隧道施工中混凝土湿喷工艺技术探讨.pdf

公路 交通技术 2 0 1 0年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 0 N o 3 隧道施工中混凝土湿喷工艺技术探讨 刘应安 ，王 同民 2 ( 1 中铁大桥局 ，武汉4 3 0 0 5 0 ；2 中铁大桥局第一工程有限公司，郑州4 5 0 0 5 3 ) 摘要：混凝土湿啧技术是一项推广中的新工艺。混凝土湿喷技术的使用，能极大地改善隧道施工作业环境，缩短 喷射混凝土的作业循环，更为重要的是通过湿喷工艺建立喷射混凝土质量保证体系，使喷射混凝土品质稳定可靠。 以渝利铁路 隧道施工为例 ，探讨 湿喷工 艺在隧道施工 中的应 用。 关键词 ：隧道 ；湿喷 ；混凝土 ；方法；工程 实例 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 2 0 0 3 中图分类号 ：U 4 5 5 4 文献标识码 ：B Pr o b e o n Co n c r e t e W e t Sp r a y T e c h n o l o g y i n Co n s t r u c t i o n o f T u n n e l s L I U Yi n g a n ，W ANG To n g mi n 隧道施工中，初期支护的混凝土喷射应在开挖 后尽快施作 ，且以开挖后 2 h内为好 ，最好是在出 渣前 。喷射混凝土 1 d抗压强度一般为 5 MP a ，锚 杆中水泥砂浆抗压强度为 5 M P a ，因此 ，均需敷设 2 4 h后才 能起到较好的支护作用 。根据量测 资料 ， 无论是喷混、钻锚 、开挖 ，每道工序在施工时 ，初 期支护变形都会加大，即施工( 喷 、锚 、挖 ) 对初期 支护都是 扰动 、荷 载 ，只有 强度 足够 时才能起支 护作用 。加之桥跨 效应 只在 1倍洞 径 内起作用 ， 因此 ，即使是较好的围岩 ，也应及时喷锚。 目前湿喷混凝土普遍回弹量大 ，平均达 3 0 以上 ，而隧道工程在爆破时往往不能得到表面平整 的隧道轮廓线。施工时，为了避免欠挖又常造成较 大超挖 ，给施工带来困难并加大 了初期支护喷射混 凝土的工作量 ，影响了隧道施工工序 的正常循环时 间 ，制约了施工进度。 湿 喷混凝 土技术 目前仍是一项推广 中的新工 艺。在渝利铁路尖峰顶 1 号 、2号隧道工程 中使用 了湿喷混凝土技术。该技术的应用大大改善了隧道 施工作业环境，加快了隧道工序循环，更为重要的 是通过湿喷工艺完善 了喷射混凝土质量保证体 系， 使喷射混凝土品质稳定可靠。 本文以渝利铁路尖峰顶 1 号 、2号隧道工程采 用湿喷工艺为例 ，对湿喷工艺的关键设备 、试验情 况与操作要点进行介绍 ，供 同行参考 。 1 设备选用 渝利铁 路尖峰顶 1 号 、2号 隧道均选 用岩峰 收稿 日期 ：2 0 0 9 一 l 1 2 1 作者简 介：刘应安( 1 9 5 7 一 ) ，男 ，江苏省南京市人 ，本科 ，工程师 T K 5 0 0湿喷机 ，该机是 T K系列转子活塞式湿喷机 ( 图 1 ) 。它有 2套输送系统 ，一套是混凝土输送系 统 ，经混凝土拌和站拌和好的成品混凝土从喷射机 料斗进入 ，通过喂料系统均匀送至气料混合仓 ，与 高压风混合后呈稀薄流态通过喷射管至喷嘴 ；另一 套是液体速凝剂添加系统 ，根据液体速凝剂掺量调 定计量泵的流量。其泵出的液体速凝剂经雾化后至 喷嘴混合环与呈稀薄流状 的混凝土混合 ，从喷嘴喷 至受喷面。该设备主要特点是应用 了国内外独创的 转子活塞凸轮喂料机构，彻底解决了湿喷成品混凝 土物料在转子料腔 内的粘结堵塞问题 ，实现了均匀 连续小团粒喂料和管道内的均匀稀薄流输送 ；作业 时粉尘较小，改善了施工环境，使喷射混凝土品质 稳定可靠。缺点是单位效率低 ，每 h喷射量 3 3 5 m 。此外 ，该机零部 件较易损 ，作 业后冲洗要 求 高。如果该设备能在单位喷射量或多头喷射方面有 所改进和突破 ，则更能满足现场需求 。 图 1 T K 5 0 0湿喷机 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 3 期 刘应安 ，等 ：隧道施 工中混凝土湿喷工艺技术探 讨 1 2 1 2 试 验概 况 2 0 0 9年 7月 9日，在渝利铁路 尖峰顶 隧道 1 号隧道 出 口进行湿 喷试 验 。试验设 备 ：2台岩锋 T K 5 0 0 湿喷机。试验材料 ：机制砂 ，细度模数 2 9 ； 碎石( 5 1 5 ram) 由重庆大业石场供应 ；速凝剂 由山 西黄腾外加剂厂提供 ，掺量 4 ，混凝土罐车直接 上料 ；喷体为 隧道 出 口明挖段边墙 ，受 喷面积约 4 0 0 m z ，喷射厚度平均 1 3 e m；6 m 混凝土搅拌运 输车 ，混凝土坍落度 1 6 c m。试验结果 ：喷射 时间 为 5 5 mi n ，回弹率为 8 。 7月 1 0日上午 ，在尖峰顶 2号隧道进行拱顶 湿 喷试验 。采用岩锋 T K 5 0 0湿喷机 ，喷体里程为 D 3 K 1 1 1+5 9 5两 榀钢 拱架 ，拱 顶 受 喷面积 1 3 9 5 m z ，平均喷射厚度 4 0 e m，混凝土料 9 m ，坍落度 1 3 1 8 e m，实际喷射时间为 1 5 0 ra i n ，回弹率达 1 3 。喷射混凝土 1 d强度 1 01 2 MP a ，较干喷混 凝 土 的 1 d强 度提高 56倍 。2 0 0 9年 7 9月 ， 在此试验基础上 ，又经不断改进 ，使湿喷混凝土施 工工艺更为成熟。 3 湿喷混凝土施工基本方法 3 1 喷射混凝土配合比优化 水泥 、细集料 、粗集料 、外加剂及外掺料均应 经过验收检 验 ，其质量应符合 国家标准和行业标 准。细集料宜采用级配合理且细度模数在 2 23 2 之间的中粗砂或机制砂( 重庆地 区) ，机制砂石粉含 量控制在 5 1 0以内 。粗集料 宜 选用 51 5 mm的碎石或卵石 ，其针片颗粒应控制在 5 以内 ， 特别要控制 1 01 5 m m 的粗集料 ，最大骨粒不得 超过 1 5 m m。坍落度应根据不同的受喷面调整 ，控 制在 8 01 8 0 mm之间 ，现场试验 以 1 0 01 6 0 mm 为宜。保持喷射混凝土 良好 的和易性 。 3 2 喷射手培训 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坍落度、风 压、喷射距离和速凝剂的掺量风压等。喷射手掌握 喷嘴时应尽量控制喷嘴与受喷面垂直 ，喷射距离在 0 51 2 m范围内( 与风压成反 比) ，见图 2 。 3 3 风压、水灰 比控制 软管长度不宜超过 2 0 m。隧道拱顶湿喷作业 时的风压宜控制在 0 30 5 MP a ，边墙湿喷作业时 图2 湿喷操作方法 风压宜控制在 0 2 0 4 MP a ，不得超过 0 5 M P a 。 3 4 速凝剂掺量调节和使用 液体速凝剂的施工掺量应在实验室确定最佳掺 量的基础上 ，考虑其差异性 、敏感性和施工 中的损 失，进行综合确定。原则上在满足凝结要求时应使 掺量最小。 1 )速凝剂流量计算。 速凝剂 流量及 其计 量泵上螺杆示数按 下式计 算 ： 】 ， ： 鱼 1 0 0 。 X F 式 中，k为速凝剂 掺量 ，；Q为湿 喷机 生产率 ， m 3 h ； Wc 为每 m 混凝土 中水泥用量 ，k g m3 ； 为 液体速凝剂容重 ， k g L ；P为计量泵的最大流量 ， L h ；Y 为计量泵上计算螺杆刻度值。 根据 l ， 值便可在计量泵上调节速凝剂的流量 。 2 )液体速凝剂调节实例。 以图 1所示计量泵为例 ，假 定 P=1 1 5 ( L h ) ， 所采用 的 =1 4 ( L ) ，Q=4 5 ( m h ) ， = 4 2 5 ( k g m 。 ) ，k =5 ( 指速凝剂与水泥的重量比) 。 根据公式计算计量泵调整螺杆 的刻度值 y ： y：Q 1 0 0 ： P 1 0 0 5 94 。 3 s 钢架间的混凝土喷射方法 为 了确保初期支 护安全 、可靠 ，对 于 v级 围 岩 ， 设计大多采用 V级 I 型加强复合衬砌，I 2 0 钢 拱架环距 0 6 m，环与环之间有 2 0 c m2 0 c m的钢 筋 网片。这就提高 了对喷射混凝土的要求 ，因此 ， 喷射宜采用低风压近距离变化喷射角度的方法 ，风 压控制在 0 20 3 MP a ，距离 0 5 m，调整角度先 喷实钢拱架背部 ，再喷实钢筋网背后 ，最后恢复正 常湿喷方法喷实钢架之间。否则湿喷会在钢架与钢 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 2 公路交通技术 2 01 0生 筋 网表面形成一个混凝土壳 ，而钢架背后、钢筋网 ( 图 3 ) ，可节省人力 ，提高功效。 背后与围岩之间易形成空洞 。 3 6 湿喷混凝土施工注意事项 1 )喷射混凝土厚度不足。喷射混凝土往往偏 薄 ，特别是不设钢拱架的区段 ，施工时无随时检测 喷层厚度的仪器 ，难以控制喷层厚度 。目前较为可 行的办法是在受喷面插钉子 。 2 )喷射混凝土厚薄不均 。在有 钢拱架处喷层 厚 ，2钢拱架之间薄，形成波浪型。铺防水板后在 浇筑衬砌混凝土时 ，易将防水板挤破 ，或形成初期 支护与 2次衬砌混凝土间的空区。如在衬砌完成后 再打孔注浆充填 ，不仅费时费工 ，还可能钻破防水 板造成漏水 。 3 )若需很快能起支护作用 ，则可以采用早强 水泥喷射混凝土。 4 )完善设备配置 ，提高湿喷功效 。每个隧道 洞口宜配备 3 4台湿喷机，湿喷作业中采用分料 盘可供 23台湿喷机 同时作业 的半机 械化作 业 图 3 湿喷作业分料盘布置 4 结束语 混凝土湿喷施工工艺在渝利铁路尖峰顶 1 号 、 2号 、石家坡、半坡 、八角树 、马鞍 山等 6个隧道 中得到推广应用 ，取得了良好的效果 。随着隧道湿 喷设备的不断改进 、完善 ，湿喷工艺以其在环境健 康 、支护强度 、经济性方面的巨大优越性 ，将在国 内铁路 、公路隧道及其它地下工程施工防护中有着 广泛的应用前景 。 参 考文 献 【 1 】 郭陕云隧道施工技术方案及方法遴选要点 M 隧道建 设 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 5 2 3 5 2 7 2 中铁二局集团有限公司r i b 1 0 2 0 4 -2 0 0 2 铁路隧道 施 工规 范【 S J 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 2 3 1 中华人民共和国铁道部 T Z 2 0 4 -2 0 0 8 铁路隧道工 程施工技术指南 s 】 北京： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 8 4 中华人民共和国铁道部T B 1 0 0 3 -2 0 0 5 铁路隧道设 计 规范 s J 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 6 f 5 原国家冶金工业局G B 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 锚杆喷射混凝 土支护技术规范f S 1 北京 ： 中国计划出版社 ， 2 0 0 8 。 6 王毅才隧道工程【 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 6 1 7 】 中铁二局T B 1 0 4 1 7 9 8 铁路隧道工程施工质量验 收标准【 s 北 京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 4 【 8 】 张明， 胡汉月 湿喷混凝土及喷射特性分析【 C 第四 届全国青年地质工作者学术讨论会 北京 ： 中国地质科 学 院， 1 9 9 9 【 9 肖 洪 隧道初期支护质量控制浅谈 J 】 隧道建设 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 5 0 5 4 甘肃省成县至武都高速公路初步设计通过预评 审 2 0 1 0年 4月 1 8日，甘肃省交通运输厅在兰州组织召开了 “ 成县至武都高速公路初步设计预审会” 。 由重庆交通科研设计院承担的 C WS J 一 5标段( 交通工程 ) 部分顺利通过了初步设计预审。 成县至武都高速公路全长 9 0 5 4 4 k m， 全线按四车道高速公路标准建设，设计行车速度采用 8 0 k m h ， 是平凉至武都高速公路 ( S 1 5 ) 中的一段 ，也是甘肃省高速公路网在甘肃南部地 区的重要组成部分 。同时， 本项 目位于 “ 5 1 2 ”特大地震影响区内，是国家支持甘肃省灾后重建的重点基础设施项 目，有重要的经济 和社会意 义。( 老关 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m