是实现湿喷混凝土必须的关键设备,良好的湿喷效果取决于性能优良的湿喷机和湿喷技术的综合应用。选择湿喷机时应重点考察其对混凝土的适应性(纤维、硅粉、高粘稠混凝土) ;混凝土在管路中的输送形式(是否实现稀薄流) ;技术服务、生产效率、综合成本(应核算电费和速凝剂消耗) 。结合工程地质条件和施工工艺,主要设备选择:1) 湿喷机: K500 型湿喷机2 台/ 工作面。2) 拌合系统:J S500 型强制式搅拌机1 台,自动配料机一套。3) 运输设备:6 m3 混凝土运输车2 台。4) 空压机:20 m3 电动空压机2 台(固定式) 。
1. 2 材料要求及湿喷混凝土配合比
根据湿喷机喷射原理和施工现场要求,材料主要有:1) 砂:中粗砂,细度模数大于2. 5 ,用5 mm 筛网过筛。2) 粗骨料:用5 mm和15 mm 筛网分别筛去石粉和大骨料。3) 水泥: P. O. 32. 5 普通硅酸盐水泥(或更高标号) 。4) 水:符合有关规范。5) 速凝剂:在湿喷混凝土工艺中,当混凝土的喷料粘到受喷面后必须尽快凝固,一方面可以防止混凝土物料的堆集而呈团状掉落,减少回弹,增大喷层厚度;另外混凝土尽快凝固,有了强度就会形成支护能力,湿喷混凝土一般采用液态速凝剂,要求水灰比0. 4 的净浆试验满足初凝小于5 min ,终凝小于10 min ,掺量小于水泥重量的5 % ,28 d 强度保持率大于70 %。6) 减水剂:高效减水剂(根据需要添加) 。湿喷混凝土时由于对坍落度指标要求,水灰比比较大。
混凝土中水泥水化后多余的水要蒸发掉,使混凝土喷层产生“干裂”现象,降低了喷混凝土的支护能力,而在拌和混凝土时加入高效减水剂后,在同样的坍落度时减水率大于12 %。减水剂的掺量应根据实验确定,一般掺量为水泥重量的0. 4 %～1. 0 %。
八盘山隧道设计喷混凝土强度采用C25 ,实际采用的喷混凝土配合比为:水泥∶砂∶碎石∶UNF21 减水剂= 1. 00∶2. 09∶2. 01∶0. 01 。水灰比为0. 42 ,TY23 液体速凝剂掺量为水泥的2 % ,配合比设计坍落度为12. 5 cm。
1. 3 施工流程
湿喷混凝土所用骨料、水泥、外加剂必须是合格料,称量必须准确。拌和后的混凝土超过1 h 不能使用。速凝剂掺量要严格控制。喷射顺序要先边墙后拱顶,由低到高,喷嘴应均匀地呈螺旋形转动。喷厚大于10 cm ,可分两次喷涂,喷头尽可能垂直岩面,角度控制在75°～90°,距离保持在0. 8 m～2 m 范围。具体在施工中应注意:1) 混凝土粗骨料粒径不得超过15 mm 和坍落度严格控制在80 mm～150 mm 范围内的规定; 2) 系统风压低于0. 5MPa 不得开机;3) 准备开风时,必须与喷射手联系,严格遵守开机顺序:打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀送风→依次启动速凝剂计量泵、主电机和振动电机→向料斗连续加料;4) 喷射时,操作司机随时与喷射手保持联系,喷射手发现喷嘴异常时,需立即与操作司机联系,通知停机;5) 若发现喷嘴出料突然出现脉冲时,暂时关主电机和振动电机(主风阀不关) ,如果管路随之畅通则继续关机,如不畅通则需反复开关主风阀使管路畅通;6) 喷射过程中注意进料是否均匀,否则应及时查找原因;7) 每次喷射后必须对机器进行彻底清洗,包括料斗、混凝土仓、结合板、转子体及料腔、机器外表面等部位;8) 应经常清洗速凝剂过滤网,保证速凝剂能够上料均匀;9) 禁止在料斗无料时空载运行振动电机。湿喷是将骨料、水泥和水按设计比例均匀拌和后,用湿式喷射机压送到喷头处,再在喷头上添加速凝剂后喷出,隧道内网喷混凝土施工程序为:开挖验收→松动岩块撬除→冲洗岩面→素喷3 cm～5 cm →锚杆造孔安装→挂网→喷至设计厚度→养护。
1. 4 湿喷施工技术的关键
湿喷效果如何取决于湿喷施工技术而非单纯的湿喷机技术性能,湿喷施工技术包含混凝土材料技术、混凝土试验技术、湿喷设备技术、施工管理技术,要提高喷射混凝土质量,应从以下几个环节来全面提高喷射混凝土技术。
1) 以混凝土试验室为中心,建立喷射混凝土质量保证体系。
2) 充分应用成熟的混凝土材料和试验技术,特别是液体速凝剂和高效减水剂的选择,一定要选择品质可靠、并经过与现场砂石料试验匹配的产品。
3) 加强混凝土配合比试验,提出综合满足强度、湿喷工艺(和易性) 、经济合理(优质价廉、掺量较小的液态速凝剂) 等方面要求的优化配合比。
4) 技术性能优良、能满足各种工艺条件的喷射要求的湿喷机。
5) 合理的施工组织、机械配套、质量控制体系。
2 湿喷技术效益分析
湿喷可以应用成熟的混凝土技术、各种外掺剂和添加料的应用,如高效减水剂、引气剂以及粉煤灰、硅粉等。将硅粉掺入喷射混凝土中,可以大幅度提高强度,改善混凝土结构密实性;在喷射混凝土中掺入粉煤灰,也可以提高强度和密实性,还能减少干缩和提高弹性模量;在拌合料中加入适量的引气剂,可以显著提高其抗冻融性和抗渗性。湿喷效益一方面体现在提高效率、加快进度(降低管理成本分摊费) 、保证施工安全等宏观综合效益方面,采用湿喷强化初期支护后,可在软弱地层条件下采用大断面开挖技术;另一方面体现在粉尘浓度大幅度降低,改善了施工环境,保护了工人身体健康。湿喷混凝土强度从混凝土配合比(特别是水灰比) 准确控制,拌合及水化作用充分以及速凝剂按比例计量添加等方面得到了充分保证。同时由于一次喷层厚度比干喷大幅度提高,客观上容易达到设计喷层厚度要求。采用湿喷较干喷,混凝土早期强度明显提高,24 h 抗压强度达到设计强度的60 %以上,有效地防止了洞顶塌方等安全、质量事故的发生。
实现湿喷不是目的,湿喷只是一种工艺手段,通过它来解决粉尘、回弹、混凝土品质等关键技术问题。湿喷的真正内涵是通过湿喷工艺建立喷射混凝土质量保证体系,使配合比、强度、品质控制等设计指标能够得到保证。混凝土湿喷技术为解决在隧道施工中混凝土干(潮) 喷时的均质性差、强度低、回弹率高、粉尘大而开辟的一个新途径。
参考文献:
[1 ]于书翰,杜谟远. 隧道施工[M] . 北京:人民交通出版社,1999.
[2 ]余金凯. 南山隧道施工技术[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (13) : 43244.
