浅谈隧道初期支护湿喷混凝土施工

浅谈隧道初期支护湿喷混凝土施工宣城华安路桥工程监理有限公司刘刚【摘要】混凝土湿喷工艺由于其“综合成本低、社会效益好、环境污染小”的优点在隧道施工中逐步占据了主导趋势，并成为铁道部强制要求实施的工艺。混凝土湿喷施工能巨大的改善隧道施工作业环境。缩短喷射混凝土的作业循环，更尤为重要的是通过湿喷工艺建立喷射混凝土质量保证体系，使喷射混凝土质量稳定可靠。本文结合安徽省宁绩高速路基工程陶村隧道湿喷施工为例论述了隧道初期支护湿喷混凝土施工工艺流程及质量控制要点，并针对性的论述了特殊部位的施工要点。【关键词】隧道；支护；混凝土；湿喷；工程实例1工程概况安徽省宁绩高速路基工程陶村隧道段位于扬州～绩溪区间，陶村隧道位于软质岩山岭构造剥蚀区，地面标高154.96～281.9m。围岩级别及长度，左洞：V级141m，IV级482m；右洞：V级175m，IV级450m。洞口均为端墙式。明洞总长33m，暗洞总长1215m。隧道左线K41+968～K42+591，全长623m;右线K41+968～K42+593，全长625m。施工从K41+968进洞口开挖进洞，洞门为端墙式，全隧初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺进行施工。2初期支护湿喷混凝土施工2.1设备选用陶村隧道初期支护喷射混凝土施工采用岩峰TK-600型喷射机，该机是TK系列转子活塞式湿喷机。2.2原材料的控制及配合比优化细集料采用级配合理且细度模数在2.5～3.2之间的中粗砂或机制砂。粗集料选择5～10mm的碎石。水泥选用普通硅酸盐水泥（PO.425），其与混凝土设计标号相适应，且其技术指标符合规定。根据现场施工经验，混凝土塌落度宜控制在180～200mm之间，塌落度过小易出现堵管现象，塌落度多大喷射时混凝土难以自稳、易塌落、回弹量较大，同时速凝剂的用量增大，混凝土强度也得不到保证。该隧道的砼配合比为水泥︰细集料︰粗集料︰水︰外加剂=455︰773︰872︰200︰13.650，其中细集料砂的细度模数为2.76，表观密度为2.747t/m3，毛体积密度为2.693t/m3，空隙率为41.0%。粗集料最大粒径为16cm，其空隙率为41%，自然堆积状态密度为1.40t/m3，针片状颗粒总含量为3.0%。该配合比试配后7天砼抗压强度为28.8MPa，28天砼抗压强度为34.2MPa。强度满足设计强度33.2MPa。2.3喷射面检查处理首先应测量受喷围岩的基本尺寸，并要求隧洞外轮廓较为光顺，对欠挖部位应进行补凿及清除浮石，之后用高压水或气将受喷面上的污泥、灰尘及细岩清除干净；若隧洞存在漏水地段应查明水源并做好防排水措施，必要时采用凿岩机钻孔以对周边围岩排水以防止喷射混凝土与围岩间的水阻碍混凝土的粘结及延缓混凝土强度提高。2.4喷射手培训及湿喷操作要点应加强对喷射手的培训，使其熟练掌握湿喷机的性能和操作要领。理解湿喷工艺是一个动态的施工过程。应根据现场实际调整混凝土的塌落度、风压、喷射角度及喷射距离。施作时软管长度不宜大于20米，隧道拱顶作业时风压宜控制在0.3～0.5Mpa，边墙湿喷作业时风压宜控制在0.2～0.4Mpa。2.4.1喷射角及距离：作业时喷嘴一般应垂直于喷射面，边墙喷射则宜将喷嘴下俯10o左右以使混凝土束较厚的喷射在混凝土顶端，避免喷嘴和喷射面间角度过小导致混凝土物料在受喷面上滚动而产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量；喷射距离应根据混凝土最小回弹和最高强度确定，一般喷嘴至受喷面距离在1-1.5m范围内为宜，并以能看清喷射情况并使料束集中，回弹量最小为宜。2.4.2喷射方法：施工中采用分层喷射方法，一次喷射厚度在4-6cm范围内；第一层喷射前在设计确定的断面位置埋设厚度测量组件；前一层喷射后硬化达到一定强度后方可喷射下层，最终每层以不出现坠落并达到所需厚度后方可前移；若在喷射下层混凝土时前一层已经蒙上粉尘，则应用高压气体或水对表面进行清洗；喷射过程中应避免一次喷射厚度太薄骨料发生回弹，或一次喷射过厚出现喷层下坠流淌现象；若喷层与岩面间存在空鼓现象则每次喷射厚度不得小于骨料粒径的2倍以减小回弹率。2.4.3喷射顺序及时间间隔：隧道内的喷射顺序为先墙后拱，自上而下分段、分片进行，施工中按照纵向3-4m为一段，分片宽度约为2m，每片均应自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射后方可向上移行，当岩面存在较大凹洼部位则应现将其喷平；喷射过程中喷头应先找平凹处之后将喷头成螺旋形或S形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径一般控制在30cm左右，每次的喷射长度应根据混凝土速凝效果决定以求喷出的面层平顺光滑；两层的喷射时间间隔一般控制在15-20min，在下层喷射前应保证上层达到一定强度。2.4.4回弹量调整:喷射过程中由于岩面、钢筋或骨料相互碰撞而从受喷面上弹落下来的拌和物称为回弹量，其根据喷射位置、空气压力、水泥用量、水灰比及骨料最大粒径和级配等决定，喷射初期回弹量较大，当其形成塑性层后则粗骨料易嵌入回弹量则会减小，因此应调整喷射厚度来控制回弹量；同时由于回弹料中水泥含量小且主要为粗骨料，因此其不宜用于重新使用而影响最终的喷射质量。2.4.5整平:对喷射层进行整平对提高结构强度及耐久性均有利，但对其进一步追加振动平整则会产生负面影响，即可损坏混凝土与钢筋间的粘结并易在混凝土内部产生裂缝，但依靠喷射自然形成的面层则过于粗糙并对后期二衬防水板的铺设产生影响，因此施工中在喷射混凝土初凝后则用刮刀将多余混凝土刮掉，之后用喷浆或抹灰浆对其找平。2.4.6速凝剂参量调节和使用：液体速凝剂的参量应在试验室确定最佳参量的基础上、考虑到差异性、敏感性和施工中的损耗，进行综合确定。原则上在满足凝结要求的基础上尽量少掺。实际施工中液体速凝剂的掺量只能通过调整喷射机自带的计量泵流量来控制。速凝剂流量及计量泵螺杆示数按下式计算：Y=(QxWcxK)/(rsxP),式中Q为湿喷机生产率，m3/h;Wc为每方混凝土的水泥用量，kg/m3；K为速凝剂的掺量，%；rs为速凝剂的容重，kg/L;P为计量泵的最大流量L/h；Y为计量泵上计量螺杆刻度值。以三甲寨隧道所使用的TK-600型喷射机及Vc围岩所采用的C30喷射混凝土配合比为例，取Q=5m3/h，Wc=476kg/m3，K=4.5%，rs=1.4kg/L,P=12L/h;经计算得Y=6.4。2.5养护由于湿喷混凝土的表面较为粗糙，对其进行良好的养护非常必要，同时由于拌和物内水泥用量和砂率较高，因此为使水泥充分水化以减少和防止混凝土不正常收缩裂缝的产生因此在其终凝后则应进行养护。养护时应采用洒水养护的方式，养护时间不少于7d以保证后续强度的发展。2.6特殊部位处理2.6.1拱顶光滑岩面的处理:当围岩较好、岩体整体性较为完整，开挖时光面爆破控制的较好的情况下，拱顶段的岩面通常较为光滑，喷射混凝土时底层混凝土和岩面通常难以粘结。为保证喷射混凝土同岩面的粘结牢固，应在拱顶光滑岩面正式喷射前在光滑岩面扫喷一层厚约2cm的1：2～2.5的水泥砂浆，并可适当加大速凝剂用量，以实现其在喷射2～3min后即可达到终凝，进而进行喷射混凝土至设计厚度。2.6.2对滴、渗水部位喷射：应在该部位围岩表面喷射混凝土时，其喷射混凝土的凝结时间应随喷射面渗水量的大小而进行调整。2.6.3钢架间的喷射混凝土喷射：为确保初期支护安全、可靠，对于Ⅴ类围岩通常都采用I20以上钢架进行支护，钢架间距通常在0.6米左右。钢架背后设置20x20钢筋网片。这就提高了对喷射混凝土的要求。因此宜采用低风压、近距离、变换喷射角度的方式进行。风压宜控制在0.2～0.3Mpa，距离在1米左右。先调整角度将拱架背后喷密实，在喷实钢筋网背后，最后恢复正常湿喷方式喷实拱架之间间隙。否则在钢架和钢筋网表面会形成一个混凝土壳，而钢筋网背后、钢架背后易形成空洞。2.7工程实例陶村隧道整个湿喷施工过程中的经验表明，当砂子细度模数控制在2.5～3.2之间、石子粒径控制在5～10mm(最大粒径不大于15mm)、混凝土塌落度控制在180～200mm时，TK-600湿喷机速凝剂计量泵流量调节螺杆示数调至6.5左右时，其喷射速度和喷射效果都较好。正常喷射情况下实际生产率能达到5方/h（该机的额定生产率为6方/h）,喷射混凝土的1d、28d强度均能满足设计及规范要求；回弹量在8%～10%左右，远小于干喷施工回弹量的30%，较大的降低了施工成本。3结束语隧道施工初期支护湿式混凝土喷射工艺因其高效、环保、高能等优点而被广泛应用，但其在使用中仍存在一定问题（如：喷射混凝土时占用罐车时间长导致施工单位混凝土运输罐车投入增大，因为喷射速度相对其他混凝土施工速度依然较低；液态速凝剂有一定的腐蚀性对喷射手危害较大等因素）制约了湿喷技术的发展和应用，因此对其进行深入研究，不断优化其工艺是当前亟需解决的实际问题。参考文献：[1]易丽萍．现代隧道设计与施工[M]．北京：中国铁道出版社，1997．[2]王毅才．隧道工程[M]．人民交通出版社，1987．[3]郭陕云．隧道施工技术方案及方法遴选要点[M]．隧道建设，2006.[4]傅鹤林等．隧道安全施工技术手册．人民交通出版社，2010.06.