摘 要:結合工程實例,介紹了濕噴混凝土的關鍵設備,闡述了濕噴混凝土施工工藝流程的要點,提出了濕噴施工技術的關鍵要素,并對濕噴技術的效益進行了分析,以推廣該工藝的應用。
關鍵詞:施工技術,效益分析,隧道
中圖分類號:U415. 6 文獻標識碼:A
目前我國大部分隧道新奧法施工的初期支護,均采用普通的干式噴射混凝土施工工藝,施工工藝簡單,設備簡陋,粉塵污染嚴重,混凝土強度低,回彈量大;而濕噴混凝土作為隧道初期支護,它將除速凝劑外包括水在內的所有集料組分在送入噴射機前拌和制備完成,由于制備完成的成品混凝土消除了游離態的水泥顆粒,因此在運輸、上料、噴射機喂料過程中基本不產生粉塵,只在噴嘴處有少量高速氣流運動形成的粉塵,保護了施工環境。有效解決傳統干噴(潮噴) 工藝存在的粉塵、回彈、品質控制三大難題。
在我國,濕噴混凝土施工技術仍是一項推廣中的新工藝。青島至銀川國道主干線山西省離石至軍渡段高速公路建設項目,位于山西省西部的呂梁境內,路線全長38. 542 km ,項目起點設于呂梁市西,與汾陽至離石高速公路終點相連,終點設于柳林縣軍渡鄉晉陜交界黃河山西岸(紅砂巖) ,與陜西省在建的吳堡至子洲高速公路相連,八盤山特長隧道長4 117. 1 m( K34 + 163～K38 + 272) ,分離式雙洞,為全線最長隧道。由于隧道地層軟弱,斷面較大,設計要求采用“新奧法”施工,結合工程地質條件和施工工藝,要求采用濕噴施工技術。
1 濕噴混凝土施工工藝
濕噴工藝流程要點:1) 滿足要求的混凝土拌合物和易性好,坍落度8 cm～12 cm;2) 滿足要求的速凝劑材料;3) 按規程操作和保養濕噴機;4) 系統風壓不小于0. 5 MPa ,風量不小于10 m3/ min ,工作風壓風量優化控制;5) 噴嘴(距離、角度) 優化控制。
1. 1 設備條件
濕噴機是實現濕噴混凝土必須的關鍵設備,良好的濕噴效果取決于性能優良的濕噴機和濕噴技術的綜合應用。選擇濕噴機時應重點考察其對混凝土的適應性(纖維、硅粉、高粘稠混凝土) ;混凝土在管路中的輸送形式(是否實現稀薄流) ;技術服務、生產效率、綜合成本(應核算電費和速凝劑消耗) 。結合工程地質條件和施工工藝,主要設備選擇:1) 濕噴機: K500 型濕噴機2 臺/ 工作面。2) 拌合系統:J S500 型強制式攪拌機1 臺,自動配料機一套。3) 運輸設備:6 m3 混凝土運輸車2 臺。4) 空壓機:20 m3 電動空壓機2 臺(固定式) 。
1. 2 材料要求及濕噴混凝土配合比
根據濕噴機噴射原理和施工現場要求,材料主要有:1) 砂:中粗砂,細度模數大于2. 5 ,用5 mm 篩網過篩。2) 粗骨料:用5 mm和15 mm 篩網分別篩去石粉和大骨料。3) 水泥: P. O. 32. 5 普通硅酸鹽水泥(或更高標號) 。4) 水:符合有關規范。5) 速凝劑:在濕噴混凝土工藝中,當混凝土的噴料粘到受噴面后必須盡快凝固,一方面可以防止混凝土物料的堆集而呈團狀掉落,減少回彈,增大噴層厚度;另外混凝土盡快凝固,有了強度就會形成支護能力,濕噴混凝土一般采用液態速凝劑,要求水灰比0. 4 的凈漿試驗滿足初凝小于5 min ,終凝小于10 min ,摻量小于水泥重量的5 % ,28 d 強度保持率大于70 %。6) 減水劑:高效減水劑(根據需要添加) 。濕噴混凝土時由于對坍落度指標要求,水灰比比較大。
混凝土中水泥水化后多余的水要蒸發掉,使混凝土噴層產生“干裂”現象,降低了噴混凝土的支護能力,而在拌和混凝土時加入高效減水劑后,在同樣的坍落度時減水率大于12 %。減水劑的摻量應根據實驗確定,一般摻量為水泥重量的0. 4 %～1. 0 %。
八盤山隧道設計噴混凝土強度采用C25 ,實際采用的噴混凝土配合比為:水泥∶砂∶碎石∶UNF21 減水劑= 1. 00∶2. 09∶2. 01∶0. 01 。水灰比為0. 42 ,TY23 液體速凝劑摻量為水泥的2 % ,配合比設計坍落度為12. 5 cm。
1. 3 施工流程
濕噴混凝土所用骨料、水泥、外加劑必須是合格料,稱量必須準確。拌和后的混凝土超過1 h 不能使用。速凝劑摻量要嚴格控制。噴射順序要先邊墻后拱頂,由低到高,噴嘴應均勻地呈螺旋形轉動。噴厚大于10 cm ,可分兩次噴涂,噴頭盡可能垂直巖面,角度控制在75°～90°,距離保持在0. 8 m～2 m 范圍。具體在施工中應注意:1) 混凝土粗骨料粒徑不得超過15 mm 和坍落度嚴格控制在80 mm～150 mm 范圍內的規定; 2) 系統風壓低于0. 5MPa 不得開機;3) 準備開風時,必須與噴射手聯系,嚴格遵守開機順序:打開速凝劑輔助風→緩慢打開主風閥送風→依次啟動速凝劑計量泵、主電機和振動電機→向料斗連續加料;4) 噴射時,操作司機隨時與噴射手保持聯系,噴射手發現噴嘴異常時,需立即與操作司機聯系,通知停機;5) 若發現噴嘴出料突然出現脈沖時,暫時關主電機和振動電機(主風閥不關) ,如果管路隨之暢通則繼續關機,如不暢通則需反復開關主風閥使管路暢通;6) 噴射過程中注意進料是否均勻,否則應及時查找原因;7) 每次噴射后必須對機器進行徹底清洗,包括料斗、混凝土倉、結合板、轉子體及料腔、機器外表面等部位;8) 應經常清洗速凝劑過濾網,保證速凝劑能夠上料均勻;9) 禁止在料斗無料時空載運行振動電機。濕噴是將骨料、水泥和水按設計比例均勻拌和后,用濕式噴射機壓送到噴頭處,再在噴頭上添加速凝劑后噴出,隧道內網噴混凝土施工程序為:開挖驗收→松動巖塊撬除→沖洗巖面→素噴3 cm～5 cm →錨桿造孔安裝→掛網→噴至設計厚度→養護。
1. 4 濕噴施工技術的關鍵
濕噴效果如何取決于濕噴施工技術而非單純的濕噴機技術性能,濕噴施工技術包含混凝土材料技術、混凝土試驗技術、濕噴設備技術、施工管理技術,要提高噴射混凝土質量,應從以下幾個環節來全面提高噴射混凝土技術。
1) 以混凝土試驗室為中心,建立噴射混凝土質量保證體系。
2) 充分應用成熟的混凝土材料和試驗技術,特別是液體速凝劑和高效減水劑的選擇,一定要選擇品質可靠、并經過與現場砂石料試驗匹配的產品。
3) 加強混凝土配合比試驗,提出綜合滿足強度、濕噴工藝(和易性) 、經濟合理(優質價廉、摻量較小的液態速凝劑) 等方面要求的優化配合比。
4) 技術性能優良、能滿足各種工藝條件的噴射要求的濕噴機。
5) 合理的施工組織、機械配套、質量控制體系。
2 濕噴技術效益分析
濕噴可以應用成熟的混凝土技術、各種外摻劑和添加料的應用,如高效減水劑、引氣劑以及粉煤灰、硅粉等。將硅粉摻入噴射混凝土中,可以大幅度提高強度,改善混凝土結構密實性;在噴射混凝土中摻入粉煤灰,也可以提高強度和密實性,還能減少干縮和提高彈性模量;在拌合料中加入適量的引氣劑,可以顯著提高其抗凍融性和抗滲性。濕噴效益一方面體現在提高效率、加快進度(降低管理成本分攤費) 、保證施工安全等宏觀綜合效益方面,采用濕噴強化初期支護后,可在軟弱地層條件下采用大斷面開挖技術;另一方面體現在粉塵濃度大幅度降低,改善了施工環境,保護了工人身體健康。濕噴混凝土強度從混凝土配合比(特別是水灰比) 準確控制,拌合及水化作用充分以及速凝劑按比例計量添加等方面得到了充分保證。同時由于一次噴層厚度比干噴大幅度提高,客觀上容易達到設計噴層厚度要求。采用濕噴較干噴,混凝土早期強度明顯提高,24 h 抗壓強度達到設計強度的60 %以上,有效地防止了洞頂塌方等安全、質量事故的發生。
實現濕噴不是目的,濕噴只是一種工藝手段,通過它來解決粉塵、回彈、混凝土品質等關鍵技術問題。濕噴的真正內涵是通過濕噴工藝建立噴射混凝土質量保證體系,使配合比、強度、品質控制等設計指標能夠得到保證。混凝土濕噴技術為解決在隧道施工中混凝土干(潮) 噴時的均質性差、強度低、回彈率高、粉塵大而開辟的一個新途徑。
參考文獻:
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