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隧道濕噴方法噴射混凝土施工工藝以及參考方案
2020-03-09

   新奧法施工技術早已應用于隧道施工中。噴錨支護和圍巖自承形成的支撐體系則是新奧法施工的核心。因此,噴射商品混凝土的質量尤為重要。目前隧道內噴射商品混凝土多采用干噴法。經長期實踐,干噴法存在諸多缺點:①由于砂石和水泥沒有充分拌合,導致商品混凝土噴層強度不高。②由于噴射的砂石料為干料,砂石料和水泥的結合不好,因此噴射商品混凝土的密實度不好,導致商品混凝土本身強度低。③干法噴射商品混凝土的早期強度低,不能適應隧道安全快速掘進的需要。④噴商品混凝土的回彈量大(回彈量基本在40%~50%),造成很大浪費。⑤粉塵大,對作業人員的職業健康影響大。正是由于干噴帶來的種種缺點,近年來,濕法噴射商品混凝土技術應運而生。濕法噴射商品混凝土施工工藝是在水泥商品混凝土拌合站按照配合比生產成品商品混凝土,將商品混凝土運輸至作業面后,采用濕式噴射商品泵送機械將其壓送到噴嘴部位,在噴嘴處添加速凝劑后將其高速噴出,在高速噴射過程中商品混凝土和速凝劑充分結合,在圍巖上沖擊形成商品混凝土噴層的施工方法。濕噴法采用了較小的水灰比,商品混凝土在拌和機里充分拌合,且砂石料及減水劑用量可以準確控制,加之在噴射過程中加入速凝劑,因此,濕法噴射商品混凝土強度好,早期強度較高,回彈量少(回彈量在15%~20%)節約了材料且減輕了粉塵污染,使作業環境得到改善。正是由于濕法噴射商品混凝土的這些優點,這種方法也逐漸被推廣。

1 濕噴法施工工藝

  1.1 施工準備 施工前應首先檢查隧道準備噴射作業的開挖輪廓是否符合設計要求。測量人員應測量受噴圍巖的基本尺寸,對欠挖部位應補鑿,并敲幫找頂、清除浮石,并采用高壓水或高壓風對圍巖面進行沖洗。其次檢查濕噴機工作是否正常。濕噴機運至作業面后,通電進行空載運轉,檢查電源供應是否正常,風壓系統是否穩定,管路是否暢通及進料口振動篩是否安設妥當,濕噴機溜槽是否安裝到位,同時施工人員是否到位。

  1.2 供風 供風是將集中供風的高壓風經過風管后進入商品混凝土噴射機,濕噴機內的商品混凝土在壓縮空氣的推動下被輸送到噴頭部位后再以較高的速度噴射到受噴面上,噴射過程中商品混凝土被沖擊和壓實而形成致密的商品混凝土。風壓一般控制在0.4-0.6Mpa范圍內,避免由于風壓過大粗骨料碰到圍巖后回彈或風壓過小粗骨料不能沖進砂漿層而脫落,其合理風壓是商品混凝土回彈量小、易粘附、表面濕潤光澤等。

  1.3 商品混凝土制備及運輸 商品混凝土制備在拌合站內制備。水泥應優先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,強度等級應不小于32.5級,粗骨料宜選用符合要求的碎石,其粒徑不宜大于15mm,骨料級配應為連續級配,細骨料應采用堅硬耐久的中粗砂,其細度模數應大于2.5,商品混凝土砂率一般為45-55%。水采用飲用水或符合要求的水。減水劑采用高效減水劑,以降低商品混凝土中水含量,且保證商品混凝土有足夠的塌落度,一般為80~130mm。商品混凝土的攪拌時間不宜少于2min以免拌合不均勻。運輸采用商品混凝土罐車運至隧道作業面。罐車在裝商品混凝土前應反轉,將罐內殘留水卸完,以免加大塌落度,降低商品混凝土強度。

  1.4 濕噴作業 從隧道底部由下而上噴射商品混凝土,以免噴射時的回彈料污染已沖洗好的巖面;噴射時,噴嘴距巖面約1.0m,嚴格按風壓要求噴射,商品混凝土輸料管速凝劑管,以免當噴伸手改變方向時導致輸料管內產生急彎或別勁現象,造成堵管或出料不均勻和速凝劑斷料等現象。

  噴射過程中必須對風壓進行合理的控制,同時要均勻、連續地上料,料斗必須有一定量的混合料;為確保穩定、均勻地噴射商品混凝土,避免脈沖、堵管等問題出現,振動篩上的雜物和大骨料一定要及時清理干凈。

  參照圍巖以及實際施工狀況來設計商品混凝土初噴層的厚度。如果初噴層太薄,骨料粘接不牢固使回彈量增加。如果初噴層太厚,商品混凝土自重大于商品混凝土和巖面之間的粘接力或超過內部凝聚力,致使初噴層墜落。其厚度一般控制在5cm左右。

  噴射時,操作人員一定要注意噴射料束垂直于噴面,料束和噴面的垂線夾角不應超過0-15度,避免噴射角太大使混合料在受噴面反彈導致掉落,增大回彈量或產生凹凸不平的波形噴面。有的部位安裝了盲管,為使其后面形成透水空隙,必須正對盲管進行噴射;有的巖面裝設了鋼筋網片,在噴射過程中要盡量縮短和噴面之間的距離,同時與垂直方向留有一定角度角度,以確保其后面噴射的商品混凝土的密實度滿足設計要求。

  噴射時,要按照施工設計確定一次噴射厚度,如果噴射厚度不夠骨料就可能回彈,如果噴射厚度超出設計要求,噴層就會下墜、流淌,甚至產生空鼓等缺陷。一般情況下,一次噴射厚度至少為骨料粒徑的2倍,采用濕噴法進行噴射,一次噴射的噴層大概厚5cm,二次噴射噴層的厚度至少為10cm,合理安排分層噴射的時間間隔;同時為了使上下層商品混凝土的粘接滿足施工規范,進行二次噴射時先要對表面進行噴水濕潤。

  1.5 整平與養護 完成商品混凝土的噴射后進行自然整平能增加結構的耐久性,并確保其強度達到設計要求。噴射后如果進行振動整平,可能會造成商品混凝土與鋼筋的連接, 而且商品混凝土內也可能有裂縫出現,這些現象都對結構強度造成一定程度的破壞。實際上,采取自然整平的處理方法也有不妥之處,成立后的商品混凝土表面太粗糙,會對后期二襯施工產生影響,所以在整平施工過程中,待商品混凝土初凝后,操作人員可采用刮刀剔除多余的商品混凝土,再用水泥漿、噴漿找平。

  濕噴后的商品混凝土表面比較粗糙,水分散失較快,導致水泥不能充分水化或引起商品混凝土干縮裂縫,降低商品混凝土強度,因而對其進行的養護非常重要。按照正常施工順序,應在商品混凝土終凝時就開始至少7d的灑水養護。對于掌子面濕度較大(濕度達到90%)可以不采取專門的灑水措施。

  2 施工質量控制要點

  2.1 噴頭移動方式 噴射過程中噴射手應根據圍巖具體情況,慢速的采用繞8字、繞S或螺旋線等使用,以保證商品混凝土堆到一定厚度方離開,然后逐步擴充噴射面,再按由下往上、先墻后拱的順序噴射。當商品混凝土表面凹凸不平時,首先要填平表面,然后噴頭成S型或螺旋狀均勻緩慢地移動,為盡量避免回彈現象發生,每圈必須壓前面半圈噴射,每次噴射3-4米長即可,總之要確保商品混凝土表面光滑、平順。

  2.2 回彈量調整 商品混凝土噴射面和鋼筋、巖面即骨料顆粒發生碰撞后,被碰掉的商品混凝土就是回彈量,水泥用量、鋼筋量、骨料粒徑、噴射角度、濕噴機風壓和水灰比等都會會對回彈量造成影響,往往在初噴時回彈量較大,形成塑性層后因粗骨料的嵌入而降低了回彈量。所以一次噴射厚度至少為4cm。由于回彈料中的水泥用量不大,且雜物較多,因此不允許將回彈料再次放入濕噴機使用。

  2.3 噴射角及距離 噴射時,噴嘴要與巖面垂直,而在邊墻噴射的過程中,為了將商品混凝土噴射到較厚的商品混凝土頂端,噴嘴最好向下約10度,以直徑方向為準進行頂部的噴射,受噴面如果被鋼筋或格柵等覆蓋,則允許噴頭適當傾斜,同時要防止其間角度太小致使商品混凝土物料在受噴面滾動,在產生波形噴面的同時加大回彈量;根據最小回彈量即最高強度來設計噴射距離,但最好以回彈量最小和料束比較集中的條件為主,噴射距離一般不允許超過0.6-1.2米,噴嘴處空氣壓力必須在0.4-0.6Mpa的范圍內。

  2.4 速凝劑添加 速凝劑在噴射作業現場添加,添加量控制在水泥用量的3~5%左右。速凝劑添加量過大會降低商品混凝土強度,添加量過小,會造成已經噴射成型的商品混凝土成片脫落,造成回彈量過大。

  3 結語

  濕噴商品混凝土施工質量控制應控制商品混凝土的各種原材料用量及外加劑,嚴格按照施工工藝進行施工及質量控制,并對成型的商品混凝土進行有效的養護,實現其結構支護和結構防水功能,最終體現其早期強度高、防水性能好、施工粉塵低以及適應性廣等優點

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