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隧道湿喷方法喷射混凝土施工工艺以及参考方案
2020-03-09

   新奥法施工技术早已应用于隧道施工中。喷锚支护和围岩自承形成的支撑体系则是新奥法施工的核心。因此,喷射商品混凝土的质量尤为重要。目前隧道内喷射商品混凝土多采用干喷法。经长期实践,干喷法存在诸多缺点:①由于砂石和水泥没有充分拌合,导致商品混凝土喷层强度不高。②由于喷射的砂石料为干料,砂石料和水泥的结合不好,因此喷射商品混凝土的密实度不好,导致商品混凝土本身强度低。③干法喷射商品混凝土的早期强度低,不能适应隧道安全快速掘进的需要。④喷商品混凝土的回弹量大(回弹量基本在40%~50%),造成很大浪费。⑤粉尘大,对作业人员的职业健康影响大。正是由于干喷带来的种种缺点,近年来,湿法喷射商品混凝土技术应运而生。湿法喷射商品混凝土施工工艺是在水泥商品混凝土拌合站按照配合比生产成品商品混凝土,将商品混凝土运输至作业面后,采用湿式喷射商品泵送机械将其压送到喷嘴部位,在喷嘴处添加速凝剂后将其高速喷出,在高速喷射过程中商品混凝土和速凝剂充分结合,在围岩上冲击形成商品混凝土喷层的施工方法。湿喷法采用了较小的水灰比,商品混凝土在拌和机里充分拌合,且砂石料及减水剂用量可以准确控制,加之在喷射过程中加入速凝剂,因此,湿法喷射商品混凝土强度好,早期强度较高,回弹量少(回弹量在15%~20%)节约了材料且减轻了粉尘污染,使作业环境得到改善。正是由于湿法喷射商品混凝土的这些优点,这种方法也逐渐被推广。

1 湿喷法施工工艺

  1.1 施工准备 施工前应首先检查隧道准备喷射作业的开挖轮廓是否符合设计要求。测量人员应测量受喷围岩的基本尺寸,对欠挖部位应补凿,并敲帮找顶、清除浮石,并采用高压水或高压风对围岩面进行冲洗。其次检查湿喷机工作是否正常。湿喷机运至作业面后,通电进行空载运转,检查电源供应是否正常,风压系统是否稳定,管路是否畅通及进料口振动筛是否安设妥当,湿喷机溜槽是否安装到位,同时施工人员是否到位。

  1.2 供风 供风是将集中供风的高压风经过风管后进入商品混凝土喷射机,湿喷机内的商品混凝土在压缩空气的推动下被输送到喷头部位后再以较高的速度喷射到受喷面上,喷射过程中商品混凝土被冲击和压实而形成致密的商品混凝土。风压一般控制在0.4-0.6Mpa范围内,避免由于风压过大粗骨料碰到围岩后回弹或风压过小粗骨料不能冲进砂浆层而脱落,其合理风压是商品混凝土回弹量小、易粘附、表面湿润光泽等。

  1.3 商品混凝土制备及运输 商品混凝土制备在拌合站内制备。水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,强度等级应不小于32.5级,粗骨料宜选用符合要求的碎石,其粒径不宜大于15mm,骨料级配应为连续级配,细骨料应采用坚硬耐久的中粗砂,其细度模数应大于2.5,商品混凝土砂率一般为45-55%。水采用饮用水或符合要求的水。减水剂采用高效减水剂,以降低商品混凝土中水含量,且保证商品混凝土有足够的塌落度,一般为80~130mm。商品混凝土的搅拌时间不宜少于2min以免拌合不均匀。运输采用商品混凝土罐车运至隧道作业面。罐车在装商品混凝土前应反转,将罐内残留水卸完,以免加大塌落度,降低商品混凝土强度。

  1.4 湿喷作业 从隧道底部由下而上喷射商品混凝土,以免喷射时的回弹料污染已冲洗好的岩面;喷射时,喷嘴距岩面约1.0m,严格按风压要求喷射,商品混凝土输料管速凝剂管,以免当喷伸手改变方向时导致输料管内产生急弯或别劲现象,造成堵管或出料不均匀和速凝剂断料等现象。

  喷射过程中必须对风压进行合理的控制,同时要均匀、连续地上料,料斗必须有一定量的混合料;为确保稳定、均匀地喷射商品混凝土,避免脉冲、堵管等问题出现,振动筛上的杂物和大骨料一定要及时清理干净。

  参照围岩以及实际施工状况来设计商品混凝土初喷层的厚度。如果初喷层太薄,骨料粘接不牢固使回弹量增加。如果初喷层太厚,商品混凝土自重大于商品混凝土和岩面之间的粘接力或超过内部凝聚力,致使初喷层坠落。其厚度一般控制在5cm左右。

  喷射时,操作人员一定要注意喷射料束垂直于喷面,料束和喷面的垂线夹角不应超过0-15度,避免喷射角太大使混合料在受喷面反弹导致掉落,增大回弹量或产生凹凸不平的波形喷面。有的部位安装了盲管,为使其后面形成透水空隙,必须正对盲管进行喷射;有的岩面装设了钢筋网片,在喷射过程中要尽量缩短和喷面之间的距离,同时与垂直方向留有一定角度角度,以确保其后面喷射的商品混凝土的密实度满足设计要求。

  喷射时,要按照施工设计确定一次喷射厚度,如果喷射厚度不够骨料就可能回弹,如果喷射厚度超出设计要求,喷层就会下坠、流淌,甚至产生空鼓等缺陷。一般情况下,一次喷射厚度至少为骨料粒径的2倍,采用湿喷法进行喷射,一次喷射的喷层大概厚5cm,二次喷射喷层的厚度至少为10cm,合理安排分层喷射的时间间隔;同时为了使上下层商品混凝土的粘接满足施工规范,进行二次喷射时先要对表面进行喷水湿润。

  1.5 整平与养护 完成商品混凝土的喷射后进行自然整平能增加结构的耐久性,并确保其强度达到设计要求。喷射后如果进行振动整平,可能会造成商品混凝土与钢筋的连接, 而且商品混凝土内也可能有裂缝出现,这些现象都对结构强度造成一定程度的破坏。实际上,采取自然整平的处理方法也有不妥之处,成立后的商品混凝土表面太粗糙,会对后期二衬施工产生影响,所以在整平施工过程中,待商品混凝土初凝后,操作人员可采用刮刀剔除多余的商品混凝土,再用水泥浆、喷浆找平。

  湿喷后的商品混凝土表面比较粗糙,水分散失较快,导致水泥不能充分水化或引起商品混凝土干缩裂缝,降低商品混凝土强度,因而对其进行的养护非常重要。按照正常施工顺序,应在商品混凝土终凝时就开始至少7d的洒水养护。对于掌子面湿度较大(湿度达到90%)可以不采取专门的洒水措施。

  2 施工质量控制要点

  2.1 喷头移动方式 喷射过程中喷射手应根据围岩具体情况,慢速的采用绕8字、绕S或螺旋线等使用,以保证商品混凝土堆到一定厚度方离开,然后逐步扩充喷射面,再按由下往上、先墙后拱的顺序喷射。当商品混凝土表面凹凸不平时,首先要填平表面,然后喷头成S型或螺旋状均匀缓慢地移动,为尽量避免回弹现象发生,每圈必须压前面半圈喷射,每次喷射3-4米长即可,总之要确保商品混凝土表面光滑、平顺。

  2.2 回弹量调整 商品混凝土喷射面和钢筋、岩面即骨料颗粒发生碰撞后,被碰掉的商品混凝土就是回弹量,水泥用量、钢筋量、骨料粒径、喷射角度、湿喷机风压和水灰比等都会会对回弹量造成影响,往往在初喷时回弹量较大,形成塑性层后因粗骨料的嵌入而降低了回弹量。所以一次喷射厚度至少为4cm。由于回弹料中的水泥用量不大,且杂物较多,因此不允许将回弹料再次放入湿喷机使用。

  2.3 喷射角及距离 喷射时,喷嘴要与岩面垂直,而在边墙喷射的过程中,为了将商品混凝土喷射到较厚的商品混凝土顶端,喷嘴最好向下约10度,以直径方向为准进行顶部的喷射,受喷面如果被钢筋或格栅等覆盖,则允许喷头适当倾斜,同时要防止其间角度太小致使商品混凝土物料在受喷面滚动,在产生波形喷面的同时加大回弹量;根据最小回弹量即最高强度来设计喷射距离,但最好以回弹量最小和料束比较集中的条件为主,喷射距离一般不允许超过0.6-1.2米,喷嘴处空气压力必须在0.4-0.6Mpa的范围内。

  2.4 速凝剂添加 速凝剂在喷射作业现场添加,添加量控制在水泥用量的3~5%左右。速凝剂添加量过大会降低商品混凝土强度,添加量过小,会造成已经喷射成型的商品混凝土成片脱落,造成回弹量过大。

  3 结语

  湿喷商品混凝土施工质量控制应控制商品混凝土的各种原材料用量及外加剂,严格按照施工工艺进行施工及质量控制,并对成型的商品混凝土进行有效的养护,实现其结构支护和结构防水功能,最终体现其早期强度高、防水性能好、施工粉尘低以及适应性广等优点